作者：重庆医科大学附属第一医院内分泌科      曾雯雯

骨质疏松症(OP)是一种常见的代谢性骨病，其主要特征为骨量减少和骨微观结构损伤。OP的发生与骨代谢平衡失调密切相关，尤其是当骨吸收超过骨形成时，这种失衡会导致OP的发生。目前OP的发生机制尚未完全明确，近期研究发现沉默信息调节因子家族(SIRTs)通过调控骨代谢，影响OP的发生发展。Sirtuins是一组依赖于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)的组蛋白去乙酰化酶家族。哺乳动物中已发现7种不同SIRT，其中SIRT1、SIRT6和SIRT7主要位于细胞核，而SIRT3、SIRT4和SIRT5主要位于线粒体。目前研究发现SIRT3可能通过调控骨细胞代谢及相关信号通路，从而影响OP的发生发展，故本文对SIRT3与OP的研究进展作一综述，以期对临床防治OP提供理论依据。

SIRT3的结构和功能

SIRT3是由人类第11号染色体基因编码的一种蛋白质，分为全长型与成熟型两种类型。SIRT3全长型缺乏酶活性，能被线粒体基质加工肽酶水解为具有酶活性的成熟型。SIRT3除在能量代谢旺盛的组织或器官高表达外，在骨髓间充质干细胞、成骨细胞、破骨细胞和骨细胞中均有表达。与其他SIRTs家族成员相似的是，SIRT3基本结构包含一个与NAD+结合的大Rossman折叠结构域和一个具有锌指结构的小结构域，剩余部分由SIRT3底物的结合位点组成。Rossmann折叠结构是典型的NAD+结合位点。该结构由6条平行的β链(β1～β3和β7～β9)组成，形成核心β片层，片层两侧有8个α螺旋(α1、α2、α6、α7和α9～α12)堆积。大小结构域之间形成的间隙是SIRT3的催化核心区，用于结合乙酰化底物。SIRT3高度保守的催化核心酶结构决定了其具有较强的去乙酰化酶功能。最新研究表明SIRT3至少可影响84种蛋白质乙酰化，这些蛋白质涉及三羧酸(TCA)循环、氨基酸代谢、脂肪酸氧化、电子传递链/氧化磷酸化(OXPHOS)和线粒体动力学等各个方面。因此SIRT3去乙酰化功能决定其在多种代谢紊乱相关疾病中发挥重要作用。

SIRT3对骨细胞氧化应激的影响

氧化应激是指ROS等氧化剂过量的产生，大量累积的ROS会启动超氧化物歧化酶2(SOD2)和过氧化氢酶(CAT)等抗氧化系统。研究表明，氧化应激是导致OP的重要机制之一。而线粒体中的SIRT3通过直接或间接途径调节多种骨细胞的抗氧化功能影响骨稳态。Chen等研究发现，SIRT3的表达水平随着体外诱导骨髓间充质干细胞(BMSC)成骨分化时间的延长而增加。敲除SIRT3的小鼠BMSC在成骨分化后期ALP表达明显下降，矿结节形成减少，成骨分化能力下降。Jin等观察到，在氧化应激环境下，加入唑来膦酸可上调BMSC中SIRT3与骨形成相关基因ALP、RUNX2的表达，提高AC-SOD2/SOD2水平，降低ROS含量，促进BMSC成骨分化。敲除SIRT3可降低唑来膦酸对BMSC成骨分化的促进作用。韩洁等研究发现，与健康人群相比，OP患者血清SIRT3表达下调。进一步构建OP小鼠模型发现，唑来膦酸干预治疗可显著增加小鼠骨小梁数量和矿物质密度，小鼠血清SIRT3和成骨相关基因Runx2、OPG的表达水平也相应升高，由此推测SIRT3通过抑制BMSC氧化应激，从而促进BMSC成骨分化，延缓OP的进展。

Gao等的研究发现，敲除SIRT3小鼠的MC3T3-E1细胞内ROS水平升高，成骨相关转录因子Runx2、Osterix表达下调，成骨细胞增殖、分化能力降低。多项研究表明，SIRT3通过直接和间接途径激活PGC-1ɑ-SOD2信号通路，提高成骨细胞内抗氧化酶的活性，以减少细胞内ROS的水平，促进成骨细胞增殖。Yang等通过使用H2O2模拟氧化应激发现，加入二甲双胍干预的MC3T3-E1细胞SIRT3表达上调，抗氧化酶SOD1、CAT和pPI3K/PI3K水平升高，细胞凋亡显著下降。而敲除SIRT3后，MC3T3-E1细胞抗氧化酶活性随之降低，PI3K/AKT信号通路表达受抑制。在行OVX术小鼠模型观察到，给予二甲双胍干预治疗后小鼠股骨骨小梁结构部分恢复，骨质流失减少，骨组织中氧化应激水平降低，证明二甲双胍可能以依赖SIRT3的方式抑制氧化应激，从而延缓OP的进展。此外，也有研究证实，二甲双胍介导成骨前体细胞SIRT3去乙酰化FoxO1，促进FoxO1核定位上调HPRT1表达，减少细胞内ROS含量，提高成骨前体细胞存活率，促进骨形成。

