1.骨细胞坐落骨骼中，源于成骨细胞, 与其他骨细胞群协同调理骨代谢。老练的骨细胞表达硬化蛋白, 硬化蛋白是一种负性调理骨量的因子。
2.正常生理状况下,硬化蛋白作用于骨外表的成骨细胞，而且因所受机械负荷,炎性分子如前列腺素E2及激素如甲状旁腺激素和雌激素的影响而差异性表达。
3.病理上,硬化蛋白失调现已在骨质疏松症相关骨折、骨移植失利、肿瘤骨搬运和骨遗传性疾病中观察到。
4.针对硬化蛋白的抗体, 内源性削减硬化蛋白水平，一起添加骨盐密度,现在处于第三阶段临床实验。
5.骨细胞功用多样，是骨安排中不行短少的。它坐落广泛的树状骨网络, 与体循环和其他骨细胞亲近交流为医治各种骨病医治供给许多时机。
骨是骨骼体系的首要部分，骨骼体系保持运动，是肌肉附着处，维护内部器官和保持体内钙平衡。此外,骨还为成骨细胞、骨细胞、破骨细胞、造血细胞、间充质细胞和免疫细胞相互作用供给了共同的微环境 (图1)。单核细胞分解成促进骨吸收的破骨细胞。成骨细胞来历于间充质干细胞，首要发生新的骨质。成骨细胞、骨细胞和T细胞发生要害的促破骨细胞生成蛋白，便是核因子kappa-β配体(RANKL)，为了平衡破骨细胞发生及骨吸收,骨细胞和成骨细胞也发生骨维护素(OPG)搅扰RANKL 信号传导。越来越多的依据标明骨细胞作用于其他体系如中枢神经体系、能量代谢、血糖调理和性腺功用。一个比如是成骨细胞排泄的一种蛋白质骨钙素，调理胰腺胰岛素排泄和性腺功用。
图1
骨细胞操控部分骨安排环境。骨细胞经过操控破骨细胞和成骨细胞活动，保持骨吸收和骨构成。骨细胞开释RANKL(核因子kappa-b配体)诱导破骨细胞分解、以及OPG(骨维护素)按捺破骨细胞生成。重要的是,骨细胞也开释FGF-23(纤维母细胞成长因子-23),BMP(骨构成蛋白质),以及骨硬化蛋白调理成骨细胞活动，狄诺单抗和骨硬化蛋白抗体是与骨细胞作用的两个抗体,可添加骨密度。
骨细胞是骨骼体系的主信号感触器,整合器,换能器。骨细胞、成骨细胞和破骨细胞首要保持骨细胞成长和骨愈合。骨硬化蛋白, 是生理条件下由骨细胞排泄的糖蛋白,是一个按捺成骨细胞构成的重要负性调理骨量因子 。
骨安排中的骨细胞推陈出新高度活泼。矿化骨基质包含羟磷灰石、钙、和对体内平衡重要的一些离子。骨基质是许多蛋白质如胶原蛋白、骨钙蛋白、骨桥蛋白、转化成长因子和骨构成蛋白(BMP)的贮存所。在骨外表, 破骨细胞吸收骨和重塑骨后，成骨细胞发生新的基质。占了骨安排细胞的95%以上的骨细胞由骨基质中的成骨细胞分解而成。直到现在还有许多骨细胞功用没有提醒。
骨细胞在矿化的骨基质中构成一个生计网络, 曩昔有研讨人员观测其处于中止状况。骨细胞胞体在15到20微米陷窝空间中,经过树突状管道交流,这些树突与其他骨细胞,骨髓,成骨细胞层联络。骨细胞在骨内的三维散布高度有安排以增强习惯。巨大的骨细胞网络构成一个大的“骨膜”和细胞基质接触面。骨细胞都浸在供给养分、氧气和体循环信息的微管液体中。微管液体中带着激素,循环交流和机械传导信号,也供给潜在的药物医治途径。
图2
