综述：肌因子对骨组织代谢影响的系统评价

本综述系统探讨了肌因子（myokines）对骨代谢的调控作用，聚焦于irisin、myostatin、FGF2、myonectin及IL-6、IL-15等关键因子，揭示了其通过p38 MAPK、Wnt/β-catenin等信号通路调控骨形成与吸收的分子机制。文章结合临床前研究（细胞与动物模型）与临床试验，强调了运动诱导的肌因子分泌对骨骼健康的促进作用，为代谢性骨病（如骨质疏松）提供了潜在治疗靶点。

　　

引言

肌因子是骨骼肌细胞分泌的细胞因子，具有多效性作用，其受体广泛分布于多种器官。2003年，Pedersen等人首次提出“肌因子”这一术语，用于描述白细胞介素-6（IL-6）及其他由骨骼肌产生并释放的细胞因子。首个被描述的肌因子是肌肉生长抑制素（myostatin），它能够抑制肌肉质量增加。其他由肌肉分泌的物质包括irisin、myonectin、decorin和成纤维细胞生长因子21（FGF21）。肌因子分泌的增加与体力活动密切相关，通过影响代谢过程、信号通路、蛋白表达或细胞分化发挥作用。

近年来，研究证实肌因子对骨组织代谢具有显著影响，这种影响源于骨细胞（包括成骨细胞、破骨细胞和骨细胞）之间的密切相互作用，从而维持骨组织的正常结构和数量。Wnt/β-catenin和p38丝裂原活化蛋白激酶（p38 MAPK）通路在传递细胞内信号方面发挥重要作用，对骨组织功能至关重要。寻找新的生物标志物有助于更好地理解骨组织代谢，并发现潜在的治疗靶点。

肌因子对骨代谢既具有合成代谢作用，也具有分解代谢作用，具体影响取决于特定的肌因子、骨转换阶段（吸收、形成或重塑）以及周围的生理环境。例如，irisin在运动响应中分泌，主要与促进成骨细胞分化和刺激骨形成相关，突显了其在骨骼健康中的合成代谢作用。相反，myostatin作为肌肉生长的抑制剂，可能通过抑制成骨细胞活性和促进破骨细胞分化对骨完整性产生不利影响，从而导致骨丢失。Myonectin在成骨细胞和破骨细胞活性中表现出双重作用，某些证据表明特定的myonectin可能促进成骨分化和骨形成，尤其是在形成的早期阶段，同时可能在重塑阶段抑制或调节破骨细胞生成。FGF2是一种高效生长因子，主要在骨形成的早期阶段促进成骨细胞的增殖和分化，从而支持新骨生成。然而，其在重塑过程中的功能复杂，因为它也影响破骨细胞活性。此外，IL-6在骨代谢中表现出复杂的、背景依赖的作用；它可以促进促炎和抗炎反应，根据特定条件和涉及的信号通路影响骨吸收和形成。全面理解这些复杂的相互作用对于制定精确治疗策略以有效管理骨代谢紊乱至关重要。

材料与方法

本系统综述基于预定义的纳入和排除标准，能够识别、审查和客观选择有关肌因子及其对骨骼系统影响的材料。使用的关键词包括：肌因子、骨、代谢、结缔组织病、骨骼肌和细胞因子。使用这些关键词，检索了ScienceDirect、Web of Science和PubMed数据库的注册内容。在ScienceDirect数据库中，激活了排除荟萃分析、综述（包括系统综述）和书籍的过滤器，并将搜索限制在医学领域。Web of Science数据库的搜索限制在医学、生理学和病理生理学领域。对于PubMed数据库，应用了与ScienceDirect类似的搜索过滤器。搜索限制在英文出版物。通过Rayyan软件去除重复文献，随后分析摘要和标题，筛选出126篇出版物。两位评审员独立评估标题和摘要，通过共识解决任何分歧。最终，从最初的644篇文献中，选出18篇原始研究进行分析。

结果

临床前试验

在小鼠模型和细胞培养上进行的临床前试验证实了这些细胞因子对骨骼系统的影响。大多数研究集中于irisin，这种肌因子响应体力活动由肌肉组织分泌，对成骨细胞生成从而对骨代谢产生有益影响。研究证明了irisin对p38 MAPK和Wnt/β-catenin信号通路的影响，并且He Z.等人和Lee J.Y.等人描述了其对细胞外信号调节激酶（ERK）通路的影响。Kinoshita Y.等人使用糖尿病小鼠模型描述了irisin对增加成骨细胞分化的影响。

