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本文聚焦整合素连接激酶（ILK），详细阐述其在骨髓基质细胞（BMSCs）、成骨细胞中的作用，以及在骨形成信号通路、血管化过程中的机制。同时探讨其与骨质疏松的关联，为以 ILK 为靶点治疗骨疾病提供新思路。
1. 引言
骨作为特殊结构器官，其骨形成和骨吸收需保持平衡。骨重塑周期包含静息、激活、重吸收、逆转、形成、矿化和终止七个阶段，破骨细胞负责骨吸收，成骨细胞形成骨基质并矿化，二者紧密配合维持骨完整性。一旦失衡，就可能引发骨疾病，比如骨质疏松（OP），绝经后女性因雌激素缺乏、男性因年龄增长导致骨形成减少，都易患骨质疏松。
在骨形成过程中，整合素与发育中的骨基质相互作用及下游信号因子参与不可或缺。整合素介导成骨细胞与细胞外基质（ECM）直接相互作用，调节成骨细胞分化，如 β1整合素参与成骨细胞矿化。此外，整合素还能启动细胞内信号转导，激活骨细胞对动态流体流动的细胞反应，充当骨机械传感器。
整合素连接激酶（ILK）是连接整合素和细胞骨架的关键蛋白因子，在骨形成和骨生成中发挥重要调节作用。它是一种丝氨酸 / 苏氨酸蛋白激酶，包含多个结构域，主要定位于粘着斑。ILK 可与多种蛋白相互作用，调节 PI3K/AKT、NF-κB 等多个信号通路，参与细胞凋亡、增殖、迁移等多种生理过程。
目前刺激骨形成的治疗分子有限，本文着重探讨 ILK 在骨形成中的调控作用，以及以 ILK 为靶点治疗骨疾病的潜在价值。尽管 ILK 已被研究近三十年，但在骨形成调控方面仍存在争议，本文将深入剖析相关机制，并概述针对 ILK 的潜在治疗方法。
2. ILK 在 BMSCs 中的作用
骨髓基质细胞（BMSCs）的成骨分化对骨形成至关重要，它是成骨细胞和脂肪细胞的共同前体，其分化失衡会导致骨质疏松。许多因素共同构建成骨微环境，调节 BMSCs 的迁移、增殖和分化，最终完成骨形成过程。
ILK 作为整合素受体的近端效应器，在 BMSCs 中的作用逐渐明晰。研究发现，与造血干细胞（HSC）、人类胚胎干细胞（hESC）和成纤维细胞相比，BMSCs 中细胞外基质蛋白显著增加，且上调蛋白多与整合素信号和 ILK 信号相关。体外实验表明，过表达 ILK 可刺激 BMSCs 增殖，而通过 siRNA 使 ILK 失活则会减弱 BMSCs 的成骨分化，同时伴随 p38 磷酸化显著抑制。近期研究还发现，ILK 拮抗剂处理后，人 BMSCs 的成骨分化能力显著降低，机制是通过 Akt/GSK-3β 通路调节核 β-catenin 表达。此外，periostin 可通过 ILK/pAkt/pGSK3β 轴增强去卵巢（OVX）大鼠 BMSCs 的成骨分化，Pinch 缺陷的 BMSCs 成骨分化能力下降且倾向于脂肪分化，可能与 ILK 表达下调有关。这些研究表明 ILK 参与调控 BMSCs 的增殖和成骨分化，但目前对其深层机制研究较少。
3. ILK 在成骨细胞中的作用
成骨细胞在骨构建中起着核心作用，其分化的各个阶段都需精确调控，以确保正常的骨发育和稳态。2014 年，首项研究揭示了 ILK 对成骨细胞功能的影响，敲除小鼠成骨细胞中的 ILK 会导致矿化增加，同时 Runx2、Collagen I 和 Bone Sialoprotein（Bsp）的表达上调。2017 年，Dejaeger M 等人报道，ILK 条件性敲除小鼠在五周龄后小梁骨骨量显著下降，且持续至成年雄性小鼠。体外实验证实，ILK 缺失会损害胶原基质产生和矿化，核心机制是 ILK 缺失导致原代成骨细胞中细胞 - 基质相互作用与细胞骨架的结合受损，进而影响 F-actin 的组织、粘附、扩散和迁移，同时损害经典的 BMP 和 Wnt/β-catenin 信号通路。
在成骨分化机制方面，ILK 通路可介导地形线索对成骨细胞的靶向分化信号，为生物材料的修饰和生物功能化提供新靶点。其主要机制是 ILK 通过增加 β-catenin 表达激活 β-catenin 信号通路，并通过磷酸化抑制 GSK3β 降解。2015 年的研究表明，胰岛素可激活 ILK，调节成骨细胞中碱性磷酸酶和胶原合成。2019 年，Y. Wang 等人发现，成熟成骨细胞中 Pinch 失活会导致骨丢失，潜在机制是 ILK 表达降低。由此可见，ILK 在调节成骨细胞功能方面具有重要且因环境而异的作用。
