骨唾液酸蛋白

骨唾液酸蛋白（Bone sialoprotein，簡稱BSP）是細 胞外基質中的一種酸性糖蛋白，其組織分布相對局限， 主要分布在礦化組織（如骨、牙齒）和鈣化的軟骨與骨的交界區， 其含量約占骨細胞外基質中非膠質蛋白質的15%。BSP為骨細胞外基質參與骨代謝， 血清BSP濃度可反映破骨細胞活性和骨吸收過程， 在一些骨代謝性疾病，如多發性骨髓痛（MM）、無症狀或良性甲狀旁腺機能亢進症（PHPT）、Paget病，以及骨轉移瘤病人中，血清BSP水平明顯升高。

基本介紹

• 中文名：骨唾液酸蛋白
• 外文名：Bone sialoprotein
• 簡寫：BSP
• 屬於：細胞外基質中的一種酸性糖蛋白

概述

自1994年首次發現BSP在乳腺癌細胞中表達後，BSP就引起研究者注意，並隨後在其他易發生骨轉 移的癌細胞中也確定有BSP的表達，而從BSP的組 織局限性來分析，它在癌細胞中的表達就應該與腫 瘤的骨轉移有關。此外，BSP也具有刺激血管生成、 促進血管內壁增生的作用，因而也懷疑它與冠狀動 脈硬化、冠心病等心血管疾病有關。本文試就目前BSP的研究情況作一綜述。

骨唾液酸蛋白（BSP)的研究情況

結構和功能

骨唾液酸蛋白（BSP）是一個大的糖基化和磷酸 化蛋白質，富含唾液酸，唾液酸是神經氨酸的酸基化 衍生物，在BSP中為糖鏈末端的N-乙醯神經氨 酸。其平均分子量是70～80kDa，核心蛋白部分 約為33～34kDa，大約含50%的碳水化合物，既有O-糖鏈也有N-鏈，且糖鏈結構為複雜型。BSP基因序列分析結果顯示，它是由317個胺基酸組成 的分泌蛋白，包合一個16個胺基酸的疏水信號序 列，引導蛋白進入內質網並分泌到腦外。在電子 顯微鏡下可觀察到BSP呈小球形並連有絲狀結構， 推測球狀部分是蛋白質缺乏聚糖的C端結構，絲狀 結構是蛋白質高度糖基化的N端結構。哺乳動 物的BSP具有高度保守區域。 從一級結構分析可知BSP是陰離子蛋白，含硫 酸酪氨酸、酸性胺基酸富集區。靠近N-端的谷氨 酸富集區被認為是具有結合羥磷灰石（HA）的作 用，在組織鈣化中表現為雙重調節作用，一方面能 促進羥磷灰石（HA）聚集形成晶核，另一方面它又能 吸附於HA晶體表面而表現出抑制HA晶體生長的 特性。 BSP上靠近C-端有RGD細胞識別序列，即精- 甘-天（門）冬氨酸結構，這一結構也存在於其他一些 具有細胞粘附作用的細胞外基質蛋白中，並已確定 是通過與整合素家族中受體識別介導細胞粘附和細 胞遷移作用。在BSP上RGD細胞識別序列是通過 與整合素。αvβ3識別介導細胞表面與細胞外基質的 粘附作用，並發現BSP細胞粘附作用不僅與RGD三肽有關，也與其側面的高度保守區域及EPRGDNYR肽的三級結構有關，因為細胞粘附實 驗表明變性BSP與細胞的結合能力減弱，環形的含RGD的BSP片段與細胞的粘附能力明顯強於相應 的線性片段’。除RGD之外的細胞粘附位點定位 於酪氨酸富集區。