骨中骨细胞。骨细胞在三维散布高度有安排的基质中。经过树突和其他骨细胞，骨髓,造骨细胞联络。
成骨细胞分解为骨细胞的信号通路尚在研讨傍边。几个辨认老练骨细胞的要害蛋白,如E11、碱性磷酸酶, 基因在染色体X上的Pi-调理肽链内切酶(PHEX),胞外基质磷酸糖蛋白(MEPE)、硬化蛋白和纤维母细胞成长因子-23(FGF-23)（图.1及图.3），差异性表达。只要分解完结的骨细胞发生硬化蛋白和关于骨细胞和成骨细胞交流很重要的FGF-23。FGF-23不只在部分作用于骨内，还作用于肾脏影响磷平衡;但是,关于该骨细胞蛋白表达的评论超出了本文的规模。
图.3
骨细胞分解。骨细胞分解源于成骨细胞。分解的切当机制尚不清楚,但是,在骨细胞老练进程中表达若干不同的符号。RUNX2 = 侏儒相关转录因子-2，COL1 = Ⅰ型胶原蛋白,OCN =骨钙素,DMP1 =牙本质基质酸性磷蛋白质1, Alk Phos =碱性磷酸酶,PHEX = X染色体上Pi-调理肽链内切酶,MEPE =细胞外磷糖蛋白基质,FGF23 =纤维母细胞成长因子-23。
硬化蛋白自1958年初次描绘,现已成为一个提示多种骨密度疾病的重要骨细胞排泄物。虽然骨细胞是硬化蛋白最好研讨的发生者,但是，mRNA(信使RNA)也在软骨细胞、肾、肺、血管和心脏中发现。硬化蛋白是SOST基因精细调控下的产品。作为骨细胞功用信号按捺成骨细胞骨生成和操控骨代谢作用。其抗骨生成作用对骨折愈合，骨质疏松症，肿瘤骨搬运和各式各样的其他疾病有重要影响 。硬化蛋白抗体关于骨科疾病显现出不错的作用和广泛的适用性。
硬化蛋白生理作用
硬化蛋白表达是由许多种要素调控, 包含机械感触,部分细胞因子,和内排泄要素。
骨细胞是骨安排的机械感触器， 承受机械负荷时，骨细胞调理骨量。骨细胞间陷窝和微管网络是机械应变力放大器,以添加骨细胞对机械负荷灵敏性。勘探信号的切当方位没有知,或许在骨细胞的细胞体或树突,或两者兼有之。硬化蛋白调控差异性取决于骨骼机械负荷。骨会集应力区域的硬化蛋白量有所下降。在微重力和下降的机械负荷实验中,硬化蛋白上调，骨盐密度下降。临床上, 健康成年男性卧床歇息时，血清硬化蛋白水平添加。长时刻无负荷的病例中，如脊髓危害，硬化蛋白水平添加,且与骨质疏松开展正相关。
硬化蛋白下调与骨生成和骨量有关。一般以为硬化蛋白按捺成骨细胞Wnt / β-catenin通路,结合在成骨细胞膜上5/6的LRP(低密度脂蛋白受体相关蛋白) 受体上，发挥作用。医治作用上,硬化蛋白抗体(AMG 785; Amgen, Thousand Oaks, California)下降硬化蛋白水平缓康复骨盐密度。此办法中，先假定硬化蛋白穿过骨微管网络抵达骨外表的方针成骨细胞并激活Wnt通路。随后,硬化蛋白促进成骨细胞凋亡,终究削减骨生成。
遭受机械负荷后,骨细胞开释前列腺素。体外研讨标明,前列腺素E2经过EP4受体敏捷按捺硬化蛋白。开释前列腺素是为了调理成骨细胞增殖,也能够与Wnt / β-catenin途径交互作用。体外数据提示缺氧按捺硬化蛋白经过Wnt / β-catenin途径在骨细胞表达。许多其他炎性分子,如肿瘤坏死因子,抑癌蛋白M、心肌养分素-1和白血病按捺因子,敏捷下调硬化蛋白在骨细胞表达。