Myostatin抑制肌肉质量增加，对骨量产生不利影响，这在小鼠模型中得到证明。此外，myostatin通过成纤维细胞生长因子23（FGF23）影响p38 MAPK和核因子κB（NFκB）信号通路。Myonectin参与糖尿病和肥胖的病理生理学，对小鼠的研究显示其对破骨细胞形成的抑制作用，进而影响骨骼系统。

Adhikary S.等人进行的细胞培养研究表明，FGF2通过调节骨形态发生蛋白2（BMP-2）通路和抑制Wnt拮抗剂及sclerostin，阻止糖皮质激素诱导的骨密度降低。

众所周知的细胞因子，即IL-6和IL-15，也可以由肌肉细胞分泌，被称为肌因子。Palmisano B.等人证明IL-6在有氧运动期间通过成骨细胞促进骨转换，而Loro E.等人显示IL-15受体α在成骨细胞功能和骨矿化中发挥细胞非依赖性作用。

临床试验

人体试验证实了肌因子对骨组织代谢的影响。在儿科患者中显示，较高的sclerostin浓度与体力活动活跃的青春期女孩较高的irisin浓度呈正相关。同时，对儿科患者的研究表明，低体重指数（BMI）与较高的myostatin浓度和较低的25-羟基维生素D₃（25-OH D₃）浓度相关。这在现有关于BMI与25-OH D₃水平负相关的报告中特别有趣。在遵循素食的儿童中，观察到较高的decorin浓度。Jürim?e J.等人还在牙胚上证明，irisin影响骨矿物质基质分泌，并增加成骨细胞分泌骨钙素。

Lu C.等人在成年患者中显示，irisin浓度与慢性肾病患者骨量减少相关。此外，Wang X.等人证明，新诊断的2型糖尿病患者irisin浓度显著较低，这可能代表未来发生骨质疏松的潜在生物标志物。

讨论

Irisin

Irisin是纤维连接蛋白III型结构域包含蛋白5（FNDC5）的裂解形式，由骨骼肌细胞响应体力消耗而分泌。其浓度增加影响肌肉组织，导致肌肉质量增加甚至肌纤维肥大。然而，近年来证明其影响不仅限于肌肉组织。Colaianni等人首次使用小鼠模型（C57BL/6小鼠）证明irisin对成骨细胞分化有积极作用。Irisin影响MAPK介导的信号通路。这些是丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，包括ERK、c-Jun N末端激酶（JNK）和p38 MAPK。这些激酶调节各种酶、蛋白或转录因子的活性，从而影响细胞增殖和分化，以及炎症过程和凋亡。MAPK通路在破骨细胞生成的调节中起关键作用。在此过程中，核因子κB受体激活剂配体（RANKL）与核因子κB受体激活剂（RANK）结合，通过TNF受体相关因子6（TRAF-6）蛋白影响MAPK，这些通过NFκB激活活化T细胞核因子2（NFAT2），导致破骨细胞分化。成骨细胞生成过程涉及p38 MAPK激酶，由于成骨细胞相关转录因子的磷酸化，它增加成骨基因表达。Colaianni等人使用小鼠模型（C57BL/6小鼠）证明显著增加ERK和p38 MAPK的磷酸化，抑制了经受重复拉伸的骨细胞凋亡。Lumican也对ERK磷酸化发挥作用。通过α₂β₁整合素作用，它对成骨细胞和骨组织形成有积极影响。2019年，首次描述了p38 MAPK激酶激活的影响，它促进了成牙骨质细胞分化，这与Qiao等人的研究一致，表明irisin通过激活p38 MAPK通路促进原代成骨细胞分化。相反，Ma等人在小鼠单核RAW264.7细胞上报道，irisin降低了与NFκB通路抑制相关的破骨细胞分化标志基因的表达，同时促进p38 MAPK和JNK通路。当irisin引入RAW264.7细胞时，它激活p38和JNK信号通路，增强其增殖。然而，这些通路不介导对破骨细胞分化的抑制作用，因为它们不改变负责破骨细胞分化的RANK、NFATc1、组织蛋白酶K和抗酒石酸酸性磷酸酶（TRAP）的表达水平。需要强调的是，在RAW264.7细胞中，irisin对破骨细胞分化的抑制是通过抑制RANKL诱导的NF-κB通路激活来实现的，从而降低RANK表达。在这些细胞中，p38激活与增殖相关，而对分化的抑制是通过独立的信号通路实现的。