BSP與血管生成

血管生成是指從已存在的血管中形成新的毛細 血管，對生長和組織修復有重要意義，並與一些疾病 有關，如牛皮癬、關節炎和癌症。在血管生成因 子刺激下，內皮細胞首先增殖，然後內皮下基底膜 降解並向其下的細胞外基質轉移。血管生成不 僅依賴血管生成因子也和血管粘附分子有關。而αvβ3和αvβ5整合素受體與內皮細胞生物活性和血管 生成有關，這些整合素是含有RGD細胞結合序列的 多種細胞外基質配體的受體。研究發現。αvβ3受體 在靜止血管中不表達，但在血管生成過程中有很強 的表達上調現象，表明細胞可能是與一些新表達的 細胞外基質配體發生作用。在骨組織中BSP通過αvβ3整合素受體介導成骨細胞和破骨細胞的粘附作 用，而αvβ3整合素的配體在血管生成中發揮重要作 用，因而推斷BSP與新血管生成有關，並已在研究 中證實，用特定的抗整合素抗體或含RGD多肽進行 干擾，能誘導內皮細胞的程式性死亡，共中斷毛細血 管的生成過程。 Bellahcene等報導了重組人BSP能促進人臍 帶血管內皮細胞（HUVECs）的粘附性和趨藥性轉移， 這一過程涉及到HUVECs、αvβ3整合素受體和BSP的RGD序列的作用，並證明HUVECs通過RGD序列 與BSP粘附，αvβ3的單克隆抗體阻止BSP介導的HUVECs的粘附和轉移，並抑制BSP的血管生成活 性，而αvβ3抗體不具這一作用。重組人BSP和含RGD BSP重組片段都能刺激血管生成。

BSP與癌細胞的骨轉移

B8P的表達明顯局限於骨相關細胞和滋養層 中，而在腫瘤中也有BSP表達就提示BSP在腫瘤向 骨轉移過程中發揮作用。原發性乳腺癌病人的血清BSP升高可提示早期骨轉移，並且與預後不良有明 顯相關性，術前血清BSP升高的乳癌病人在術後 發生骨轉移的危險性高。Bellahcene首次闡述了BSP在人乳腺癌轉移組織中的表達，隨後又在其 他一些癌症中發現BSP的表達，如骨肉瘤、破骨細 胞瘤、口腔癌和前列腺癌等。Sasaguri用致癌物DMBA局部作用於倉鼠須囊誘導形成的鱗狀細胞癌 中可檢測到BSP的表達。 儘管在不同的人痛組織中經常觀察到BSP的 表達，但在轉化組織中BSP誘導表達的機理還不明 確。大部分的增殖和轉移反應與BSP的RCD序列 相關，但也只是在轉移反應中發揮部分作用，它同 時與羥磷灰石聚集形成晶體有關。當BSP主鏈 上帶有外源的EPRGDNYR胺基酸序列，而不是在纖 連蛋白中普遍存在的GRGDS時，在微克分子濃度下 能強烈抑制乳癌細胞和骨細胞外基質的粘附作 用，並且環狀結構比線性結構更有效，另外，主鏈 結構上RGD三肽的改變或去除其側面的NYR序列 能明顯降低其抑制能力。因而帶有EPRGDNYR序 列的環狀結構有望成為體內抗腫瘤細胞與骨粘附的 製劑。 轉移的腫瘤細胞就象生長中的胎盤滋養層具有 侵入性，能避開免疫監視而存活。補體一直被認為 是在腫瘤監視機制中發揮重要作用。H因子能調節 補體介導的細胞溶解，但它在侵入組織中被劫持就 使得細胞能逃避補體的作用。BSP、OPN（骨橋蛋白） 能和補體因子H形成緊密的複合體，有可能導致補 體不能發揮作用。Fedarko報導了重組BSP和OPN能阻止鼠白血病細胞被人補體系統的攻擊，表現 出這一特徵的還有人MCF-7乳癌細胞和U－226骨髓 瘤細胞。在使用特定多肽和抗體阻斷BSP和OPN的活性實驗中確定了腫瘤細胞逃避監視的這一機 制。