骨细胞对经过改动硬化蛋白表达改动骨量的各种激素灵敏。研讨标明, 骨细胞和体循环间存在快速、有用的交流。
例如,甲状旁腺素(PTH)是由甲状旁腺开释到血液中作用于骨安排下降骨钙水平。甲状旁腺素改动硬化蛋白表达作用于骨细胞。骨细胞中继续活泼的甲状旁腺素受体-1(PTHR1) 按捺骨硬化蛋白表达，以添加骨刻画和再刻画 。在一项27位绝经后妇女承受间歇性甲状旁腺素医治研讨中,外周血硬化蛋白水平缓骨髓血涂片硬化蛋白明显下降。依据标明,甲状旁腺素导致直接上调SOST表达的runt-相关转录因子2(RUNX2) 酶解添加。间歇甲状旁腺素同化作用 或许的途径是按捺硬化蛋白在骨细胞表达。
性激素关于骨成长和保持很重要。雌激素信号影响骨细胞对骨密度的调控。去除雌激素α受体导致机械负荷灵敏性下降，雌激素水平下降引起骨细胞凋亡。在特发性骨质疏松症男性中,循环中硬化蛋白水平与雌激素有关,或许标明骨细胞量下降。
在运用促性腺激素开释激素(GnRH) 和17 β-雌二醇医治的晚年男性中，血清硬化蛋白水平明显下降,而GnRH受体激动剂和雄激素医治的男性中， 循环中硬化蛋白都有所添加。关于循环中硬化蛋白和性激素水平的研讨没有标明,硬化蛋白水平取决于骨细胞表达状况。该阶段,许多研讨首要根据循环硬化蛋白水平,很大程度上是开始的研讨。
众所周知,二型糖尿病患者骨量下降，骨折不易愈合。在二型糖尿病实验大鼠中，运用硬化蛋白抗体医治后，骨量和骨强度添加,骨残缺再生改进。也有提出, 二型糖尿病患者的骨残缺再生或许呈现妨碍,由于在足够骨化之前，骨枷过早吸收。
骨疾病中硬化蛋白及骨细胞作用
骨细胞及排泄物是各种已知骨疾病的研讨目标。骨质疏松、骨折愈合、移植骨愈合、肿瘤骨搬运和遗传性骨病均触及并影响骨细胞生物学(图4)。由于老练骨细胞排泄的硬化蛋白与骨骼疾病有关,因而是一个的感兴趣研讨问题。
图4
硬化蛋白和相关疾病。许多骨科疾病作用于骨细胞，添加硬化蛋白表达(赤色)或削减表达(绿色),随后,别离下调或上调骨生成。PTH=甲状旁腺素。
骨折愈合
加深对骨折愈合的知道和前进骨折愈合率是首要的研讨范畴。优化这个体系可下降由于创伤性和病理性骨折所造成的的发病率和逝世率。骨折处血管决裂引起细胞坏死;但是,有依据显现,幸存下来的骨细胞对骨折愈合开始阶段的细胞征集和OPG开释很重要。在之后的骨枷重塑中，硬化蛋白减慢骨枷构成和老练。
啮齿动物模型显现硬化蛋白表达下调有利于骨折愈合。在缺少硬化蛋白基因的小鼠中，骨愈合明显加快，骨区域添加,软骨区削减, 在十四地利骨枷衔接 (野生型老鼠此刻没有呈现骨桥接)。骨折后每周打针两次硬化蛋白抗体，骨构成、骨密度和骨强度在骨折后二周都有所添加。在六周时,最大损坏负荷添加了68%。硬化蛋白抗体打针到有大块股骨残缺的小鼠及无大块股骨残缺的小鼠体内后，成果显现前期愈合，愈合彻底，骨残缺处生理老练。大鼠牙周炎实验模型也得出相似的定论，硬化蛋白抗体医治后，牙槽骨再生填满许多口腔骨残缺。
