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骨质疏松症（Oteoporosis，OP）是一种表现为骨量显著降低，骨微结构遭到破坏，导致骨脆性增加，易骨折等特征的全身性骨科疾病（世界卫生组织，WHO）。根据美国国立卫生院（NIH）在2001年提出的观点，关于骨质疏松症的描述，主要特征包括骨强度降低、骨折发生几率增加两点，这类骨骼系统疾病中，骨强度反映了骨骼的两个主要方面，一方面是骨矿密度，另一方面则是骨质量。该病可没有特定的发病人群和发病年龄，但是，绝经后妇女和老年男性更为显著。骨质疏松症最需要注意的严重并发症就是骨折，轻度外力作用下，骨折即可发生，相关调查显示，≥60岁老年骨质疏松患者骨折发生率为12%，症状较轻者，活动受限，生活质量下降，病情严重患者须卧床，长期休养，并在卧床期间容易引发坠积性肺炎、褥疮，甚至心脑血管疾病，危害身心健康，也给家庭和社会带来巨大负担。骨质疏松症的发病机制目前并未完全阐明，广为认可的是与钙磷代谢失调、激素紊乱、活性维生素D摄入的减少有关 [1]。近年来，多项研究发现骨质代谢受到细胞因子及激素的共同调控。本文就FGF21、PPAR及CREB与骨质疏松症的研究进展作一简述。
1 FGF21
1.1. FGF21的表达及作用
人成纤维细胞生长因子21（FGF21）是新发现的成纤维细胞因子家族中的一员，展现出强大的内分泌功能，它直接或间接参与对多种代谢的调节，特别是在糖、脂代谢方面，至关重要[2]。在过氧化物酶体增殖物受体（PPARs）的作用下，FGF21得以在肝脏、胰腺和肌肉组织、脂肪细胞中表达，并通过βklotho 与FGF受体（FGFR）相结合的方式，产生FGF21受体复合物，驱动信号内转导途径，诱导脂肪组织、胰腺、肝脏细胞等的信号通路激活和功能活动的顺利急性[3]。Smith等研究发现，选择糖尿病模型小鼠，并给予其FGF21治疗，结果发现，与对照组相比，经过FGF21治疗的小鼠血糖水平改善，检测胰岛素水平得到改善，胰腺组织病理切片与对照组相比胰腺β细胞增加【4】。给猴子注射FGF21进行治疗，结果发现，与对照组相比，FGF21猴子检测结果显示低密度脂蛋白下降，高密度脂蛋白升高，体质量降低【4】。Xu J等还研究表明，FGF21已成为葡萄糖和脂代谢的重要调节剂，能降低血糖，改善胰岛素水平和脂质水平，对于肝脏脂肪变性的逆转也具有重要作用。肝脏甘油三酯水平的显著降低与FGF21对核固醇调节元件结合蛋白-1的抑制和涉及脂肪酸和甘油三酯合成的多种基因的表达相关，FGF21还显著改善小鼠的肝和外周胰岛素敏感性。因此，FGF21可纠正多种代谢紊乱，并可能成为治疗肝脏脂肪变性，肥胖和2型糖尿病的有效药物。【5】
1.2 FGF21抑制成骨细胞活性
Xunde Wang，Wei Wei等研究发现胰岛素样生长因子结合蛋白1（IGFBP1）是促进破骨细胞生成和骨吸收的一种重要的肝骨激素传递机制，也是FGF21所致骨丢失的重要介质；FGF21促进胰岛素敏感性，但引起骨丢失，它通过一种未明确的非破骨细胞自主机制提高了骨吸收。他们在肝分泌细胞中检测到一种促进破骨活性，这种活性有FGF21增加，很大程度上归因于IGFBP1。体外破骨细胞分化和体内骨吸收均被重组IGFBP1所增强，但被IGFBP1阻断抗体抑制；抗IGFBP1治疗可减轻卵巢切除所致骨质疏松症，并在维持胰岛素敏感性代谢优势的同时，消除FGF21所致的骨丟失，同样的，IGFBP1通过其RGD结构与破骨细胞前体上的受体整合素β1结合，从而增强RANK刺激的Erk磷酸化和NFATc1的激活；因此，破骨细胞整合素的缺失对IGFBP1和FGF21的吸收增强作用具有抵抗作用【6】。基于以上研究，此后WeiWei通过对FGF21转基因小鼠和野生型小鼠的胫骨组织对比研究发现，FGF21转基因小鼠机体FGF21水平是野生型小鼠的5倍作为前提研究条件，前者的骨小梁显著低于后者，在骨容量/组织容量、骨表面、骨小梁、骨小梁厚度方面，前者显著降低，在骨表面/骨容量、骨小梁间距方面，前者显著高于后者，在组织矿物质密度、骨矿物密度方面，前者显著低于后者，而骨髓脂肪细胞量增加，而FGF21敲除小鼠成骨细胞数和表面数明显高于野生型小鼠，FGF21敲除小鼠骨髓脂肪细胞的数量和面积也明显减少，这些研究均表明，FGF21是骨稳态的有效调节剂，正是由于FGF21的激活，骨量显著减少，相反，FGF21功能缺失，则引发高骨量表；同时还发现FGF21借助PPAR-γ对成骨细胞的生成进行抑制，并对骨髓间质干细胞脂肪的形成起到刺激作用，FGF21缺失防止了PPAR-γ激动剂罗格列酮的引起的骨丢失这一副作用；因此，FGF21是骨转换的关键变阻器，是骨和能量代谢的关键整合者；这些结果表明，骨脆性可能是慢性FGF21给药的不良后果【7】。
2 PPAR
2.1 PPARγ