Kim等发现，SIRT3在年轻小鼠和老年小鼠破骨前体细胞均有表达，特异性敲除SIRT3后，小鼠破骨前体细胞内ROS富集，破骨细胞相关转录因子Acp5、CtsK转录水平增加，表明SIRT3抑制破骨前体细胞分化成熟。Huang等进一步构建SIRT3敲除小鼠股骨干骨折模型发现，SIRT3敲除小鼠骨痂中NOX2氧化酶水平显著升高，骨小梁和矿化结节形成明显减少，破骨细胞数量增多，骨折延迟愈合。而SIRT3激活剂和厚朴酚可逆转上述过程，抑制氧化应激对破骨细胞的促进作用，有利于骨组织再生与修复。因此SIRT3可能通过抑制氧化应激影响BMSC成骨分化与成骨细胞的增殖，促进骨形成，同时抑制破骨细胞成熟，延缓OP的发生发展。

SIRT3调控骨细胞线粒体自噬

线粒体自噬是一种选择性自噬方式，通过清除受损或多余的线粒体来维持线粒体的质量和数量平衡。越来越多研究证实，SIRT3通过调控骨系谱细胞线粒体自噬过程影响骨代谢。既往研究表明晚期糖基化终产物(AGEs)可抑制BMSC线粒体自噬，促进BMSC凋亡。Guo等观察到，AGEs诱导下的BMSC线粒体自噬相关蛋白Parkin、SIRT3均下降，衰老相关基因H3K9me3、γ-H2AX表达上调，促进BMSC衰老与凋亡。在AGEs诱导的小鼠模型过表达SIRT3发现，小鼠股骨骨髓腔脂肪减少，骨吸收减轻，ALP水平增加，BMSC成骨分化能力增强。目前研究表明，雌激素相关受体(ERRα)通过与SIRT3近端基因启动子区结合，促进SIRT3表达，从而影响线粒体自噬水平。染料木黄酮作为ERRα激活剂具有类似作用，Li等发现，染料木黄酮干预下的BMSC特异性敲除ERRα后，SIRT3水平降低，线粒体自噬通路PINK1去乙酰化与Parkin募集受限，BMSC凋亡增加。在OVX小鼠胫骨观察到，染料木黄酮处理后，BMSC内SIRT3水平上调，骨小梁损伤减少，骨量明显增加。因此SIRT3的抗骨质疏松功能可能与依赖ERRα介导的PINK1/Parkin线粒体自噬有关。此外，Chen等研究表明，在糖皮质激素诱导的人BMSC中，褪黑素通过抑制miR-224-5p，激活SIRT3/AMPK/mTOR信号通路，进而提高BMSC线粒体自噬水平，减少细胞凋亡，促进骨形成。

Xian等在高糖诱导的小鼠MC3T3-E1细胞发现，SIRT3表达下调，线粒体自噬相关蛋白PINK1、PRKN和成骨细胞标志物OCN水平降低，表明成骨前体细胞线粒体自噬受抑制，成骨细胞增殖、分化能力下降。进一步研究发现，在糖尿病性骨质疏松小鼠模型中过表达SIRT3，小鼠长骨骨小梁和矿物质密度增加，骨形成速率增强，骨质流失减少;其机制可能是SIRT3通过去乙酰化FOXO3激活PINK1/PRKN介导的线粒体自噬途径实现的。但也有研究发现，SIRT3通过抑制MC3T3-E1细胞BNIP3/NIX线粒体自噬信号通路，抑制成骨细胞线粒体自噬过度激活，进而减少成骨细胞凋亡，促进骨形成。

另外，也有研究发现，SIRT3可通过调控破骨细胞线粒体自噬，从而影响破骨细胞分化成熟。Ling等研究发现，敲除SIRT3后小鼠破骨细胞合成转录因子Rank、Ctsk表达下调，雌性小鼠破骨前体细胞凋亡增加，但对雄性小鼠无显著影响。表明其具有一定的性别差异，未来需进一步深入研究。