相反,一项包含75位长骨骨折患者的研讨，骨折处血肿和血清中硬化蛋白水平升高,证明晰骨折愈合时硬化蛋白的部分和全身作用 。Wnt途径的调整关于骨折愈合或许是必要的。而硬化蛋白激活Wnt通路，dickkopf-相关蛋白1(Dkk-1) （也在LRP6处按捺Wnt信号）,按捺骨愈合。在一个临床比照实验中，比较经唑来膦酸和狄诺单抗医治的绝经后妇女血Dkk-1和硬化蛋白水平，成果显现唑来膦酸和狄诺单抗对终究下降骨吸收的Wnt途径起相反作用。
患有骨质疏松症的绝经妇女硬化蛋白水平能够猜测骨折危险:添加的血清硬化蛋白水平、骨密度、年纪和其他混合要素与骨折危险亲近相关。脆性骨折是骨质疏松症的首要并发症，由于骨强度缺少难以行金属内固定手术,因而有高的推迟愈合率和骨折不愈合。骨折后的前几天,炎症分子如白细胞介素- 6呈现在骨折开裂处,四天后或许引起骨重塑基因表达和硬化蛋白下调。切除卵巢的小鼠经硬化蛋白抗体处理后，一周后胫骨近端骨缺点修正加快增强。硬化蛋白抗体不只促进了骨折愈合，也对整个骨架有同化作用。硬化蛋白抗体也会下降骨折后手术固定不愈合的危险。
所有这些数据阐明晰或许硬化蛋白在骨折愈合的作用。虽然消除啮齿动物模型的硬化蛋白利于添加骨构成,但是人类患者在骨折生理愈合时，硬化蛋白水平在添加。此外,硬化蛋白水平在骨质疏松时改动。这些数据标明,骨矿化、骨枷骨化和重塑调理与硬化蛋白表达亲近相关。骨受伤后在特定时刻点骨细胞排泄的硬化蛋白，最有或许在骨折愈合进程中起着至关重要的调控作用。
骨移植物整合
骨科关节置换植入物最有或许由于无菌性松脱而失利。术后,所有假体不行避免地发生磨损粒子并嵌入在相邻安排。植入失利往往随同着外周移植骨吸收和骨细胞逝世。
体外研讨标明, 植入物发生的磨损颗粒明显改动骨细胞功用，导致Akt 失活和细胞凋亡,并将微观研讨和分子生物学联络了起来。为了添加植入物周围骨构成，Liu等人及Virdi等人对实验大鼠移植物模型进行硬化蛋白抗体处理。这些研讨中的硬化蛋白抗体阻挠磨损颗粒的负面影响,添加了骨体积。骨细胞的生机和骨量的保持关于下降关节置换术并发症发生率是至关重要的;估计全髋、膝关节置换术翻修率到2030年将别离前进到137%和601%。
搬运性骨癌和恶性肿瘤诱发的骨缺失
搬运性和原发性骨肿瘤与骨细胞蛋白产品作用亲近。硬化蛋白或许是恶性肿瘤诱发骨病的一个要害中介子，给乳腺癌骨搬运及骨髓瘤骨病供给一个有远景的医治途径 。其他靶标包含OPG、RANK/RANKL、安排蛋白酶K,和作为搬运性骨痛新靶标的其他途径分子。在多发性骨髓瘤中,骨髓瘤细胞越出骨安排中骨细胞的调理。骨髓瘤细胞开释RANKL，按捺发生及诱导降解OPG。其他研讨也显现,骨髓瘤细胞经过排泄硬化蛋白按捺成骨细胞。骨疾病严峻程度和循环血清硬化蛋白水平正相关标明，多发性骨髓瘤细胞使用硬化蛋白构成溶骨病变。
