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什么是骨桥蛋白

    骨桥蛋白(Osteopontin,OPN)是一种O-糖基化磷酸蛋白,归类于细胞外基质蛋白。从结构上看,OPN中含有特异的RGD(精氨酸—甘氨酸—天冬氨酸,Arg-Glu-Asp)序列,这个序列对OPN的粘附功能起着重要作用。OPN一方面可以通过RGD途径与细胞表面整合素受体结合发挥作用;另一方面也可通过非RGD途径与CD44的变异体结合,从而介导细胞的多种功能,如:细胞的粘附、募集、分化、信号传导及细胞因子表达等[1]。目前发现OPN与机体的矿化、骨形成与重建及免疫等生理功能息息相关[2-4]

 

母乳中的骨桥蛋白

    OPN在多种组织及体液中均有表达,在母乳中的含量很高。目前对母乳中OPN的检测研究较少,且检测方法并不一致。但是基于现有研究我们可以发现:

 

    第一,母乳OPN呈现明显的地区差异性,我国的母乳中的OPN水平显著高于其他国家及地区(图1)[5]。目前尚无研究探寻母乳OPN地区差异的原因,环境及膳食因素都有可能对母乳OPN水平产生影响,但推测最有可能与不同地区人群的基因背景有关。如图1所示,我们也可以看出:相较于丹麦、美国,我国的母乳中的OPN水平与韩国、日本更为接近[5]

 

    第二,母乳中OPN水平随婴儿年龄发生变化:初乳中含量最高,随后逐渐降低(图一)[5]。前期针对母乳中的其他活性蛋白,如乳铁蛋白等的研究也显示出了相似的变化规律,并被证明该变化是为了满足婴儿不同阶段的生长发育需求。因此,母乳初乳中的高OPN含量很可能也对婴儿早期的生长发育起到关键作用。

图1.不同国家不同泌乳周期母乳中OPN水平的比较[5]

骨桥蛋白在婴儿生长发育中的作用
    母乳OPN在生命早期的生物学作用备受关注。现有研究已发现:母乳中的OPN可影响婴儿血浆OPN水平,证明母乳中的OPN可以以相对完整的形式被机体吸收,其重要的功能结构,如RDG序列被完整保留,继而发挥相应的作用[6, 7]。目前母乳OPN的功能研究主要集中在免疫防护和促进生长发育两个方向。

1) 免疫防护在研究中科学家首先观察到:OPN基因敲除小鼠在接种牛结核分枝杆菌后往往会引发更严重的感染,因此推测OPN在宿主免疫防御中可能起到重要作用[8]。继而,在结肠炎以及轮状病毒感染的小鼠模型中,学者发现OPN可以通过调节肠道免疫反应,降低炎性因子水平,维护免疫平衡[9, 10]。该作用在我国的一项临床研究中得以证实。该研究分别给予三组无母乳喂养的健康婴儿普通奶粉(无OPN强化)、低计量OPN强化奶粉(65mg/L)和高计量OPN强化奶粉(130mg/L),干预6个月后检测三组婴儿血液中炎性因子水平,并与母乳喂养儿进行比较。结果发现:高剂量强化组婴儿的血苏氨酸、支链氨基酸以及促炎细胞因子TNF-a的水平均较低,且与母乳组婴儿近似,提示OPN可以通过下调炎性细胞因子发挥免疫作用[11]

 

2) 促进生长发育除了前述的OPN可调节炎性因子维护肠道免疫健康外,研究显示OPN还可以通过促进肠道的自身成熟,保障肠道免疫功能的发挥。一项动物实验分别给予刚出生的猕猴幼仔母乳、普通奶粉及OPN强化奶粉喂养,结果显示母乳组与OPN强化奶粉组幼猴空肠的mRNA表达更为接近,证明了OPN具有促进肠道发育的作用[12]。此外,科学家还观察到OPN可能与多种组织器官的发育相关。OPN在大脑组织中的含量较高,因此可能同时作用于脑发育。一项动物实验观察采用野生型和OPN敲出型小鼠分泌的乳汁(其母乳分别表现为OPN+及OPN-)喂养野生型小鼠的幼仔(两组幼仔分别记为OPN+/OPN++ ,和OPN-/OPN++ ),发现:OPN可通过促进髓鞘生成促进大脑的发育(图2)[13],且OPN+/OPN++组的小鼠的记忆力更佳。