PPARγ是PPARs的亚型之一，其在被激活后，能够对细胞分化、增殖和凋亡的过程发挥调节作用。目前，最新的研究指出，PPARγ可以作为代谢综合征治疗的新靶点，实现对代谢综合征的全面干预[8]。也有研究指出，PPARγ具有抑制肿瘤、预防心肌缺血所造成的再灌注损伤、保护神经功能、皮肤病治疗、非酒精性脂肪肝以及干眼症等的治疗等。目前，也有研究指出，骨髓干细胞分化受到PPARγ的作用。相关研究[9]指出，PPAR对于促进成骨细胞凋亡意义重大，同时对破骨细胞的活性也具有重要影响。对于老年性骨质疏松、绝经后骨质疏松的发生具有重要意义。因此探讨PPARγ对于骨组织的作用和骨质疏松发生的关系具有重要的实践价值。
2.2 PPAR影响成骨细胞
PPAR与骨质疏松的关系，必然要关注其对成骨细胞的影响。
首先，PAPR影响成骨细胞的分化。成骨细胞来源于MSCs，表现为存在多向分化的能力，在受到不同诱导体系的作用下，诱导成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞等的形成。根据动物实验的结果，以罗格列酮（PPAR的人工合成配体）20mg/kg/d喂养C57BL/6小鼠7周的时间，发现Cbfal、Dlx5明显下降，而ap2明显增加。另外，其可以最快的速度激活PPARγ抑制被β3磷酸甘油活化的Cbfal与NF-kB结合的过程，对前成骨细胞的分化过程和增殖过程进行抑制。而PPARγ剔除后的ES细胞可分化为成骨细胞，但是却无法向脂肪细胞分化。当PPARγ再次植入后，则分化功能得到恢复。该项研究指出，PPARγ的高表达，能够促进MSCs转化为脂肪细胞，成骨细胞分化过程被抑制。而这也佐证了骨质疏松患者骨髓中脂肪细胞与成骨细胞比例失衡的现象[10]。另有研究[11]指出，由于年龄的增加，成骨细胞数量下降，脂肪细胞增多，受到骨髓微环境改变的影响，mMSCs分化潜能也改变，可能的原因在于PPARγ参与了老年性骨质疏松的发生。 另有研究[12]指出，PPARγ的各种配体（天然配体9，10-二羟十八碳烯酸、9，10-环氧十八碳烯酸等）会通过不同的调节通路影响成骨分化。相关学者认为，临床上TZDs治疗方案的应用，可能是引发或加重糖尿病患者的骨质疏松问题的原因，同时，这也代表了，根据患者实际情况给予PPARγ调节剂治疗，可能会成为骨质疏松患者疾病干预的新方法。
第二，PPAR对成骨细胞的成熟具有调节作用。根据相关研究，前列腺素代谢产物在适当浓度下可将PPARγ激活，使得成骨细胞得以矿化，从而促使骨的形成，充分证明了PPARγ对于成骨细胞的成熟具有积极的促进作用。根据相关学者的研究[13]，在成骨细胞处于成熟阶段的早期，诱导PPARγ的表达，可以进一步诱导MC3T3-E1前成骨细胞ALP的活性增加，促进基质钙化，促进成骨细胞基因表达，从而促进成骨细胞走向成熟。另外的研究中发现，罗格列酮能够在成骨细胞分化晚期，成骨细胞中的特异性转录因子表达不会再受影响，同时，基质蛋白、骨钙素的表达也不会受到影响，探究其原因，可能在于其配体不会影响已经高度分化的成骨细胞PPARγ2或Wnt-10b的激活。
第三，PPAR对成骨细胞凋亡会产生一定的影响。成骨细胞最终会分化生成骨衬细胞或者骨细胞，只有很少的一部分才会走向凋亡。通过动物实验发现，以罗格列酮3mg/kg/d喂养C57BL/6小鼠90d后，成骨细胞/骨细胞数量和活性均呈现下降的表现，而且，Bcl-2表达水平也表现为下降。环格列酮、吡格列酮的应用，使得成骨细胞中FGF-2诱导的SAPK/JNK的磷酸化过程显著增强，而GW9662能够削弱这种磷酸化过程。同时，环格列酮呈现出剂量、时间依赖性特点，该特点能够导致成骨细胞走向凋亡，Bax的过表达，从而在抗氧化剂和GW9662的作用下被拮抗。同时，也有研究[14]指出，活性氧族。MAPK信号通路也是这一过程中的重要角色。在曲格列酮的作用下，ERK信号通路被迫下调，而p38信号通路得以上调，MC3T3-E1细胞凋亡。另外，曲格列酮的存在，就是增加了活性氧族的作用，但是，抗氧化剂的作用不包括成骨细胞凋亡的拮抗，也就是说，活性氧族与曲格列酮表现的细胞毒性无关。通过上述研究，PPARγ配体通过丝裂原活化蛋白激酶信号通路发挥作用，完成成骨细胞的促凋亡。MAPK信号通路在细胞内广泛存在，该信号通路的激活，能够直接参与细胞分化、增殖、转化以及凋亡的调节，并与炎症、肿瘤等多种疾病的发生、发展关系密切[15]。目前，4种已知的MAPK信号通路已经被明确，其中，ERKI/2信号通路介导细胞增殖，JNK在多种系统中发挥促凋亡作用，在应激状态下，p38参与炎症反应和细胞的凋亡。ERK5作用于生长因子诱导下的细胞增殖过程[16]。而PPARγ的上调，MAPK中的促凋亡通路将被激活，能够促进bax/bcl-2比值增高，促进成骨细胞走向凋亡。
2.3PPAR对破骨细胞的影响
