第三节 GPR48对骨形成代谢作用的影响
作为G蛋白偶联受体之一的G蛋白偶联受体48（G protein coupled receptor 48， GPR48），与其他糖蛋白激素受体如卵泡刺激素受体、甲状腺刺激素及黄体生成素受体等具有同源结构。GPR48可通过偶联G蛋白介导细胞内信号转导通路从而发挥其生物学作用的多样性。研究发现，GPR48不仅在阿尔茨海默病、高血压、心血管疾病及帕金森综合征等众多疾病发生具有重要的作用，其在骨形成代谢中也扮演着重要的角色。Luo等在研究GPR48全身基因敲除小鼠骨生长发育时发现，GPR48基因缺失可通过cAMP/PKA/ATF4信号通路下调其靶基因ATF4表达，从而使得OCN、Ⅰ型胶原蛋白和骨涎蛋白等表达下调，降低骨形成代谢。而LGR4（即GPR48）富含亮氨酸重复序列上的一种罕见无义突变与人类骨密度降低、骨质疏松引起的骨折等存在密切关系。表明GPR48在调控骨组织代谢上具有重要作用，当其基因缺失或被抑制时，骨形成代谢显著降低。而目前有关GPR48调控骨形成代谢的研究较少，其具体分子生物学机制尚不清晰。但作为调控骨组织代谢的重要信号通路——cAMP/CREB/ATF4、TGF-β/BMP和Wnt/β-catenin，其在骨形成代谢中的作用已被很多研究证实。而GPR48为膜上受体之一，很多研究已证实其可通过调控以上3个信号通路进而发挥其生物学作用。那么，GPR48能否通过调控cAMP/CREB/ATF4、TGF-β/BMPs和Wnt/β-catenin 3个信号通路进而影响骨组织形成代谢呢？
一、GPR48通过cAMP/CREB/ATF4对骨形成代谢作用的影响
cAMP/CREB/ATF4为调控骨形成代谢和骨生长发育重要的信号通路之一，其生物学作用已在很多研究中证实。Kode等研究发现，FOXO1为重要的转录因子，可通过影响cAMP及其下游的磷酸化环腺苷酸应答元件反应蛋白1（camp-response element binding protein 1，CREB1）和激活转录因子4（recombinant activating transcription factor 4，ATF4）进而影响5-羟色胺分泌，进而调控骨组织形成代谢。Wang等在利用ATF4-/-小鼠研究骨形成代谢时发现，ATF4作为cAMP/CREB/ATF4信号通路的重要转录因子之一，其缺失显著抑制Ihh表达，使得生长板软骨细胞增殖、分化能力下降，抑制纵向骨组织形成代谢。Chandhoke等研究也发现，激活cAMP/CREB/ATF4信号通路中cAMP、ATF4等相关细胞因子可显著促进小鼠骨组织中成骨细胞分化及其发挥成骨能力，使得成骨细胞合成的Ⅰ型胶原蛋白、骨钙蛋白等显著增加，小鼠股骨的密度显著升高，促进骨形成。综上，cAMP/CREB/ATF4信号通路在调控成骨细胞或软骨细胞增殖、分化及促进骨形成代谢上扮演着重要角色。而GPR48可通过影响cAMP/CREB/ATF4信号通路中相关细胞因子表达从而调控骨形成代谢。Luo等在研究GPR48全身基因敲除小鼠的骨生长发育时，发现GPR48基因缺失可通过cAMP/PKA/ATF4信号通路下调其靶基因ATF4表达，从而下调OCN、Ⅰ型胶原蛋白和骨涎蛋白等表达，降低骨形成代谢。而目前有关GPR48通过cAMP/CREB/ATF4信号通路调控骨形成代谢的研究较少，机制尚不明确。
二、GPR48通过TGF-β/BMP对骨形成代谢作用的影响
TGF-β/BMP为调控骨代谢的重要信号通路之一，在BMSCs向成骨细胞分化和骨基质形成过程中均起着重要的调节作用。TGF-β/BMP信号通路可显著提高成骨细胞的骨基质蛋白（如Ⅰ型胶原蛋白、骨钙蛋白、OPN及骨涎蛋白等）的形成能力。以上基质蛋白在骨中沉积后可为无机矿物质（钙、磷等）在骨中沉积提供有利的条件，并且这些基质蛋白还在骨组织矿化和骨基质成熟过程中具有重要的作用。TGF-β信号通路可通过磷酸化其下游的Co-Smads（即Smad2/3，这两个Smad结构相似，具有高度同源性），进而转移入核调控其下游靶基因表达，影响成骨细胞的分化产生及骨形成能力。虽然Smad2和Smad3具有高度的同源性，但是Smad2和Smad3在TGF-β信号通路中所起的调节作用上存在较大的差异。研究发现Smad3可与DNA直接结合调节胚胎发育，而Smad2对基因的调控作用却是间接的，进而调节出生后个体的骨生长发育。Smad2和Smad3这种功能上的差异可能与这两个Smad可通过非依赖性通路来介导TGF-β的不同生物学作用有关；活化的细胞中Smad3被激活，且在静息细胞中Smad2发生核转位。这种细胞活化和静息状态的交替导致信号通路的转换，也形成了对TGF-β信号通路的选择性；Smad2和Smad3可能通过不同的Smads信号复合物的形成来选择性调节TGF-β依赖的特异基因表达。当TGF-β被激活后，可通过Smad2/3/4形成一个复合体并转移入核，直接与Jun-b/c/d蛋白的表达产物AP-1结合，使ALP、Col1及Runx2等调控成骨细胞分化和成骨能力靶基因表达，促进骨形成代谢。
