文摘
绝经后骨质疏松症(PMO)是增加骨吸收而形成的结果。破骨细胞是骨吸收负责,来自循环单核细胞从血液,踏上旅程的骨头osteoclastogenesis的过程。近年来,使用高通量技术探讨单核细胞从女性骨密度低与高导致候选分子的识别可能在PMO管制。本文提供了一个列表的分子在单核细胞与骨密度相关发现了“组学”研究在过去的十年左右的时间。单核细胞中的分子在低BMD条件可能导致管制过程,如单核细胞生存,迁移/趋化性,附着力,transendothelial迁移,分化为破骨细胞谱系。这些过程可能是至关重要的总体路线osteoclastogenesis和增加任何/所有这些过程会导致骨吸收增加,随后低骨密度。这些分子是否确实原因或结果是一个竞技场目前未知。
1。介绍
绝经后骨质疏松症(PMO)的特点是低骨密度(BMD)和骨组织的microarchitectural恶化,在破骨细胞的起源和活动(骨突起细胞)取代的成骨细胞(骨形成细胞);因此,骨吸收大于骨形成(1,2]。PMO的结果是增加了对脆弱性骨折可导致大量的发病率和死亡率。虽然主要的根本原因是增加骨吸收而形成,PMO的病理机制是复杂的、多方面的,牵涉到很多因素,如遗传、激素和细胞因子的水平,生活方式,和环境因素。近来,免疫细胞的作用及其骨生物学也被公认的复杂相互作用,导致“近年来”一词的出现3]。在这些免疫细胞,单核细胞获得了相当大的重要性,不仅因为它们分泌重要的细胞因子,调节骨重建,还因为他们破骨细胞前体和旅行从血液向分化为破骨细胞的骨。因此,单核细胞可以提供洞察osteoclastogenesis的初始阶段。此外,单核细胞的简单的可访问性(流通)相比,破骨细胞(驻留骨头深处蛀牙)鼓励研究人员利用前解开PMO的复杂的病因。事实上,最近的一项研究提出了利用单核细胞筛查和监测PMO (4]。
此外,它已被证明,单核细胞的数量不是骨质疏松性和nonosteoporotic女人之间明显不同;然而,体外osteoclastogenic潜力明显高于在单核细胞来源于女性骨质疏松性5]。同时,单核细胞来自于绝经后妇女有更高osteoclastogenic潜力比来自绝经前女性(6]。由于骨质疏松症是有很强的遗传因素,内在单核细胞基因表达模式的差异会引起外部表型。因此,在过去十年左右的时间,研究人员研究了单核细胞低与高BMD女性使用比较“组学”方法,这导致了大量的候选分子可能涉及PMO的病理生理学。单核细胞的有效性在整体骨研究回顾之前(7]。现在回顾地址的所有研究单核细胞“组学”与BMD的同时提供这些研究的结果以列表的形式候选分子。
2。单核细胞的旅程从血液到骨破骨细胞
血液中单核细胞循环1 - 3天,在此期间他们进入各种组织和巨噬细胞可以分化为破骨细胞或居民(脾巨噬细胞、枯否细胞在肝脏和肺部肺泡巨噬细胞),这取决于组织微环境。除了csf(巨噬细胞集落刺激因子)提供生存信号,对破骨细胞谱系的承诺也需要RANKL的存在(NFkB配体的受体激活剂),一个至关重要的破骨细胞分化因子(8]。尽管知道,破骨细胞造血的起源,在过去几十年里,提供了令人信服的证据,循环单核细胞是破骨细胞的前体细胞。1981年,结果表明,放射性标记的单核细胞注入syngenic老鼠时,接受者的股骨老鼠标记破骨细胞(9]。在接下来的几年里的几项研究均表明,破骨细胞前体躺在单核细胞分数和这些前兆显示特征的单核细胞(CD14阳性细胞)8,10- - - - - -13]。很明白,单核细胞表达等级和c-fms (CD115),和其配体RANKL和csf的存在,分别是必要的和足够的osteoclastogenesis发生(8,14,15]。在最近的一项研究在老鼠身上,荧光技术的方法在活的有机体内确认破骨细胞可以从循环单核细胞生成。和作者认为这种迂回的单核细胞从骨髓血骨可能是因为骨吸收不均匀发生所有骨骼组织(16]。此外,众所周知,单核细胞有两个子集,CD16积极和CD16消极,后者被古典单核细胞构成90 -单核细胞总数的95%左右。值得注意的是,这也是发现单核细胞的破骨细胞来源于CD16 -子集,这已经被实验证明(17- - - - - -19),尽管某些关节炎的条件可能是这条规则的例外情况。