破骨细胞由HSCs分化而来，其分化过程需要RANK、OPG以及骨保护素配体/RANK配体系统等的参与。特定的骨髓微环境中，成骨细胞/MSCs膜表面的RANKL和破骨細胞前体细胞膜表面的RANK能够结合，活化破骨细胞功能，再加上，OPG与RANK竞争性结合，使得破骨细胞形成和骨吸收被抑制。近年来，随着研究的不断深入，关于PPARγ活化与破骨细胞二者关系的研究也不断增加，但是，研究的结果存在分歧。有学者[17]在研究中发现，HSCs表达PPARγ，而MSCs中加入PPARγ配体并不能引发破骨细胞前体过度表达PPARγ，而在HSCs和MSCs共培养体系中，可以启动PPARγ，通过切断骨保护素配体所激活的NF-kB通路，能够降低多核破骨细胞的数量，降低骨吸收标志因子的表达。而TMS-14作为前脂肪细胞株，能够对破骨细胞分化起到诱导作用，TZD的应用，一方面，促进TMS-14细胞向脂肪细胞分化，另一方面，抑制破骨细胞分化因子的表达。动物实验发现，观察经吡格列酮处理的大鼠破骨细胞样细胞，在培养早期吡格列酮10umol/L以及5umol/L干预组破骨细胞样细胞整合素β3表达下降，说明吡格列酮的应用，使早期分化的破骨细胞样细胞骨吸收受限。另有研究指出，通过给予颅盖骨培养中的大鼠环格列酮处理，钙释放增加，且存在明显的剂量依赖性特点，RANKL mRNA表达增加，OPG mRNA表达减少，充分说明TZD与破骨细胞分化密切相关。研究指出，通过给予正常小鼠罗格列酮处理，12周后，骨丢失不明显，脂骨表现不明显。而在去卵巢小鼠中给予罗格列酮处理，发现小鼠骨丢失明显，脂骨增加，破骨细胞数量与骨侵蚀面增加，提示雌激素不足状态下应用TZDs能够，诱导骨质疏松加重。另外的研究指出，PPARγ及其配对成骨细胞的作用在于改变骨髓微环境中相关细胞因子水平，从而直接或间接地影响破骨细胞分化和功能[18]。
3 CREB
3.1 CERB概述
CREB是环磷腺苷效应元件结（cAMP-response element binding protein）的英文缩写。cAMP依赖蛋白激酶A、环磷腺苷效应元件结合蛋白信号转导通路作为G蛋白的下游通路之一，是动物以及人体普遍存在的一条通路，能够调控多种细胞的物质代谢、基因表达、成熟和凋亡、增殖、分化等生物学功能，特别是在骨形成、骨吸收方面发挥着重要作用，其可以加速成骨细胞的增殖和分化，并抑制破骨细胞的活性，发挥对骨代谢的调节作用，防治骨质疏松症的生成和发展。PKA、CREB信号转导通路作用机制主要是通过激活PKA来活化细胞核内的CREB，调节靶基因转录。CREB由C、N两端构成的，C端由碱性氨基酸构成了一个亮氨酸拉链结构区域，是与DNA实现结合的区域，被称为DNA结合构域。N端含有丰富的酸性氨基酸，是CREB调节转录活化的区域，在该区域内，包含两个不同的功能区域，一个是含有多个磷酸化点的激酶诱导区，能够实现以PKA为主的蛋白激酶磷酸化，也就是激酶诱导结构域，另一区域则是谷氨酰胺残基，与调节转录活化有关。CREB发挥其转录调控，必须以PKA磷酸化为前提。当PKA被活化后，将C亚基解离出来，进入细胞核内，并在KID区域的磷酸化点位相结合，引发KID区中Scr133分子结构发生改变，将CREB调控基因转录的功能激活[19]。 3.2 CREB对骨质疏松的调控作用
PKA、CREB是ATF4的信号转到通道，对于骨骼具有调节作用。当收到细胞外的刺激时，机体的神经系统就会将神经递质释放，并与细胞膜上的靶G蛋白结合，G蛋白通过对苷酸环化酶活性的调节，在其催化作用下，将腺苷三磷酸（ATP）环化为环腺苷酸（cAMP），cAMP是细胞内的第二信使，能够将细胞内的PKA活化，随后被转运到细胞核内，将CREB磷酸化，磷酸化的CREB能够对ATF4产生影响，从而抑制破骨细胞的增殖和分化，促进成骨细胞的增殖和分化，促进骨骼的生长，防治骨质疏松[20]。根据动物实验的结果，骨质疏松在发展过程中，PKA/CREB蛋白因子表达下降，提示骨质疏松的发生与PKA/CREB信号通路有关。根据相关学者的研究，活性氧通过PKA-CREB信号通路实现对成骨细胞基因的调控，从而起到治疗骨质疏松的作用。
4小结
对于正常人而言，骨代谢通过骨重建而完成，通过自身不断的自我更新和自我修复，能够保持结构和功能的完整性。在這一过程中，成骨细胞与破骨细胞均发挥着重要作用，如果体内骨转换出现紊乱，则容易引发骨吸收过多或者骨形成不足，从而形成骨质疏松。近年来，随着骨质疏松发生率的不断上升，人们对于骨质疏松症的重视程度不断加深，对于骨质疏松的病理研究和临床治疗也得到了深入发展。在研究中发现，骨质疏松的发生和发展与多种细胞因子、信号通路存在密切的关系，本次就FGF21、PPAR及CREB在骨质疏松症中的作用和影响进行了探讨，结果发现，FGF21抑制成骨细胞活性，PPAR影响成骨细胞的分化、成熟和凋亡，影响破骨细胞的分化和功能，CREB通过PKA/CREB信号通路发挥作用，影响骨质疏松的发生。但是，关于FGF21、PPAR及CREB在骨质疏松症中的作用仍然没有得到定论，需要进一步开展深入研究。
