蛋白聚糖与软骨结构、功能及骨关节病的关系

蛋白聚糖与软骨结构、功能及骨关节病的关系

曹峻岭

【摘要】Proteoglycan, a type of glycoconjugate, consists of a core protein and one or more covalently attached glycosaminoglycan chains. It is an important component of cell membrane, fundus membrane, especially in extracellular matrix. It is also related to the histological structure and function of cells. With the advances in scientific research, proteoglycan metabolism has been found to have association with the growth and degradation of bone, cartilage and neural tissues. Recent studies also indicate that it is related to the development of cardiovascular diseases and tumors. The relationship of proteoglycan metabolism with the structure and function of cartilage and pathogenesis of osteoarthropathy will be discussed in this paper.%蛋白聚糖是一类由核心蛋白与1条或多条共价连接的氨基聚糖所组成的糖复合物,是细胞膜、基底膜、特别是细胞外基质的重要组成成份,与组织细胞的结构和功能息息相关.随着科学研究的发展,人们逐渐认识到蛋白聚糖代谢与骨软骨发育和退变、神经组织的发育和退变、心血管疾病和肿瘤的发生发展关系密切.本文仅对蛋白聚糖代谢与软骨结构和功能及骨关节病发病机制的研究进行探讨.

【期刊名称】《西安交通大学学报（医学版）》

【年(卷),期】2012(033)002

【总页数】6页(P131-136)

【关键词】蛋白聚糖;硫酸化修饰;软骨;细胞外基质;骨关节病;大骨节病

【作者】曹峻岭

【作者单位】西安交通大学医学院地方病研究所;教育部环境与疾病相关基因重点

实验室;卫生部微量元素与地方病重点实验室,陕西西安710061

【正文语种】中文

【中图分类】R684.1

软骨变性坏死是许多骨关节疾病的共同问题。目前，国内外对退行性骨关节炎（osteoarthritis，OA）和风湿性关节炎（rheumatoid arthritis，RA）的分子发病机制有了较多的研究。大骨节病（Kaschin-Beck disease，KBD）是以四肢关

节透明软骨变性坏死为特征的一种地方性骨关节病，至今病因未明，研究较多的主要有环境低硒、真菌毒素和水中有机物中毒，发病机制研究也有待进一步深入［1］。近年来，糖生物学的作用已成为生命科学中的新前沿，糖复合物糖链修饰的改变与很多疾病的发生相伴随，其中蛋白聚糖（proteoglycan，PG）是存在于全身各组织间质中极为重要的糖复合物，是正常软骨细胞外基质的主要组成成分。PG结构的完整性在维持软骨功能中起重要调控作用［2］。

1 PG的基本构成、分类和功能

PG是一类由氨基聚糖和核心蛋白所组成的化合物，其含糖量可高达95%以上，因而化学性质更类似于多糖而不是蛋白质，实际为含蛋白的多糖。氨基聚糖（glycosaminoglycan，GAG）是由重复二糖单位所组成的一类杂多糖，其糖链

含有许多酸性基团，如羧基（-COOH）、硫酸基（-OSO3H）和磺基（-SO3H）。重要的GAG有透明质酸（HA）、硫酸软骨素、硫酸角质素、硫酸皮肤素、硫酸

肝素等。PG的组成和结构具有两个显著特点：①分子巨大；②分子上具有许多酸性基团。因此，蛋白聚糖是一种高分子阴离子化合物。按照蛋白聚糖的组织分布和功能表现可以分为以下3类：

1.1 结合在细胞膜上的PG 几乎在所有的组织中都有表达，为多配体PG，其核心

蛋白均是贯穿细胞外区域（带有不同GAG侧链）、细胞膜区域和细胞内区域的一条肽链。已证明与多种生理功能和病理变化有关，如在早期胚胎发育、肿瘤、创伤愈合；神经和心血管系统的表达。

1.2 基底膜结合的PG 主要存在于动物血管上皮细胞的基底膜中，如基底膜PG：

主要功能是调节细胞分化和形态的建成，调节胚胎血管形成、储存生长因子功能和调控肿瘤的发展。乙酰胆碱受体聚集因子：主要是引导乙酰胆碱受体在神经肌肉接头处聚集。此外，还调控胚胎发育、血脑屏障形成、维持微血管的通透性。Bamcan硫酸软骨素PG：与组织的形态构建有关。

1.3 细胞外基质PG 主要功能之一是维持细胞外基质的结构，其共同特点是核心蛋白分子量最大，有大量GAG侧链，均可与HA和凝集素结合（图1）。研究最多

的是多聚蛋白聚糖（aggrecan，AG）。它是软骨中的主要成分，与HA形成的聚集体充填于细胞间隙，缓冲机体和组织对关节的压强；另外，AG还影响组织发育，硫酸软骨素参与调节发育中的外周神经系统，推测其对神经突触的生长有定向作用。多功能PG：表达受许多生长因子调节（PDGF、TGF等），其调节通过不同的信

号传递系统来进行，往往在一些肿瘤组织过表达。神经PG：与神经细胞粘附分子高亲和性结合，进而抑制N-CAM同嗜性粘附和突触生长，影响脑组织发育［2］。图1 细胞外基质中的PGs（源于Bruce Caterson教授）Fig.1PGs in cell ECM （from Prof.Bruce Caterson）

2 软骨细胞外基质结构的完整性与软骨功能的关系

人的关节软骨主要由软骨细胞、AG、胶原纤维和水构成。AG和胶原是构成细胞