4. ILK 信号在成骨过程中的作用
ILK 与参与调节成骨过程的多个保守信号通路密切相关，在骨形成中发挥重要作用。它可通过直接作为激酶或间接通过蛋白质相互作用影响多个关键细胞内信号转导通路。
丝裂原活化蛋白激酶（MAPKs）通路对调节细胞分化、形态和迁移等多种细胞代谢过程至关重要，包括 p38、细胞外信号调节激酶 1/2（ERK1/2）和 c-Jun 氨基末端激酶（JNK）三条信号通路。已有研究表明，ILK 可通过磷酸化激活 p38 MAPK 通路，但该激活不依赖于 ILK 的激酶活性。研究还证实，ILK 可激活 p38 和 ERK1/2 以增强成骨细胞分化，而对 JNK 通路无影响。
此外，ILK 可调节成骨祖细胞中的 BMP 和 Wnt 信号，这两种信号是成骨细胞分化和骨形成的关键介质。ILK 可影响 BMP-2 和 BMP-4 的表达，进而调节成骨细胞分化和矿化，BMP-2 调节的信号级联可激活成骨细胞分化和骨基质矿化，且 BMP 通路可与整合素相互作用形成串扰。同时，ILK 介导的 Wnt/β-catenin 信号可激活 BMSCs 的成骨分化，ILK/β-catenin 信号通路也参与成骨分化过程。
近期研究还发现，ILK 可通过调节 Akt/GSK-3β 通路影响人和大鼠来源的 BMSCs 的成骨分化。在 MC3T3-E1 细胞中，敲低 ILK 会损害 GSK-3β 在 Ser9 位点的磷酸化。GSK-3β 在多种细胞的迁移和细胞骨架动力学中发挥作用，这表明 ILK 可能是触发成骨过程的关键因素。由于 ILK 的细胞定位特性，它能够将细胞外变化与多种细胞内过程联系起来，通过与 MAPK、BMP 和 Wnt 等信号通路的相互作用，在骨形成中发挥重要功能。
5. ILK 信号在血管化中的作用
近年来，血管化在骨质疏松发病机制中的作用受到越来越多关注。骨质疏松的发病主要由过度骨吸收、骨形成不足和血管化不足三个因素导致，血管生成在骨形成重塑中起重要作用，它不仅为骨组织输送营养物质、氧气、生长因子和激素，还调节骨形成。“血管生成 - 成骨耦合” 指的是成骨和血管生成在时空上的紧密联系，新发现的 H 型血管可调节骨血管生长、招募骨祖细胞，将成骨与血管生成相结合。
ILK 在血管生成调节中发挥重要作用，它不仅刺激血管生成因子的分泌，还促进内皮细胞的增殖和迁移，抑制其凋亡。缺氧诱导因子 1α（HIF-1α）和血管内皮生长因子（VEGF）是启动 H 型血管生成的重要调节因子，ILK 可调节它们的表达。沉默 ILK 会显著抑制人原发性瘢痕微血管内皮细胞（HSMECs）的增殖、迁移和血管生成能力。研究表明，ILK 可通过 Wnt 信号通路直接控制视网膜血管生成，ILK 基因治疗可通过增加血管生成改善大鼠和猪心肌梗死后的心脏重塑和功能，ILK 还可通过 AKT 和 mTOR 信号通路部分调节间充质干细胞（MSCs）中 VEGF 的表达，间接促进血管生成。目前虽缺乏 ILK 与 H 型血管关联的研究，但鉴于 ILK 与骨形成、血管生成的密切关系，探究 ILK 在 “血管生成 - 成骨耦合” 过程中的潜在作用具有重要意义。结合 ILK 在骨形成中的作用，ILK 有望成为促进骨形成和 H 型血管生成的双靶点药物的新靶点。
综合现有研究推测，ILK 可促进成骨分化，可能通过调节 BMSCs 中 VEGF 的表达，经 Wnt/β-catenin 通路调节血管生成与骨形成的耦合。在骨吸收方面，ILK 缺陷的破骨细胞可能因多种下游机制出现功能障碍，但不影响其分化过程。然而，成骨细胞中 ILK 失活会导致矿化增加，这种差异表明需要进一步研究以明确 ILK 对骨形成的调控作用。
6. ILK 在骨质疏松中的作用