骨组织代谢中另一个重要通路是Wnt/β-catenin通路，如果不受sclerostin抑制，会导致骨形成增加。Chen等人研究了自噬对骨髓间充质干细胞（C57BL/6）成骨分化的影响，并证明随着自噬水平的增加，成骨过程和Wnt/β-catenin的激活都得到增强。对儿科人群的研究表明，在体力活动活跃的青春期女孩中，sclerotin浓度与irisin浓度呈正相关，这证实了肌肉组织和骨组织之间的相互作用。

Irisin还通过整合素通路对骨细胞和成骨细胞发挥作用。在骨细胞中，irisin直接与整合素受体（α_V/β₅）结合，从而增加骨细胞存活和sclerostin产生。Irisin通过激活ERK1/2信号通路和增加骨细胞中Atf4转录因子的表达发挥抗凋亡作用。增加的sclerostin浓度反过来阻断Wnt/β-catenin通路，促进骨吸收减少。通过作用于成骨细胞，irisin通过激活ERK、p38 MAPK和BMP/SMAD信号通路防止骨丢失。先前对骨髓细胞的体外研究表明，Runx2、BMP2/4和ALP基因表达增加，以及ERK1/2信号通路激活。在大鼠研究中，显示体力活动促进碱性磷酸酶（ALP）阳性细胞的生长，这种效应被α_V整合素抑制所废除。p38表达的抑制阻断了成骨细胞转录调节器和分化标志。在间充质细胞中，通过结合α_V整合素，激活BMP/SMAD信号，和增加BMP2表达，irisin促进小鼠成骨。Irisin还对BMSCs向脂肪细胞的分化有抑制作用。这种效应是由于通过Wnt/β-catenin通路激活自噬，抑制BMSCs向脂肪细胞分化并促进成骨。

接受透析治疗的慢性肾病患者显示，与健康受试者相比，irisin浓度显著较低，与骨量减少患者相比，已发生骨质疏松的患者浓度显著较低。这项研究表明，irisin可能在不远的将来成为诊断骨质疏松的另一个有用生物标志物。Wang等人在糖尿病患者中的观察与Kinoshita等人开发的动物模型一致，他们证明irisin增加了诱导糖尿病的雌性小鼠的成骨细胞分化。

Myostatin

另一种肌因子，即myostatin，也称为生长分化因子8（GDF-8），是来自转化生长因子β（TGF-β）家族的蛋白质，通过自分泌和旁分泌信号通路负调节骨骼肌的生长和发育。Myostatin通过激活素IIB受体（ActRIIB）发挥作用，激活SMAD家族成员2（Smad2）和SMAD家族成员3（Smad3）及其与SMAD家族成员4（Smad4）的结合。这反过来刺激叉头盒O（FoxO）转录因子依赖性表达与骨骼肌前体细胞增殖和分化相关的基因。除了对肌生成的影响外，myostatin调节成熟肌纤维中的蛋白质降解，导致其萎缩。

在小鼠模型研究（CRL-1661）中，应用ActRIIB-Fc诱饵受体导致肌肉和骨量增加，表明未来潜在的治疗应用。Myostatin还可以通过促进UMR106细胞中FGF23基因的表达来影响骨骼系统，该基因激活转化生长因子β受体I（TGF-βRI）/p38MAPK信号通路和NFκB依赖性Ca²⁺离子储存。