BSP基因表達的調控

BSP基因的表達局限在礦化組織中，是由成骨 細胞、破骨細胞以及其他一些骨相關細胞合成和分 泌的，倉鼠的非礦化組織中檢測不到BSP的表 達，而它也在易發生骨轉移的癌細胞中表達，因 而BSP基因表達的調控不僅影響到成骨細胞的分 化，也影響到骨基質的礦化和腫瘤的轉移。人BSP基因位於第四號染色體長臂上，總長度不超過11，1Kb，是單拷貝基因，具一個951個鹼基的開放讀 碼框序列。 BSP基因表達的順式作用元件還不十分清楚。Benson等在鼠的BSP啟動子上初步確定一成纖 維細胞特異性順式作用元件，受一系列與骨生成有 關的因子的調節，並指出成骨細胞特異性表達BSP需要啟動子上的一個發育同源結構域結合元件。 人、鼠等的BSP基因已被克隆和部分測序，它們的 啟動子包含一個高度保守區（BSPbox），位於轉錄起 始位點上游的nt－370鹼基處，這一區域有-TATA元件（－24～29），並與一維生素D反應元件重疊， 另外還有調控位點CCAAT box（－50～－46）和一個AP－2（－447～-440），轉化生長因子β（TGF-β）激活 元件與AP－2位點重疊。再往上游有一糖皮質激素 反應元件與AP－1位點重疊。 甲狀旁腺素（PTH）作用於胚成骨細胞可使胞內BSP的mRNA水平提高2－4倍，並通過改變細胞內cAMP/PKA水平實現，成骨細胞特異性表達BSP需 要啟動於上的一個發育同源結構域結合元件。IFN－α表現出在時間和劑量依賴性的抑制甲狀分腺/甲狀旁腺受體（PTH/PTHrP）基因的表達，但對其它 成纖維細胞標記物如BSP無影響。成纖維細胞生 長因子-2（FGF2）對骨生長發揮局部調節作用，靜脈 注射FGF2刺激骨的形成和礦化，也促進BSP的表 達。在骨生長過程中糖皮質激素促進成纖維細胞的 分化和骨基質的形成，這一過程與其對BSP基因表 達的誘導有關。地塞米松可刺激BSP的表達，而 鈣三醇則抑制其表達。Cbfa因子（Cbfa1，2，3）介導 失控型BSP啟動子的抑制，在有Cbfa因子表達的原 雞屬成纖維細胞中，內源BSP基因的表達發生了下 調。

重組BSP表達的研究

利用基因工程技術表達BSP可用於研究其功 能及作用機制，目前重組人BSP已在大腸桿菌細胞 和哺乳動物細胞中表達，以酵母表達系統來表達BSP還未見報導。Stubbs等用質粒pET－15b和pET－22b、E．coli BL－21細胞實現了BSP的胞內表達， 但奇怪的是套用上述載體和其他一些載體都不能得 到全長BSP，只得到一些具有空間摺疊的未修飾的BSP片段。經羥磷灰石吸附實驗驗證，這些BSP片 段能與羥磷灰石（HA）結合，抑制HA晶體的生長， 但較天然BSP分子的抑制能力要弱，這仍能說明其HA結合能力是與蛋白質結構直接相關的。此外， 包括磷酸化、硫酸化和糖基化的轉錄後修飾可能直 接或間接地影響BSP同羥基磷灰石晶體表面的吸 附。 Wuttke等用BSP表達質粒轉染人胚胎腎細胞 （EBNA－293，Invirogen），獲得重組BSP蛋白，與骨BSP相比較，二者具有相似的二級結構，碳水化合物 分析顯示重組蛋白糖基化程度較高，骨BSP與羥磷 灰石的親和能力高於重組BSP，這可能與骨BSP中 寡聚精上帶有更多的N-乙醯神經氨酸（NeuAc）有 關。 結語綜上所述，BSP是具細胞粘附性能的細胞外基 質，參與細胞粘附、細胞轉移和信號識別，不僅能介 導成纖維細胞、成骨細胞和破骨細胞粘附於固體基 質表面，其表達以及與相關的整合素/受體作用還直 接影響癌轉化細胞的轉移能力，並對血管生成有促 進作用。那么阻斷BSP活性是否能抑制腫瘤的骨 轉移以及是否有臨床套用價值？從目前的研究情況 來看，BSP的作用機制還不十分清楚，而RGD序列 的結構類似物已表現出抑制乳癌細胞和骨細胞外基 質的粘附作用，因而更深入地研究BSP的作用機 制，找到安全有效地阻斷BSP活性的藥物，探索其 作為藥物治療靶子的可行性，對臨床治療有重要意 義。