在某些疾病,如骨佩吉特病，前列腺癌, 成骨细胞数量和活性大幅添加。此外，骨矿化和成骨细胞危害添加，提示这些患者硬化蛋白水平与骨更新速率有关。或许这些数据阐明骨细胞代偿性开释硬化蛋白按捺成骨细胞过度活动。别的,硬化蛋白或许诱发骨细胞RANKL发生,添加破骨细胞活性及骨吸收。
乳腺癌搬运细胞也可调理骨细胞活动。溶骨搬运性乳腺癌中RUNX2和共激活剂结合因子β(CBFB)调理破骨细胞和成骨细胞功用。具体来说, 乳腺癌搬运细胞排泄的骨桥蛋白激活破骨细胞,而成骨细胞被依托RUNX2 / CBFB表达的硬化蛋白按捺 。硬化蛋白区域包含1(SOSTDC1)，便是一种在BMP和Wnt信号途径活泼的硬化蛋白宗族基因,或许在乳腺癌中下调表达。患者中更高水平的SOSTDC1 mRNA和搬运存活率有关,而原发性乳房肿瘤SOSTDC1信号水平下降。综上所述,这些数据显现, 硬化蛋白在搬运性乳腺癌作用杂乱。
遗传性骨疾病
许多骨疾病是由于基因畸变特异性影响骨细胞。骨细胞功用妨碍或骨细胞基因产品功用妨碍是否是疾病病因往往是不断定的。但是,特定硬化蛋白紊乱导致骨骼变形。
硬化蛋白紊乱最常见于硬化性骨疾病和van Buchem疾病。硬化性骨疾病患者由于硬化蛋白骤变功用缺失，骨密度添加，呈现并指。硬化性骨疾病只断定了6个骤变点，它们包含硬化蛋白基因和LRP5 。van Buchem病相似骨硬化病,但一般较骨硬化病轻。由于SOST基因下流调理域删去，成骨细胞活性添加。患者的人牙齿和成长板块受van Buchem疾病影响,骨细胞不发生高的硬化蛋白水平。临床上, van Buchem病硬化蛋白水平提示基因删去量与临床疾病严峻程度有关(丈量血清硬化蛋白水平)。虽然硬化蛋白明显与van Buchem病和硬化性骨病有关,它也或许在成骨不全症中发挥作用。成骨不全症,一般由于缺少Ⅰ型胶原蛋白,特点是骨量削减和骨质疏松，易于骨折。小鼠成骨不全症模型中短期硬化蛋白中和抗体，改进骨量和削减骨折危险。
其他骨广泛受累及的遗传性疾病或许与骨细胞功用妨碍有关。例如,强直性脊柱炎是一种异位骨构成引起竹节状外观随同脊柱活动受限和背部痛苦的疾病。强直性脊柱炎的OPG水平改动提示疾病活动性状况时成骨细胞活动增强和异位骨构成。地中海贫血导致的骨质疏松症也体现骨更新速率高和血清Dkk-1浓度添加。患者经唑来膦酸医治后，硬化蛋白水平无下降，标明骨细胞活性高。
以骨细胞和硬化蛋白为靶标的新医治计划
硬化蛋白正成为调理骨功用状况的要害分子。硬化蛋白来历的骨细胞是深远影响人体内部改动的化学和机械信号首要整合者。血管体系经过微管液体和骨细胞网络供给了一个抱负的小分子运送途径 。加深对骨细胞功用及硬化蛋白表达调理体系的知道是进行骨功用研讨的重要方面。硬化蛋白其他使用也在呈现,如骨关节炎软骨细胞表达硬化蛋白。操控硬化蛋白水平能够保持骨细胞,成骨细胞和破骨细胞之间的奇妙平衡。