参考文献：
[1] Sliva A M，Heymsfield S B，Sardinha L B.Assessing body composition in taller or broader individuals using dual-energy X-ray absorptiometry：a systematic rewiew[J].Eur J Clin Nutr，2013，67（10）：1012-1021
[2] Blaner J，Guerin AP，Pannier B et al.Arterial calcifications，arterial stiffness，and cardiovascular risk in end-stage renal disease[J].Hypertension，2001，38：938-942
[3] Yie J，Wang W，Deng L，et al.Understangding the physicl interactions in the FGF21/FGFR/βklotho complex：structural requirements and implications in FGF21 signaling.[J].Chemical Biology &Drug Design，2012，79（4）：398
[4] Smith R，Duguay A，Weiszmann J，et al.A novel approach to improve the function of FGF21[J].Bio Drugs，2013，27（2）：159-166
[5] Xu J，Lloyd DJ，Hale C，et al . Fibroblast growth factor 21 reverses hepatic steatosis，increases energy expengiture，and improves insulin sensitivity in diet-induced obese mice[J].Diabetes，2009，58（1）：250-259
[6] Xunde Wang，Wei Wei，et al.A Liver-Bone Endocrine Relay by IGFBP1 Promotes Osteoclastogenesis and Mediates FGF21-Induced Bone Rescoption. [J].Cell Metab.Author manuscipt available in PMC 2016 03（11）：01-27
[7] Wei Wei，Dutchak PA，Yihong Wan，et al.Fibroblast growth factor 21 promotes bone lossy potentiating the effects of peroxisome proliferator-activated receptor . [J].Proc Natl Acad Sci U S A，2012，109（8）；3143-3148.
[8]李兴艳，杜勇军.PPARα与2型糖尿病性骨质疏松的相关性研究进展[J].中国骨质疏松杂志，2018，24（8）：1093-1096.
[9]史传道，于曦，杨艳辉，等.“抗疏健骨颗粒”对去势骨质疏松模型大鼠肾组织PPARγ2 mRNA及蛋白表达水平的影响[J].江苏中医药，2016，48（7）：74-76，79.
[10]卜淑敏，杨涵.5种干预疗法对去卵巢骨质疏松大鼠骨髓脂肪细胞数目和PPARγ2蛋白表达水平的影响[J].首都体育学院学报，2016，28（3）：270-273.
[11]黄思敏，邓伟民.补肾健脾化瘀方对绝经后骨质疏松症妇女血清中PPARγ因子的影响[J].中医临床研究，2014，6（34）：22，24.
[12]冯晓波.四环素诱导大鼠靶向PPARγ基因沉默治疗糖皮质激素性骨质疏松症的实验研究[D].华中科技大学，2015.
[13]柏茂盛，赵建宁，洪叶.脂代谢与骨代谢信号通路及与骨代谢相关疾病的关系：理论进展与热点方向[J].中国组织工程研究，2018，22（20）：3269-3274.
[14]吕志伟，张柳.核转录因子PPARγ与骨质疏松[J].中国骨质疏松杂志，2007，13（12）：884-887.
[15]陈渝，卜淑敏.全身垂直振动对去卵巢骨质疏松大鼠骨髓细胞PPAR γ和P-GSK-3β蛋白表达的影响[J].中国运动医学杂志，2013，32（11）：987-990，996.
[16]翁文玉，郝烨华，张瑜生，等.线粒体途径相关信号通路对成骨细胞凋亡的作用[J].中国骨质疏松杂志，2018，24（12）：1665-1670.