尽管众多研究探索了 ILK 与骨代谢的关系，但 ILK 在骨质疏松中的具体作用仍不明确。2010 年，Meury T 等人的研究表明 ILK 与骨质疏松相关，ILK 磷酸受体位点在 α（alpha NAC）转录调节因子中的突变会影响基质基因表达，导致骨质减少。该突变使核 alpha NAC 数量减少，骨钙素基因启动子的占用率降低，导致骨钙素基因转录显著下降，I 型胶原表达减少，同时加速矿化，促进不成熟编织骨形成，最终导致骨量减少表型。Dossa T 等人发现，特异性敲低小鼠破骨细胞中的 ILK 后，骨量和小梁厚度增加。另一项研究表明，体内成骨祖细胞中 ILK 缺失会导致小鼠出生后骨获取受损，雄性骨量减少，雌性成骨生长下降，机制是 ILK 条件性敲除（cKO）模型中 BMP 和 Wnt/β-catenin 信号受损，导致骨形成代谢信号功能丧失，最终引发骨质疏松。此外，ILK 信号状态可能是雌激素受体（ER）信号的重要调节因子，因此探索绝经后女性中 ILK 与骨质疏松的相关性具有重要意义。研究还发现，骨质疏松患者骨髓微环境中 ILK 表达下调，循环外泌体中 ILK 表达谱可作为预测骨质量变化的预后标志物，这表明 ILK 有望作为补充原发性骨质疏松诊断和预后评估的标志物。
骨髓微环境由骨髓中不同细胞产生的可溶性因子相互作用形成，BMSCs 位于其中，是成骨细胞和脂肪细胞的共同前体，其向两种细胞谱系分化的失衡在骨质疏松等骨疾病病因中具有重要意义。ILK 可促进 BMSCs 的增殖和成骨分化，但对其在干细胞脂肪生成中的作用研究较少。已有研究表明，ILK 在骨髓和脂肪组织干细胞向软骨分化过程中表达上调，且 ILK 过表达会抑制脂肪生成，增加脂肪细胞中 ILK 表达和活性会减少脂肪生成并促进脂肪细胞转分化。因此，骨质疏松患者骨微环境中 ILK 表达降低可能导致 BMSCs 成骨分化减少，促进脂肪生成，进而导致骨量丢失。
糖皮质激素诱导的骨质疏松（GIO）是继发性骨质疏松的主要原因，它通过抑制成骨分化导致骨丢失。Naves MA 等人报道，糖皮质激素可能导致成骨细胞凋亡，原因可能是抑制了 ILK 的激活，这表明 ILK 参与了 GIO 的发病机制。此外，导致骨质疏松的常见病理生理过程（如 ROS）也可调节 ILK，触发下游信号导致骨质疏松，说明 ILK 可能在继发性骨质疏松的发展中起作用。
运动对骨质疏松的预防和治疗效果显著，不同运动模式会影响 ILK 的表达。多项研究表明，机械刺激与 ILK 相关，体外机械拉伸可诱导大鼠 BMSCs 成骨分化增加和 ILK 表达上调。因此，ILK 在骨质疏松治疗中的作用值得关注，它不仅参与原发性和继发性骨质疏松的发病机制，还受机械刺激调节，在骨质疏松病理生理学中具有很大的研究空间。
7. 基于 ILK 的骨构建策略
ILK 在多种细胞功能中起关键作用，使其成为多种疾病潜在的治疗靶点，其抑制剂有望成为癌症的靶向治疗药物。近年来，开发了靶向整合素、促进间充质干细胞（MSCs）成骨分化和骨再生的新方法，ILK 作为整合素信号调节的核心元素，在骨疾病治疗中具有巨大潜力。
目前骨质疏松的分子靶向药物较少，如 RANKL 抑制剂和硬化蛋白抑制剂，双膦酸盐和选择性雌激素受体调节剂（SERMs）不良反应较多，刺激骨吸收的甲状旁腺激素及相关肽类似物使用期限仅为 2 年。若将 ILK 开发为骨质疏松的新靶向疗法，将为维持骨骼健康带来重大进展。
ILK/p38 通路可增强无定形碳涂层上 BMSCs 的成骨分化，无定形碳（a-C）是在钛植入物上创建具有骨诱导性和生物相容性表面的潜在材料，将 ILK 激动剂与钛植入物上的无定形碳涂层相结合，可能是促进骨折不愈合患者骨再生的有前景的策略。
动物和临床研究表明，超声（US）刺激可加速骨折愈合，它能刺激一氧化氮合酶表达，通过 ILK 通路促进成骨细胞的骨形成，为促进骨形成提供了有效策略。研究团队也在积极开展基于 ILK 的促进骨再生研究，初步结果令人期待。
8. 结论与展望
ILK 是一种复杂的多功能蛋白，通过分子间相互作用和激酶活性动态调节整合素 - 基质相互作用或生长因子 - 受体刺激产生的信号。体内外研究表明，ILK 在骨形成过程中起关键作用。BMSCs 中 ILK 下调会减弱其增殖活性和成骨分化能力，ILK cKO 模型无法获取和维持足够的骨量。宏观上，ILK 表达下调或失活参与原发性和继发性骨质疏松的发病机制，但具体机制仍需进一步深入探索。
近年来，外泌体整合素备受关注，外泌体 ILK 对骨形成的潜在影响值得进一步研究。目前 ILK 尚未应用于骨代谢疾病的临床治疗，但未来它可能作为预测骨质量变化的预后因素。以 ILK 为靶点的治疗策略有望通过促进骨形成与 H 型血管生成的双向联系，改善骨质疏松和其他骨疾病的治疗效果。