BMPs是一类多功能的细胞生长因子，具有广泛而多样的生物学效应。在BMPs介导的信号通路中，Smads可将胞外的信号转导进入核内。在细胞核内，各种Smads结合蛋白通过不同的机制与Smads转录复合物相互作用，促进或抑制BMPs相关基因的转录。Runx2（亦称为Cbfa1），能特异地识别并结合成骨细胞特异性顺式作用元件2（OSE2），调节靶基因的表达。BMPs可通过磷酸化Smad1/5/8并使形成一个磷酸基团，激活下游靶基因OCN、Ⅰ型胶原蛋白、BSP和OPN等蛋白表达，共同调节骨的形成。
目前，有关GPR48通过TGF-β/BMP信号通路调控骨组织形成代谢的研究还鲜有报道。但在生物学研究中发现，GPR48可通过TGF-β/BMP信号通路调控很多生物学过程（如多囊性肾病等）并发挥着重要作用。Ikeda等在研究雌激素在铁代谢中的作用时发现，雌激素通过GPR48调控TGF-β/BMP6信号通路从而上调铁调素表达，使得血清中铁调素含量增加，促进肝脏中铁代谢。Deng等研究发现，norri为重要的受体复合物之一，可通过与LGR4（即GPR48）相互作用激活BMP/Smad信号通路，发挥其生物学调控作用。Wang等研究发现，激活TGF-β/Smad信号通路可提高成骨细胞分化及矿化能力，促进骨形成代谢。另外，激活BMP/TGF-β信号通路可显著提高ALP活性，并促进骨形成代谢。综上发现，GPR48通过调控BMP/TGF-β信号通路中相关细胞因子表达进而发挥其生物学调控作用，并且BMP/TGF-β信号通路中相关细胞因子表达可显著促进成骨细胞分化和骨形成代谢。作者据此推测，GPR48可通过激活TGF-β/BMPs信号通路上调相关细胞因子表达，促进成骨细胞分化和骨形成代谢。
三、GPR48通过Wnt/β-catenin信号通路对骨形成代谢作用的影响
Wnt/β-catenin为调控骨代谢的另一重要信号通路，在成骨细胞分化以及骨形成代谢中均起着重要的作用。这在Mitsui等的研究中证实，β-catenin、TCF/LEF、c-myc等Wnt/β-catenin信号通路中的重要细胞调控因子表达上调可显著促进成骨细胞分化及骨形成。Wnt/β-catenin信号通路是通过磷酸化β-catenin后转移入核的，从而激活核内基因转录以发挥对成骨细胞的调控影响。目前，这些都是近几年骨生物学研究的热点和焦点。Wnt/β-catenin信号通路调控成骨细胞分化及其功能的生物学机制主要是：Wnt因子（如Wnt3a等）与成骨细胞膜上卷曲蛋白受体（Frizzled， Fz）结合并与其形成二聚体，促进β-catenin磷酸化并在胞质内累积，转移入核后与TCF/LEF结合形成复合体，激活下游靶基因（如AP-1、Runx2等）表达，促进成骨细胞分化产生及骨形成代谢。Wnt/β-catenin信号通路主要包括Wnt蛋白、Fz、LRP5/6、Dsh、β-catenin、GSK-3β、Axin、APC、TCF/LEF、cylinD1、C-myc、Runx2、Osx及DKK等。该信号通路的激活对成骨细胞分化产生、增殖和成骨能力具有重要作用。
GPR48为调控多种生物学过程的重要膜上受体，可通过激活Wnt/β-catenin信号通路中相关细胞因子表达发挥其生物学调控作用。研究发现，LGR4（即GPR48）可通过激活Wnt/β-catenin信号通路中的β-catenin表达，从而调控其靶蛋白滤泡稳定蛋白（Fst）表达影响成肌分化、肾纤维化、眼球发育等。Zhu等在研究癌细胞分化时也发现，GPR48可通过Wnt/β-catenin信号通路对多种癌细胞分化进行调控。然而有关GPR48激活Wnt/β-catenin信号通路进而调控成骨细胞分化和骨形成代谢的研究还鲜有报道。但GPR48和Wnt/β-catenin信号通路在成骨细胞分化和骨形成代谢中具有积极的促进作用，这在很多研究中已被证实。鉴于以上研究，作者推测GPR48调控骨形成代谢的生物学机制可能与激活Wnt/β-catenin信号通路中相关细胞因子表达存在密切的关系。
综上，GPR48可能会通过cAMP/CREB/ATF4、TGF-β/BMP、Wnt/β-catenin 3条信号通路进而调控骨形成代谢。但是调控骨形成代谢的信号通路还有很多，GPR48在骨形成代谢中的重要调控是不是通过其他信号通路或细胞因子进行调控呢？目前，国内外相关研究还未见报道，还存在很多的未知，需要后续的深入研究。