[17]杨熳，卢冰婕，段媛媛，等.骨质疏松症易感基因BDNF的遗传学关联分析及功能研究[J].遗传，2017，39（8）：726-736.
[18]丛茜.p38αMAPK在骨发育及骨代谢中的作用[D].上海交通大学，2016.
[19]王梅平，詹增土，朱敏.脑缺血再灌注损伤大鼠CREB信号通路调控及电针足三里作用机制[J].临床误诊误治，2018，31（12）：94-98.
[20]康文博.雌激素膜受体GPR30/GPER1在骨质疏松治疗中的作用与机制研究[D].第二军医大学，2016.
1 FGF21
1.1. FGF21的表达及作用
人成纤维细胞生长因子21（FGF21）是新发现的成纤维细胞因子家族中的一员，展现出强大的内分泌功能，它直接或间接参与对多种代谢的调节，特别是在糖、脂代谢方面，至关重要[2]。在过氧化物酶体增殖物受体（PPARs）的作用下，FGF21得以在肝脏、胰腺和肌肉组织、脂肪细胞中表达，并通过βklotho 与FGF受体（FGFR）相结合的方式，产生FGF21受体复合物，驱动信号内转导途径，诱导脂肪组织、胰腺、肝脏细胞等的信号通路激活和功能活动的顺利急性[3]。Smith等研究发现，选择糖尿病模型小鼠，并给予其FGF21治疗，结果发现，与对照组相比，经过FGF21治疗的小鼠血糖水平改善，检测胰岛素水平得到改善，胰腺组织病理切片与对照组相比胰腺β细胞增加【4】。给猴子注射FGF21进行治疗，结果发现，与对照组相比，FGF21猴子检测结果显示低密度脂蛋白下降，高密度脂蛋白升高，体质量降低【4】。Xu J等还研究表明，FGF21已成为葡萄糖和脂代谢的重要调节剂，能降低血糖，改善胰岛素水平和脂质水平，对于肝脏脂肪变性的逆转也具有重要作用。肝脏甘油三酯水平的显著降低与FGF21对核固醇调节元件结合蛋白-1的抑制和涉及脂肪酸和甘油三酯合成的多种基因的表达相关，FGF21还显著改善小鼠的肝和外周胰岛素敏感性。因此，FGF21可纠正多种代谢紊乱，并可能成为治疗肝脏脂肪变性，肥胖和2型糖尿病的有效药物。【5】
1.2 FGF21抑制成骨细胞活性
Xunde Wang，Wei Wei等研究发现胰岛素样生长因子结合蛋白1（IGFBP1）是促进破骨细胞生成和骨吸收的一种重要的肝骨激素传递机制，也是FGF21所致骨丢失的重要介质；FGF21促进胰岛素敏感性，但引起骨丢失，它通过一种未明确的非破骨细胞自主机制提高了骨吸收。他们在肝分泌细胞中检测到一种促进破骨活性，这种活性有FGF21增加，很大程度上归因于IGFBP1。体外破骨细胞分化和体内骨吸收均被重组IGFBP1所增强，但被IGFBP1阻断抗体抑制；抗IGFBP1治疗可减轻卵巢切除所致骨质疏松症，并在维持胰岛素敏感性代谢优势的同时，消除FGF21所致的骨丟失，同样的，IGFBP1通过其RGD结构与破骨细胞前体上的受体整合素β1结合，从而增强RANK刺激的Erk磷酸化和NFATc1的激活；因此，破骨细胞整合素的缺失对IGFBP1和FGF21的吸收增强作用具有抵抗作用【6】。基于以上研究，此后WeiWei通过对FGF21转基因小鼠和野生型小鼠的胫骨组织对比研究发现，FGF21转基因小鼠机体FGF21水平是野生型小鼠的5倍作为前提研究条件，前者的骨小梁显著低于后者，在骨容量/组织容量、骨表面、骨小梁、骨小梁厚度方面，前者显著降低，在骨表面/骨容量、骨小梁间距方面，前者显著高于后者，在组织矿物质密度、骨矿物密度方面，前者显著低于后者，而骨髓脂肪细胞量增加，而FGF21敲除小鼠成骨细胞数和表面数明显高于野生型小鼠，FGF21敲除小鼠骨髓脂肪细胞的数量和面积也明显减少，这些研究均表明，FGF21是骨稳态的有效调节剂，正是由于FGF21的激活，骨量显著减少，相反，FGF21功能缺失，则引发高骨量表；同时还发现FGF21借助PPAR-γ对成骨细胞的生成进行抑制，并对骨髓间质干细胞脂肪的形成起到刺激作用，FGF21缺失防止了PPAR-γ激动剂罗格列酮的引起的骨丢失这一副作用；因此，FGF21是骨转换的关键变阻器，是骨和能量代谢的关键整合者；这些结果表明，骨脆性可能是慢性FGF21给药的不良后果【7】。
2 PPAR
2.1 PPARγ
PPARγ是PPARs的亚型之一，其在被激活后，能够对细胞分化、增殖和凋亡的过程发挥调节作用。目前，最新的研究指出，PPARγ可以作为代谢综合征治疗的新靶点，实现对代谢综合征的全面干预[8]。也有研究指出，PPARγ具有抑制肿瘤、预防心肌缺血所造成的再灌注损伤、保护神经功能、皮肤病治疗、非酒精性脂肪肝以及干眼症等的治疗等。目前，也有研究指出，骨髓干细胞分化受到PPARγ的作用。相关研究[9]指出，PPAR对于促进成骨细胞凋亡意义重大，同时对破骨细胞的活性也具有重要影响。对于老年性骨质疏松、绝经后骨质疏松的发生具有重要意义。因此探讨PPARγ对于骨组织的作用和骨质疏松发生的关系具有重要的实践价值。