外周单核细胞,破骨细胞的旅程包括三个早期阶段:趋化性向网站对破骨细胞的形成,骨附近的内皮细胞粘附,最终transendothelial迁移到骨环境。在这种背景下,可溶性RANKL可以刺激人类单核细胞的趋化作用通过其受体排名(20.,21]。这就解释了单核细胞的迁移对骨微环境中可溶性RANKL在大量存在。同时,RANKL或甲状旁腺激素的影响下,成骨细胞分泌MCP-1(单核细胞化学引诱物蛋白1),一个强有力的单核细胞招聘通过碳碳因素吸引单核细胞趋化因子受体2型(CCR2) [22,23]。同时,趋化因子(C-X-C主题)受体4(单核细胞趋化因子受体CXCR4)对骨基质细胞衍生因子- 1 (SDF-1)分泌血管内皮和骨髓基质细胞(24,25),和CX3CR1单核细胞响应CX3CL1由成骨细胞分泌(26]。在这个领域最重要的突破之一就是发现sphingosine-1磷酸盐的作用(S1P)徒通过其受体S1PR1 S1PR2出现在单核细胞,单核细胞的重要调节器骨的老鼠。调查人员表明S1PR1促进趋化运动进入血液循环(S1P)高,而S1PR2 chemorepulsive属性和促进运动到骨微环境(27,28]。这些发现也做了新的阐述骨保护作用的维生素D3在活的有机体内他们发现,维生素D3控制单核细胞迁移到骨微环境通过减少S1PR2的表达在体外和在活的有机体内(27- - - - - -29日]。综上所述,单核细胞迁移到骨头环境osteoclastogenesis至关重要,是由许多分子可能协同工作;因此,破译整个分子曲目仍然是当前研究的主题。大部分的上述研究老鼠;幸运的是,“组学”时代开启了机会之窗同时探索大量单核细胞的分子之间的低和高骨质密度条件。因此,许多研究探讨单核细胞基因表达与BMD使用RNA和蛋白质分析方法描述在接下来的部分。此外,很少有研究使用的数据从这些“组学”研究和应用生物信息学工具来识别相关的分子通路和网络相关的PMO。单核细胞中差异表达的分子在低和高BMD发现使用“组学”方法以及实验验证表提供1。
3所示。单核细胞信使rna在低和高BMD条件分析
十多年前,邓小平和他的同事们进行了一个优雅的研究探讨单核细胞转录组与骨质疏松症。他们应用微阵列技术探讨单核细胞信使rna来源于绝经前和绝经后的白人女性低与高BMD条件(30.]。他们发现趋化因子受体3 (CCR3),糖皮质激素受体(GCR)和组氨酸脱羧酶(HDC)证实了在低BMD条件调节量化反向transcriptase-polymerase连锁反应(存在)30.]。这些基因与单核细胞趋化作用,对糖皮质激素(激素用于治疗继发性骨质疏松症),分别和组胺的生产(30.]。另一项研究发表在同一线路涉及中国妇女绝经前和三个基因调节低BMD条件,即信号传感器和转录激活1 (STAT1)、鸟苷结合蛋白1(1)英镑,C-X-C主题趋化因子10 (CXCL10) [31日]。前两个经存在,这些基因主要是与干扰素信号所需monocyte-to-osteoclast分化(31日]。随后,单核细胞基因表达谱的研究相关的168个基因在中国和白人女性BMD。的168个基因,13被发现差异表达干扰素信号有关,其中STAT1显著调节低BMD条件(32]。这鼓励研究检查STAT1基因的单核苷酸多态性(snp)与BMD协会,和相同的作者发现,两个单核苷酸多态性(rs2030171和rs10199181)显示显著与BMD白种人(32]。在第二年,bootstrap-based回归方法应用于确定改变基因表达在单核细胞使用之前在基因微阵列数据隔离BMD相关和更年期相关(33]。