SIRT3调控骨髓间充质干细胞能量代谢

目前研究发现，SIRT3可通过发挥其去乙酰基酶的活性增加BMSC能量产生，进而促进BMSC的增殖与多向分化，刺激骨形成。Zhou等研究发现，在年轻细胞外基质(Y-ECM)上培养hBMSC，与老化细胞外基质(A-ECM)相比，SIRT3蛋白表达水平更高，细胞内ATP和MMP的生成更多，钙沉积和成骨细胞特异性标志基因的表达也与成骨分化趋势一致。而沉默SIRT3可逆转Y-ECM对BMSC成骨分化的促进作用。在小鼠异位骨形成模型发现，注射Y-ECM培养的BMSC小鼠移植物钙化结节增多，新骨组织形成。推测其机制可能是SIRT3与线粒体复合物I相互作用，增强BMSC能量合成，从而促进BMSC成骨活动，增加骨量。因此激活SIRT3有望成为未来治疗OP的重要靶点。

SIRT3对骨代谢相关信号通路的影响

RUNX2信号通路      RUNX2信号通路的激活对调控BMSC早期成骨分化具有重要作用。研究证实SIRT3能上调RUNX2及下游信号通路分子的表达，促进BMSC的增殖和成骨分化。体内和体外实验表明，外源性加入H2S供体NaHS可介导OVX雌性小鼠BMSC的SIRT3锌指结构域CXXC位置S-巯基化修饰，抑制衰老相关蛋白表达，并上调RUNX2转录水平，从而促进BMSC成骨分化，改善PMOP小鼠低骨量表型。但目前关于SIRT3与RUNX2信号通路相关的研究较少，仍需进一步探索具体分子机制。

NF-κB信号通路       近年研究表明，SIRT3通过靶向抑制NF-κB信号通路发挥骨保护作用。Qin等发现敲除SIRT3可显著增强RAW264.7细胞中p65磷酸化(p-p65)及核转位，导致抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)阳性多核破骨细胞数量增加，表明SIRT3对NF-κB信号通路活化的负向调控功能。此外，SIRT3还可通过激活SOD2降低细胞内ROS水平，间接抑制NF-κB通路的激活阈值，从而抑制破骨前体细胞的分化成熟。另一方面，SIRT3还能促进巨噬细胞向M2抗炎表型分化并减少M1促炎亚群比例，重塑骨微环境稳态，间接抑制骨吸收。PMOP小鼠模型中加用SIRT3激活剂Bilobalide可上调SIRT3表达，有效缓解甚至逆转骨质流失过程。

MAPK信号通路      Xie等观察到，p38、ERK和JNK3条MAPK信号通路激活后，骨吸收标志物上调，促进破骨细胞分化成熟。经miR-6359靶向沉默SIRT3后的小鼠，p38、ERK和JNK磷酸化及骨吸收标志物TRACP-5b、β-CTX升高，小鼠长骨骨小梁结构损伤，骨量减少。此外，Li等建立的钛粒子诱导小鼠颅骨骨溶解模型显示，外源性加入大剂量SIRT3抑制剂处理小鼠后，破骨细胞内JNK、ERK磷酸化减少，破骨细胞增殖活性下降，小鼠颅骨骨小梁形成增多，骨密度增加。因此SIRT3可能作为调控MAPK信号通路潜在上游信号因子在延缓OP的进程中发挥重要作用。

PKA-CREB信号通路       骨细胞作为全身骨骼细胞的主体，其独特的树突状结构在骨代谢和骨骼疾病的发生发展发挥重要作用。骨细胞树突的形成受骨细胞特异性蛋白E11/gp38调控。Li等体外培养MLO-Y4细胞发现，SIRT3的表达随骨细胞的分化成熟而增加。敲除MLO-Y4细胞SIRT3，骨细胞机械应力标志物与E11/gp38表达下调。表明SIRT3参与调控骨细胞树突的形成。与老年小鼠相比，年轻小鼠在运动锻炼刺激下，骨细胞树突形成增加，骨量增多。特异性敲除小鼠SIRT3发现运动锻炼对骨细胞的促进作用被抑制。而使用SIRT3激活剂和厚朴酚可逆转敲SIRT3的抑制作用。其作用机制可能是SIRT3通过提高cAMP反应元件结合蛋白CREB磷酸化水平，正向调控PKA/CREB信号通路及下游效应分子E11/gp38转录，从而促进骨细胞成熟，增强骨细胞机械负荷敏感性，促进骨生成。

综上所述，SIRT3可通过多种途径在骨形成和骨吸收中发挥重要作用。SIRT3调控骨代谢涉及多条信号通路，但信号通路之间是否相互协调发挥作用仍需进一步研究。目前大多数研究表明SIRT3通过延缓BMSC衰老、促进成骨细胞分化来延缓OP的发生发展，但对于破骨细胞的调控仍存在差异。未来应进一步探索SIRT3调节骨代谢的上下游因子及其机制，为后续临床转化提供有力的理论依据。

来源：中国骨质疏松杂志2026年4月第32卷第4期