2.2 PPAR影响成骨细胞
PPAR与骨质疏松的关系，必然要关注其对成骨细胞的影响。
首先，PAPR影响成骨细胞的分化。成骨细胞来源于MSCs，表现为存在多向分化的能力，在受到不同诱导体系的作用下，诱导成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞等的形成。根据动物实验的结果，以罗格列酮（PPAR的人工合成配体）20mg/kg/d喂养C57BL/6小鼠7周的时间，发现Cbfal、Dlx5明显下降，而ap2明显增加。另外，其可以最快的速度激活PPARγ抑制被β3磷酸甘油活化的Cbfal与NF-kB结合的过程，对前成骨细胞的分化过程和增殖过程进行抑制。而PPARγ剔除后的ES细胞可分化为成骨细胞，但是却无法向脂肪细胞分化。当PPARγ再次植入后，则分化功能得到恢复。该项研究指出，PPARγ的高表达，能够促进MSCs转化为脂肪细胞，成骨细胞分化过程被抑制。而这也佐证了骨质疏松患者骨髓中脂肪细胞与成骨细胞比例失衡的现象[10]。另有研究[11]指出，由于年龄的增加，成骨细胞数量下降，脂肪细胞增多，受到骨髓微环境改变的影响，mMSCs分化潜能也改变，可能的原因在于PPARγ参与了老年性骨质疏松的发生。 另有研究[12]指出，PPARγ的各种配体（天然配体9，10-二羟十八碳烯酸、9，10-环氧十八碳烯酸等）会通过不同的调节通路影响成骨分化。相关学者认为，临床上TZDs治疗方案的应用，可能是引发或加重糖尿病患者的骨质疏松问题的原因，同时，这也代表了，根据患者实际情况给予PPARγ调节剂治疗，可能会成为骨质疏松患者疾病干预的新方法。
第二，PPAR对成骨细胞的成熟具有调节作用。根据相关研究，前列腺素代谢产物在适当浓度下可将PPARγ激活，使得成骨细胞得以矿化，从而促使骨的形成，充分证明了PPARγ对于成骨细胞的成熟具有积极的促进作用。根据相关学者的研究[13]，在成骨细胞处于成熟阶段的早期，诱导PPARγ的表达，可以进一步诱导MC3T3-E1前成骨细胞ALP的活性增加，促进基质钙化，促进成骨细胞基因表达，从而促进成骨细胞走向成熟。另外的研究中发现，罗格列酮能够在成骨细胞分化晚期，成骨细胞中的特异性转录因子表达不会再受影响，同时，基质蛋白、骨钙素的表达也不会受到影响，探究其原因，可能在于其配体不会影响已经高度分化的成骨细胞PPARγ2或Wnt-10b的激活。
第三，PPAR对成骨细胞凋亡会产生一定的影响。成骨细胞最终会分化生成骨衬细胞或者骨细胞，只有很少的一部分才会走向凋亡。通过动物实验发现，以罗格列酮3mg/kg/d喂养C57BL/6小鼠90d后，成骨细胞/骨细胞数量和活性均呈现下降的表现，而且，Bcl-2表达水平也表现为下降。环格列酮、吡格列酮的应用，使得成骨细胞中FGF-2诱导的SAPK/JNK的磷酸化过程显著增强，而GW9662能够削弱这种磷酸化过程。同时，环格列酮呈现出剂量、时间依赖性特点，该特点能够导致成骨细胞走向凋亡，Bax的过表达，从而在抗氧化剂和GW9662的作用下被拮抗。同时，也有研究[14]指出，活性氧族。MAPK信号通路也是这一过程中的重要角色。在曲格列酮的作用下，ERK信号通路被迫下调，而p38信号通路得以上调，MC3T3-E1细胞凋亡。另外，曲格列酮的存在，就是增加了活性氧族的作用，但是，抗氧化剂的作用不包括成骨细胞凋亡的拮抗，也就是说，活性氧族与曲格列酮表现的细胞毒性无关。通过上述研究，PPARγ配体通过丝裂原活化蛋白激酶信号通路发挥作用，完成成骨细胞的促凋亡。MAPK信号通路在细胞内广泛存在，该信号通路的激活，能够直接参与细胞分化、增殖、转化以及凋亡的调节，并与炎症、肿瘤等多种疾病的发生、发展关系密切[15]。目前，4种已知的MAPK信号通路已经被明确，其中，ERKI/2信号通路介导细胞增殖，JNK在多种系统中发挥促凋亡作用，在应激状态下，p38参与炎症反应和细胞的凋亡。ERK5作用于生长因子诱导下的细胞增殖过程[16]。而PPARγ的上调，MAPK中的促凋亡通路将被激活，能够促进bax/bcl-2比值增高，促进成骨细胞走向凋亡。
2.3PPAR对破骨细胞的影响