他们发现,前者类别包括细胞蛋白质代谢相关基因,后者是上游或下游雌激素受体的目标(33]。随后,通路分析使用图聚类方法被用来组织差异表达基因从单核细胞Affymetrix微阵列数据集网上和两个基因簇是丰富,即免疫系统和刺激反应(34]。此外,在2015年发表的最近的一项研究表明,细胞凋亡相关基因表达下调单核细胞在低BMD条件(35]。调查人员证实凋亡诱导基因的微分表达式,polo-like激酶3 (PLK3)的存在(35]。此外,他们进行了荟萃分析在4微阵列数据集从他们之前的研究(包括白人和中国绝经前女性绝经前和绝经后),发现诱导细胞凋亡相关的基因,其中大部分在低BMD条件表达下调。这些基因,PLK3和死亡domain-associated蛋白6 (DAXX)复制所有四个数据集(35]。自循环单核细胞有两个命运,细胞凋亡或分化,他们建议降低细胞凋亡是一种机制,用于增加单核细胞生存,因此迁移和分化为破骨细胞(35]。
4所示。单核细胞蛋白在低和高BMD条件分析
单核细胞与BMD的比较蛋白质组学在2008年首次报道从中国绝经前女性低与高BMD条件,在二维电泳采用和5蛋白有差异丰富包括Ras抑制蛋白1 (RSU1) gelsolin (GSN)和含锰超氧化物歧化酶(SOD2)调节,而谷胱甘肽过氧化物酶1 (GPX1)和prolyl 4-hydroxylase b亚基(P4HB)中表达下调低BMD条件(36]。微分丰富确认使用免疫印迹和这些蛋白质与氧化应激(SOD2和GPX1)、细胞迁移(GSN)、附着力(RSU1)和凋亡调节(P4HB) [36]。基于这些发现,snp SOD2的基因及其mRNA水平从中国妇女绝经前后来研究单核细胞37]。三个单核苷酸多态性(rs7754103 rs7754295和rs2053949)与BMD显著相关以及与mRNA水平(37]。在接下来的研究中,label-free液体色谱-光谱法(质/女士)来比较从低和高的女性BMD单核细胞蛋白质。最初,在绝经后的白人女性,膜联蛋白A2 (ANXA2)被发现在低BMD条件和调节这是验证在信使rna和蛋白质水平组独立38]。同时,SNP在不相干的成年白人ANXA2基因的分析表明,三个单核苷酸多态性(rs7163836、rs11633619 rs11633657)与BMD显著相关(38]。此外,重组膜联蛋白A2蛋白质显示增加transendothelial单核细胞的迁移在体外,除了它的已知函数在破骨细胞形成38]。在类似的研究中,在绝经前白人女性,使用label-free质/ MS, gelsolin (GSN)也证实了在低BMD条件下调mRNA和蛋白水平在两组独立的白人女性39]。这就扩展到内脏大神经基因的SNP分析显示一个SNP (rs767770)与白人女性BMD,但不是在中国女性或男性的两个种族39]。最近,网络分析是用来分析单核细胞的蛋白质组学数据从绝经后的白人女性,由label-free质/女士[40]。在这项研究中,人们发现peptidylprolyl异构酶(PPIA),类似于peptidylprolyl异构酶同种型1 (LOC654188) transgelin 2 (TAGLN2)和同种型长14-3-3蛋白β/α(YWHAB)表达下调,和核纤层蛋白B1 (LMNB1),膜联蛋白A2 (ANXA2),膜联蛋白A2-like蛋白质(ANXA2P2)是调节在低和高BMD科目(40]。其中,ANXA2表明增加单核细胞transendothelial迁移,而TAGLN2参与血管生成,对骨重建过程重要,其余的未知蛋白质的功能与骨质疏松症(40]。执行基因集富集分析(GSEA),发现血小板激活和增长以及止血是最显著的基因集富集低BMD条件,而加权基因Coexpression网络分析(WGCNA)显示,膜联蛋白家族基因包括ANXA1 ANXA2, ANXA5, ANXA6调节低BMD条件(40]。进一步,在重叠的结果WGCNA和大卫,这是观察到三个基因本体术语大大丰富,即脂质绑定,磷脂绑定,和钙依赖磷脂绑定(40]。这些调查人员还使用字符串软件分析蛋白质相互作用在膜联蛋白和泛素蛋白家庭网络协会预测(40]。另一个最近的研究在绝经前单核细胞蛋白质与BMD白种人表明30蛋白质差异表达,ITGA2B,内脏大神经,RHOA不同监管低与高BMD组(41]。网络使用字符串分析揭示了浓缩两个途径:调节肌动蛋白细胞骨架和白细胞transendothelial迁移41]。