 

图2. OPN+/OPN++ ,OPN-/OPN++组小鼠大脑不同区域髓鞘相关基因表达情况的比较[13]

综上所述,我们已经可以明确:

    母乳OPN对婴儿早期的免疫及大脑发育十分重要。鉴于OPN的多样作用,母乳OPN对婴儿的生物学影响可能远不局限于此。值得注意的是,虽然母乳与牛乳的OPN具有相似的结构的特点,但是母乳的OPN含量远高于牛乳及以牛乳为基质的普通配方奶粉。因此人工喂养儿可能需要额外的OPN补充。针对母乳喂养儿,由于母乳OPN具有显著的地区差异性,因此也提示我们中国婴儿可能对OPN有特殊的需求。目前,关于母乳OPN的研究才刚刚起步,更多的关于母乳OPN的研究将帮助我们更加了解母乳,了解婴儿的营养需求。

 

参考文献

[1]Rangaswami H, Bulbule A, Kundu G C. Osteopontin: role in cell signaling and cancer progression[J]. TRENDS CELL BIOL, 2006,16(2):79-87

[2]Sodek J, Ganss B, McKee M D. Osteopontin[J]. Crit Rev Oral Biol Med, 2000,11(3):279-303.

[3]Choi S T, Kim J H, Kang E J, et al. Osteopontin might be involved in bone remodelling rather than in inflammation in  ankylosing spondylitis[J]. Rheumatology (Oxford), 2008,47(12):1775-1779.

[4]Wang K X, Denhardt D T. Osteopontin: role in immune regulation and stress responses[J]. Cytokine Growth Factor Rev, 2008,19(5-6):333-345.

[5]Bruun S, Jacobsen L N, Ze X, et al. Osteopontin Levels in Human Milk Vary Across Countries and Within Lactation Period: Data From a Multicenter Study[J]. J Pediatr Gastroenterol Nutr, 2018,67(2):250-256.

[6]Jiang R, Lonnerdal B. Osteopontin in human milk and infant formula affects infant plasma osteopontin concentrations[J]. PEDIATR RES, 2019,85(4):502-505.

[7]Denhardt D T, Giachelli C M, Rittling S R. Role of osteopontin in cellular signaling and toxicant injury[J]. Annu Rev Pharmacol Toxicol, 2001,41:723-749.

[8]Nau G J, Liaw L, Chupp G L, et al. Attenuated host resistance against Mycobacterium bovis BCG infection in mice lacking osteopontin[J]. INFECT IMMUN, 1999,67(8):4223-4230.

[9]Da S A, Pollett A, Rittling S R, et al. Exacerbated tissue destruction in DSS-induced acute colitis of OPN-null mice is associated with downregulation of TNF-alpha expression and non-programmed cell death[J]. J CELL PHYSIOL, 2006,208(3):629-639.

[10]Rollo E E, Hempson S J, Bansal A, et al. The cytokine osteopontin modulates the severity of rotavirus diarrhea[J]. J VIROL, 2005,79(6):3509-3516.

[11]Lonnerdal B, Kvistgaard A S, Peerson J M, et al. Growth, Nutrition, and Cytokine Response of Breast-fed Infants and Infants Fed Formula With Added Bovine Osteopontin[J]. J Pediatr Gastroenterol Nutr, 2016,62(4):650-657.

[12]Donovan S M, Monaco M H, Drnevich J, et al. Bovine osteopontin modifies the intestinal transcriptome of formula-fed infant rhesus monkeys to be more similar to those that were breastfed[J]. J NUTR, 2014,144(12):1910-1919.

[13]Jiang R, Prell C, Lonnerdal B. Milk osteopontin promotes brain development by up-regulating osteopontin in the brain in early life[J]. FASEB J, 2019,33(2):1681-1694.

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