破骨细胞由HSCs分化而来，其分化过程需要RANK、OPG以及骨保护素配体/RANK配体系统等的参与。特定的骨髓微环境中，成骨细胞/MSCs膜表面的RANKL和破骨細胞前体细胞膜表面的RANK能够结合，活化破骨细胞功能，再加上，OPG与RANK竞争性结合，使得破骨细胞形成和骨吸收被抑制。近年来，随着研究的不断深入，关于PPARγ活化与破骨细胞二者关系的研究也不断增加，但是，研究的结果存在分歧。有学者[17]在研究中发现，HSCs表达PPARγ，而MSCs中加入PPARγ配体并不能引发破骨细胞前体过度表达PPARγ，而在HSCs和MSCs共培养体系中，可以启动PPARγ，通过切断骨保护素配体所激活的NF-kB通路，能够降低多核破骨细胞的数量，降低骨吸收标志因子的表达。而TMS-14作为前脂肪细胞株，能够对破骨细胞分化起到诱导作用，TZD的应用，一方面，促进TMS-14细胞向脂肪细胞分化，另一方面，抑制破骨细胞分化因子的表达。动物实验发现，观察经吡格列酮处理的大鼠破骨细胞样细胞，在培养早期吡格列酮10umol/L以及5umol/L干预组破骨细胞样细胞整合素β3表达下降，说明吡格列酮的应用，使早期分化的破骨细胞样细胞骨吸收受限。另有研究指出，通过给予颅盖骨培养中的大鼠环格列酮处理，钙释放增加，且存在明显的剂量依赖性特点，RANKL mRNA表达增加，OPG mRNA表达减少，充分说明TZD与破骨细胞分化密切相关。研究指出，通过给予正常小鼠罗格列酮处理，12周后，骨丢失不明显，脂骨表现不明显。而在去卵巢小鼠中给予罗格列酮处理，发现小鼠骨丢失明显，脂骨增加，破骨细胞数量与骨侵蚀面增加，提示雌激素不足状态下应用TZDs能够，诱导骨质疏松加重。另外的研究指出，PPARγ及其配对成骨细胞的作用在于改变骨髓微环境中相关细胞因子水平，从而直接或间接地影响破骨细胞分化和功能[18]。
3 CREB
3.1 CERB概述
CREB是环磷腺苷效应元件结（cAMP-response element binding protein）的英文缩写。cAMP依赖蛋白激酶A、环磷腺苷效应元件结合蛋白信号转导通路作为G蛋白的下游通路之一，是动物以及人体普遍存在的一条通路，能够调控多种细胞的物质代谢、基因表达、成熟和凋亡、增殖、分化等生物学功能，特别是在骨形成、骨吸收方面发挥着重要作用，其可以加速成骨细胞的增殖和分化，并抑制破骨细胞的活性，发挥对骨代谢的调节作用，防治骨质疏松症的生成和发展。PKA、CREB信号转导通路作用机制主要是通过激活PKA来活化细胞核内的CREB，调节靶基因转录。CREB由C、N两端构成的，C端由碱性氨基酸构成了一个亮氨酸拉链结构区域，是与DNA实现结合的区域，被称为DNA结合构域。N端含有丰富的酸性氨基酸，是CREB调节转录活化的区域，在该区域内，包含两个不同的功能区域，一个是含有多个磷酸化点的激酶诱导区，能够实现以PKA为主的蛋白激酶磷酸化，也就是激酶诱导结构域，另一区域则是谷氨酰胺残基，与调节转录活化有关。CREB发挥其转录调控，必须以PKA磷酸化为前提。当PKA被活化后，将C亚基解离出来，进入细胞核内，并在KID区域的磷酸化点位相结合，引发KID区中Scr133分子结构发生改变，将CREB调控基因转录的功能激活[19]。 3.2 CREB对骨质疏松的调控作用
PKA、CREB是ATF4的信号转到通道，对于骨骼具有调节作用。当收到细胞外的刺激时，机体的神经系统就会将神经递质释放，并与细胞膜上的靶G蛋白结合，G蛋白通过对苷酸环化酶活性的调节，在其催化作用下，将腺苷三磷酸（ATP）环化为环腺苷酸（cAMP），cAMP是细胞内的第二信使，能够将细胞内的PKA活化，随后被转运到细胞核内，将CREB磷酸化，磷酸化的CREB能够对ATF4产生影响，从而抑制破骨细胞的增殖和分化，促进成骨细胞的增殖和分化，促进骨骼的生长，防治骨质疏松[20]。根据动物实验的结果，骨质疏松在发展过程中，PKA/CREB蛋白因子表达下降，提示骨质疏松的发生与PKA/CREB信号通路有关。根据相关学者的研究，活性氧通过PKA-CREB信号通路实现对成骨细胞基因的调控，从而起到治疗骨质疏松的作用。
4小结
对于正常人而言，骨代谢通过骨重建而完成，通过自身不断的自我更新和自我修复，能够保持结构和功能的完整性。在這一过程中，成骨细胞与破骨细胞均发挥着重要作用，如果体内骨转换出现紊乱，则容易引发骨吸收过多或者骨形成不足，从而形成骨质疏松。近年来，随着骨质疏松发生率的不断上升，人们对于骨质疏松症的重视程度不断加深，对于骨质疏松的病理研究和临床治疗也得到了深入发展。在研究中发现，骨质疏松的发生和发展与多种细胞因子、信号通路存在密切的关系，本次就FGF21、PPAR及CREB在骨质疏松症中的作用和影响进行了探讨，结果发现，FGF21抑制成骨细胞活性，PPAR影响成骨细胞的分化、成熟和凋亡，影响破骨细胞的分化和功能，CREB通过PKA/CREB信号通路发挥作用，影响骨质疏松的发生。但是，关于FGF21、PPAR及CREB在骨质疏松症中的作用仍然没有得到定论，需要进一步开展深入研究。
参考文献：
[1] Sliva A M，Heymsfield S B，Sardinha L B.Assessing body composition in taller or broader individuals using dual-energy X-ray absorptiometry：a systematic rewiew[J].Eur J Clin Nutr，2013，67（10）：1012-1021