Myostatin抑制骨骼肌卫星细胞的增殖和分化。研究表明，它通过增加细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂p21^WAF1/CIP1（CDKN1A）水平和降低细胞周期蛋白依赖性激酶活性来抑制细胞从G1期到细胞周期S期的转换。这导致成肌细胞停滞在G1期并维持卫星细胞处于静止状态。它还在BMP通路背景下发挥作用，这些通路与myostatin一样，属于TGF-β超家族。BMP信号对卫星细胞增殖至关重要，其抑制导致这些细胞分化。较低水平的磷酸化Smad2/3触发Smad4的释放，通过促进肌肉肥大和防止肌肉萎缩来支持BMP通路。当BMP信号被阻断或myostatin表达增加时，更多量的Smad4可用于磷酸化Smad2/3，导致肌肉萎缩。如Dankbar等人先前的研究所示，myostatin通过SMAD2依赖性通路直接增强破骨细胞分化，促进NFATC1向细胞核的易位，并增加RANKL诱导的分化标志的表达，例如α_v整合素、β₃整合素、DC-STAMP和破骨细胞生成过程中的降钙素受体。未证明对RANKL诱导的MAPK或NF-κB通路有影响。然而，在我们的老鼠实验中，myostatin能够抵消ERK1/2抑制对破骨细胞形成的影响，表明RANKL诱导的、ERK依赖性靶基因也可能由myostatin独立于ERK激活。也观察到直接的旁分泌效应。Myostatin作为RANKL诱导的破骨细胞发育的重要旁分泌和自分泌调节器。研究证明了两种机制的重要性；然而，myostatin的旁分泌作用，特别是成骨细胞衍生的myostatin，对破骨细胞分化至关重要，如当成骨细胞中缺乏myostatin时破骨细胞数量减少超过90%所证明。虽然myostatin增加破骨细胞的数量和大小，以及整体吸收表面，但它不直接影响单个破骨细胞的吸收活性。

2024年发表的一项研究评估了遵循素食的儿童和食用所有食物的儿童的肌因子组和骨转换标志。研究表明，大多数肌因子的浓度处于相似水平，仅decorin浓度存在差异，它抑制myostatin作用以促进肌肉生长和再生。较高的decorin水平可能表明它在维持骨稳态中起补偿作用，特别是在素食儿童中骨形成减少和吸收增加的情况下。此外，在这些儿童中观察到myostatin与成骨细胞骨转换标志物1型前胶原N末端前肽（P1NP）和可溶性核因子κB受体激活剂配体（sRANKL）浓度降低呈正相关，这可能证明对RANK/RANKL/骨保护素（OPG）信号通路有直接影响，该通路对骨吸收和重塑的调节至关重要。该通路在激活破骨细胞（即负责骨组织分解的细胞）方面很重要，这可能解释myostatin水平较高的儿童骨吸收增加。

Myonectin

Myonectin是属于C1q/TNF相关蛋白（CTRPs）家族的蛋白质，在功能上类似于胰岛素，并参与糖尿病和肥胖的病理生理学。2020年，Kawaguchi等人进行了一项关于myonectin对小鼠成骨细胞和破骨细胞分化影响的研究（小鼠单核RAW264.7细胞，C57BL/6小鼠）。他们证明myonectin抑制成骨细胞功能和破骨细胞分化，这可能导致体内骨代谢低下。这表明myonectin在骨代谢中的作用可能是背景依赖的，可能通过防止过度骨转换来维持骨稳态。需要进一步研究来澄清这些相互矛盾的发现。

成纤维细胞生长因子（FGFs）

FGFs是信号蛋白家族，参与调节体内细胞生长和分化。这些因子在血管生成、组织修复和胚胎发育等过程中起关键作用，影响细胞增殖和迁移。肌因子的例子是FGF21和FGF2。

FGF21最初被认为是肝脏和脂肪组织激素，但后续研究表明它也产生于骨骼肌。患有肌肉营养不良的小鼠研究表明，FGF受体（FGFRs）及其辅助因子β-klotho的表达在成熟破骨细胞中显著诱导。FGF21直接刺激骨髓来源的间充质干细胞中的脂肪生成，这些细胞能够分化为脂肪细胞和成骨细胞。然而，促进向脂肪细胞分化可能间接减少可用于骨形成的细胞，导致骨量减少。