上面所评论的,硬化蛋白抗体,是专门为医治骨质疏松而开发。硬化蛋白抗体(AMG 785;Amgen)下降了内源性硬化蛋白水平，前进成骨细胞生计，骨生成添加。本文中评论了硬化蛋白抗体许多新的使用,包含硬化性骨病 ,van Buchem疾病，骨折愈合和骨质疏松症。硬化蛋白抗体(AMG 785;Amgen) 医治骨质疏松症的有用性评价正处于Ⅰ和II期临床实验。2011年单剂量AMGⅠ期临床实验耐受杰出。II期临床实验挑选的女人股骨颈T-scores在2.0和3.5之间，并给予五个剂量皮下给药。12个月后，五个剂量计划医治与其他可用医治办法比较，腰椎和股骨近端部分骨密度添加。此外, Amgen进行Ⅱ期实验评价AMG 785关于55到95岁髋部骨折后手术固定患者的骨折愈合作用。2013年2月,Amgen和合作者UCB SA中止患者中期实验，由于AMG 785医治比较于安慰剂，印象学上评价显现没有改进骨折愈合时刻。Ⅲ期实验现在正在绝经后骨质疏松症妇女中进行。虽然在这些实验中有很低的毒性, 硬化蛋白在骨髓环境中还有其他重要的功用如支撑免疫细胞; 研讨显现硬化蛋白失调导致b细胞凋亡及削减。
许多研讨现已断定一些疾病骨细胞数量殆尽或削减。多发性骨髓瘤患者较正常人和作用待定的单克隆丙种球蛋白（MGUS）医治患者，骨细胞凋亡明显添加 。且骨细胞排泄硬化蛋白失掉操控 。研讨标明克罗恩病患者胃肠道危害导致首要矿物质缺少对骨细胞及骨重塑有晦气影响 。但是，硬化蛋白抗体医治克罗恩病动物模型，骨密度明显改进。此外,磷酸盐、降血钙素和QVDOPh（pan-caspase按捺剂）保持疾病状况下的骨细胞作用不错。
骨细胞树突网络也与疾病有关，骨外表的骨细胞和成骨细胞之间交流存在反常。如在骨质疏松中骨细胞树突衔接数量下降,结构精细的三维网络也遭到损坏。与之相反的是,骨软化中树突和其间连通性均添加。骨软化中细胞外骨基质低矿化；最近的研讨标明, 骨细胞陷窝低矿物化与其他相疾病进程有关,如骨关节炎等。骨细胞和细胞外形态学改动受相关疾病进程亲近影响，和骨密度亲近有关。
全身性疾病也与骨细胞和骨中细胞活动有关。甲状旁腺功用亢进,甲状旁腺素添加,促进病理性破骨细胞活动，进而损坏骨结构。但是,间歇性PTH医治下降硬化蛋白水平缓添加骨盐密度。因而,甲状旁腺素关于骨量的影响与医治时刻直接相关。 间歇甲状旁腺素医治新作用促进了特立帕肽(Eli Lilly,Indianapolis, Indiana)的开展，特立帕肽医治骨质疏松症作用明显,已被证明能削减硬化蛋白表达,前进骨细胞密度。
总结和未来方向
添加骨质的医治办法正在快速更新。除了AMG 785外,双磷酸盐，狄诺单抗(Amgen)和特立帕肽(Eli Lilly) 在临床上使用越来越遭到热捧，使用指证越来越广泛。(狄诺单抗被美国食物和药物管理局(FDA) 同意用于医治骨质疏松症和实体肿瘤骨搬运;磷酸盐被FDA同意用于防备和医治骨质疏松症及其他骨疾病,如佩吉特病; 特立帕肽被FDA同意用于有骨折危险的男性和绝经后骨质疏松症妇女。) 但是,前期的研讨显现阿仑膦酸钠，狄诺单抗(Amgen)和特立帕肽有严峻的副作用 。因而,一直以来需求临床骨生物学前进 和开展新疗法。
当时骨细胞功用的数据现已用于开展各种医治办法改动骨细胞功用。骨安排中的骨细胞及骨细胞源性蛋白如硬化蛋白，为开发新办法医治骨疾病供给许多的时机。