[2] Blaner J，Guerin AP，Pannier B et al.Arterial calcifications，arterial stiffness，and cardiovascular risk in end-stage renal disease[J].Hypertension，2001，38：938-942
[3] Yie J，Wang W，Deng L，et al.Understangding the physicl interactions in the FGF21/FGFR/βklotho complex：structural requirements and implications in FGF21 signaling.[J].Chemical Biology &Drug Design，2012，79（4）：398
[4] Smith R，Duguay A，Weiszmann J，et al.A novel approach to improve the function of FGF21[J].Bio Drugs，2013，27（2）：159-166
[5] Xu J，Lloyd DJ，Hale C，et al . Fibroblast growth factor 21 reverses hepatic steatosis，increases energy expengiture，and improves insulin sensitivity in diet-induced obese mice[J].Diabetes，2009，58（1）：250-259
[6] Xunde Wang，Wei Wei，et al.A Liver-Bone Endocrine Relay by IGFBP1 Promotes Osteoclastogenesis and Mediates FGF21-Induced Bone Rescoption. [J].Cell Metab.Author manuscipt available in PMC 2016 03（11）：01-27
[7] Wei Wei，Dutchak PA，Yihong Wan，et al.Fibroblast growth factor 21 promotes bone lossy potentiating the effects of peroxisome proliferator-activated receptor . [J].Proc Natl Acad Sci U S A，2012，109（8）；3143-3148.
[8]李兴艳，杜勇军.PPARα与2型糖尿病性骨质疏松的相关性研究进展[J].中国骨质疏松杂志，2018，24（8）：1093-1096.
[9]史传道，于曦，杨艳辉，等.“抗疏健骨颗粒”对去势骨质疏松模型大鼠肾组织PPARγ2 mRNA及蛋白表达水平的影响[J].江苏中医药，2016，48（7）：74-76，79.
[10]卜淑敏，杨涵.5种干预疗法对去卵巢骨质疏松大鼠骨髓脂肪细胞数目和PPARγ2蛋白表达水平的影响[J].首都体育学院学报，2016，28（3）：270-273.
[11]黄思敏，邓伟民.补肾健脾化瘀方对绝经后骨质疏松症妇女血清中PPARγ因子的影响[J].中医临床研究，2014，6（34）：22，24.
[12]冯晓波.四环素诱导大鼠靶向PPARγ基因沉默治疗糖皮质激素性骨质疏松症的实验研究[D].华中科技大学，2015.
[13]柏茂盛，赵建宁，洪叶.脂代谢与骨代谢信号通路及与骨代谢相关疾病的关系：理论进展与热点方向[J].中国组织工程研究，2018，22（20）：3269-3274.
[14]吕志伟，张柳.核转录因子PPARγ与骨质疏松[J].中国骨质疏松杂志，2007，13（12）：884-887.
[15]陈渝，卜淑敏.全身垂直振动对去卵巢骨质疏松大鼠骨髓细胞PPAR γ和P-GSK-3β蛋白表达的影响[J].中国运动医学杂志，2013，32（11）：987-990，996.
[16]翁文玉，郝烨华，张瑜生，等.线粒体途径相关信号通路对成骨细胞凋亡的作用[J].中国骨质疏松杂志，2018，24（12）：1665-1670.
[17]杨熳，卢冰婕，段媛媛，等.骨质疏松症易感基因BDNF的遗传学关联分析及功能研究[J].遗传，2017，39（8）：726-736.
[18]丛茜.p38αMAPK在骨发育及骨代谢中的作用[D].上海交通大学，2016.
[19]王梅平，詹增土，朱敏.脑缺血再灌注损伤大鼠CREB信号通路调控及电针足三里作用机制[J].临床误诊误治，2018，31（12）：94-98.
[20]康文博.雌激素膜受体GPR30/GPER1在骨质疏松治疗中的作用与机制研究[D].第二军医大学，2016.