FGF2通过调节Wnt/β-catenin通路刺激成骨细胞分化和骨形成，如FGF基因失活小鼠研究中所述。FGF2通过结合FGFR1–4受体直接影响成骨细胞，激活MAPK/ERK和PI3K/AKT通路，从而增强成骨基因表达如Runx2和Osterix。因此，FGF2刺激成骨细胞祖细胞增殖，增加骨基质 production 并改善矿化。2019年，描述了通过应用外源性FGF2减弱地塞米松对源自小鼠的原代成骨细胞和C2C12成肌细胞系的抑制作用，从而促进成骨细胞生成。增加原代骨髓间充质细胞中BMP-2和转录因子Runx2的体外表达，这表明维持了成骨细胞池，以及骨钙素（OCN）和胶原-1（COL1）。这是由于抑制了骨和成骨细胞中Wnt通路拮抗剂sclerostin和Dkk1的表达。通过抑制sclerostin和Dkk1，FGF-2刺激β-catenin向细胞核易位，激活Wnt/β-catenin信号通路。FGF-2维持经典BMP-2通路介质Smad1/5/8的磷酸化，导致Runx2表达增加。FGF2对骨的合成代谢作用通过刺激成骨细胞生成、改善骨微结构、增加骨密度和强度以及调节关键信号通路，特别是通过抑制sclerostin，来对抗糖皮质激素的降解效应。FGF2可以增加骨祖细胞中BMP-2的基因表达，以及激活MAPK和磷酸肌醇3-激酶/蛋白激酶B（PI3K/Akt）信号通路。FGF2对破骨细胞生成和骨吸收的促进作用主要通过成骨细胞的间接效应和成熟破骨细胞的直接激活发生。FGF2通过刺激ERK-CREB信号通路正调节破骨细胞生成。这种效应主要由RANKL和诱导环氧合酶2（COX-2）表达以及成骨细胞中后续前列腺素 production 介导。FGF2激活ERK磷酸化，进而诱导CREB磷酸化；磷酸化CREB（p-CREB）然后与Rankl基因启动子区域相互作用，增强其转录，从而促进破骨细胞生成。利用Fgf2基因缺失（Fgf2^?/?）小鼠的研究表明，内源性FGF2对正常破骨细胞功能至关重要，因为这些小鼠表现出骨量增加、破骨细胞相关标志物表达受损和破骨细胞生成能力降低。值得注意的是，破骨细胞生成基因（如Rankl）的转录显著减少，以及RANKL和NFATc1蛋白水平降低。

白细胞介素-6和白细胞介素-15

IL-6和IL-15都属于四α-螺旋细胞因子组，这与它们的特定结构有关。它们在许多组织和器官中发挥多效性功能。IL-6可能在雌激素缺乏时刺激破骨细胞增殖。然而，由于它们也由骨骼肌细胞分泌，因此被归类为肌因子。IL-6增加肌肉干细胞活化并支持肌管再生，这对损伤或体力消耗后肌肉组织恢复至关重要。然而，在生理条件下，例如在体力消耗期间，IL-6可能通过其对成骨细胞的影响在骨重塑中发挥重要作用，支持骨转换增加和骨组织对体力活动的适应。在剧烈体力消耗期间，源自肌肉的IL-6促进抗炎作用，并可能通过糖蛋白130/IL6信号增加成骨细胞活性，支持骨形成。然而，IL-6水平的慢性升高可诱导促炎反应，增加RANKL表达和破骨细胞生成，导致骨吸收。这种双重性突显了IL-6在连接肌肉活动与骨组织代谢中的作用，值得进一步研究其分泌动力学和骨细胞中的受体相互作用。

另一方面，IL-15也促进成肌细胞分化和骨骼肌纤维肥大，并抑制蛋白质降解。啮齿动物循环IL-15水平增加与向更氧化肌表型的转变相关，这包括线粒体DNA（mtDNA）含量增加、细胞色素C氧化酶活性更高以及促进氧化代谢的信使RNA（mRNA）标志物表达增加。这些标志物包括sirtuin-1（SIRT1）、过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）δ、PPARγ共激活剂1（PGC-1）α和β、肉碱棕榈酰转移酶（CPT）1和2、以及中链和长链酰基辅酶A（Acyl-Coenzyme A）脱氢酶。有趣的是，运动对PPARδ和SIRT1蛋白表达的积极影响取决于肌肉中IL-15的存在。因此，IL-15似乎增加骨骼肌中的促氧化介质，这可能促进这些组织性能改善和能量代谢效率。关于骨转换，IL-15促进破骨细胞前体向破骨细胞前体分化，并可能刺激自然杀伤（NK）细胞介导的成骨细胞凋亡。

总结

本文献综述了肌因子对骨组织代谢的影响。研究强调了irisin、myostatin和IL-6等肌因子对骨重塑的影响，强调了它们对成骨细胞和破骨细胞的作用。表明虽然一些肌因子如irisin促进骨形成，但其他如myostatin可以抑制它。需要进一步研究以完全理解这些肌因子在管理骨代谢紊乱中的作用机制和治疗潜力。综述还强调了体力活动在调节肌因子分泌及其随后对骨骼健康影响中的重要性。