在我们的研究中,我们使用基于iTRAQ定量蛋白质组学方法研究单核细胞从印度绝经前和绝经后的女性低与高BMD,所有在一个单一的实验平台使用4-plex iTRAQ耦合nano-LC-MS /女士[42]。我们发现热休克蛋白27日也被称为热休克蛋白beta 1 (HSPB1),在低BMD条件明显调节在绝经前和绝经后的类别(42]。验证表明,总HSP27 (tHSP27)和磷酸化HSP27 (pHSP27)升高低BMD条件两个类别不仅在单核细胞也在血清(42,43]。有趣的是,pHSP27表现出优势比高于tHSP27预测低BMD,无论绝经情况(43]。性能特征表现出由pHSP27和胶原蛋白1型交联C-telopeptide (CTX-1)是相似的;然而,pHSP27显示敏感性低于CTX-1或类似的特异性和低于CTX-1 [43]。除了其著名的凋亡特性,磷酸化HSP27增加单核细胞迁移对MCP-1和RANKL [42]。此外,外生磷酸化HSP27增加单核细胞粘附到内皮细胞和单核细胞transendothelial迁移(未发表的数据)。
5。单核细胞微分析在低和高BMD条件
小分子核糖核酸或microrna(小非编码rna 19-25核苷酸长度)已成为潜在的生物标记物,调节基因的表达通常通过调制mRNA稳定或翻译成蛋白质。最近,两项研究已报告在microrna测定单核细胞与BMD在绝经后的白人女性44,45]。在这些研究中,upregulation mir - 133 a (44]和mir - 422 a [45)在低BMD条件,这两个被证实存在。这些microrna表明与目标基因的mRNA水平负相关,但不显著44,45]。mir - 133的水平升高血清样本也证实,但在另一项研究在绝经后的中国妇女45]。
6。结论和未来的角度
基于“组学”数据已通过实验验证的,循环单核细胞与BMD相关分子可以被归类到过程,如细胞凋亡/生存(PLK3和HSPB1),迁移/趋化性(CXCL3、内脏大神经和HSPB1),粘附(RSU1 HSPB1) transendothelial迁移(ANXA2 HSPB1),分化为破骨细胞(STAT1, 1英镑,ANXA2 GSN),和其他杂项过程如组胺生物合成(HDC),糖皮质激素敏感性(GCR),调节氧化应激(SOD2 GPX1)和蛋白质折叠(P4HB)和多功能分子,mir - 133 a和miR422a(分子识别和验证表的完整列表1)。其中,HSPB1和miR133a也被发现在血清水平升高,指向它们的重要性。然而,有民族差异的微分相关分子的表达。到目前为止,只有中国、白人和印第安民族一直在探索与BMD单核细胞基因表达模式发生改变。此外,更年期是一个关键因素,区分潜在的病理生理学的低BMD在绝经前和绝经后妇女。广泛了解早期osteoclastogenesis可能是通过单核细胞蛋白质组的分析模式在低和高BMD条件下全球各种族。这样的研究将不仅构建知识的初始阶段osteoclastogenesis包括单核细胞谱系的承诺对破骨细胞也开辟新途径其他生物标记和/或药物靶点为PMO改善病人的管理。
的利益冲突
作者报告没有利益冲突。
确认
作者要感谢s d . Mahale博士,主任,生殖健康国家研究所(),对她的支持。作者还想承认金融支持印度医学研究理事会()和董事会研究原子能核科学系(BRNS-DAE)。