驼背-软骨骨化损伤
 

　　在驼背猪的脊柱观察到遗留的软骨组织，这证明椎体生长板发生了异常，这与软骨病所致畸形类似。在活体动物身上未发现其他宏观异常，但在对生长板表现异常的猪的股骨样本分析中，观察到生长板宽度异常(图3)。因此，有必要进一步研究参与软骨骨化过程的分子信号的变化，尤其是在胎儿和初生阶段容易被维D缺乏所改变的分子信号。
 

图3 股骨末端的生长板不规律的过宽。一个是饲喂用+D饲料的9周龄猪(+D)，一个是没有补充维D的5周龄猪(-D)(没有公布结果)

　　骨和椎骨均通过软骨骨化形成，正常情况下钙化软骨与钙化骨结合，若钙化骨结合则引起异常，包括生长板宽度异常和软骨过量残留。胞外基质(ECM)的构型和重构是软骨骨化的限速环节，此外还需要特定蛋白和信号的参与，包括基质金素蛋白酶家族(MMP)，尤其是明胶酶MMP9、胶原酶MMP13和血管内皮生长因子(VEGF)。这三个标志酶直接或间接由维D介导。但在猪，还未有这些信号的表达与维D状态之间有着直接联系的证据。
 

　　对猪和其他生产动物跛行的研究，主要关注对后期损伤的阐述，而忽略损伤前期的形成过程。维D相关驼背猪的模型可以诱发自发性损伤，为研究参与生长板畸形前期形成的细胞信号提供了一种方法。准确地阐述初生猪在脊柱骨和股骨畸形发展过程中的被破化的靶细胞动力学结构和细胞信号，将对特异并有效预防骨畸形具有重要的意义。
 

　　继续对驼背猪进行研究，有利于我们找到需要去测量的关键因子。在过去，猪跛行多被归结于矿物元素因素或骨软骨病。对于驼背猪的一系列实验表明，驼背和骨软骨病之间可能存在信号通路。
 

　　营养成分影响软骨骨化的关键信号
 

　　骨的生物标记
 

　　研究者做过很多利用生物标记来测定骨完整性的尝试，但最好的结果也只能定性，并且对骨骼损伤的诊断帮助甚小。即使诸如钙、磷甚至25-OH维D等是骨骼沉积矿物质的关键营养因子，但考虑到体内代谢平衡，它们对于评估骨骼完整性的价值很小。更好的掌握营养因素介导的影响骨骼的细胞信号，主要包括FGF-23、RANKL/OPG、CY27B1、CYP24A1、VEGF和MMP，对猪跛行问题的快速诊断具有重大意义。
 

　　如前所述，FGF-23参与维D和磷的平衡过程。FGF-23由成骨细胞和骨细胞产生，受维D和磷的调节。活性维D促进骨组织内FGF-23的合成，分泌至全身上调肾脏Na-P转运蛋白活性，促进磷的重吸收入胞内，从而降低血磷。FGF-23抑制1α-羟化酶，同时降低维D的活性(图1b)。鉴于维D受体(VDR)在软骨组织中的表达，维D对骨组织合成FGF-23可能有直接的作用。对小鼠的软骨细胞做特异性VDR敲除后，维D通过软骨细胞介导的信号通路促进FGF-23的释放，但对于软骨细胞释放的信号因子并未阐述。最新的研究发现，补充维D的哺乳仔猪骨组织内FGF-23 mRNA的表达增高，尤其是那些被饲喂过量磷的猪。研究表明，FGF-23在磷平衡中的角色相当于骨组织的内分泌机能单位，除此之外，仅表现为钙磷的蓄积位点。
 

　　FGF-23的过量释放可以抑制维D的活性，即使日粮中补充足够的维D，仍会引起维D的大量缺乏，这种反应与日粮磷过量时相似。通常猪的日粮中不会含过量的磷，但是植酸酶的摄入和使用使猪可以利用植物中的磷，从而摄入过量磷。过量FGF23的合成可以降低磷的使用效率，从而增加磷的排放，引起地表水污染。
 

　　据了解，FGF23基因的表达在猪体内已经被成功检测到。运用qPCR方法，发现骨组织的FGF23 mRNA的表达受摄入的营养物质影响，但是具有相当大的多样性，对此还需要做大量的工作。我们有信心可以运用qPCR方法成功检测猪机体组织中RANKL、CYP27B1和CYP24A1 mRNA的表达，对于VEGF和MMP还未做类似尝试。
 

　　成骨细胞和成熟骨细胞是参与骨形成的两种主要细胞，破骨细胞参与骨组织的再吸收，骨形成和再吸收过程在骨重构中同时存在，成年动物二者保持动态平衡。在生长期，骨形成超过重吸收，因而骨组织矿物质沉积。这些细胞不含有系统激素的受体。近期的研究发现，某些区域内的信号和细胞可以产生诱导降低破骨细胞数量并抑制其重吸收活性的信号。成骨细胞家族的细胞可接受系统激素的刺激释放信号。
 

　　成骨细胞和软骨细胞均含有VDR，这说明了1，25-维D可以直接作用于骨的形成。特异无VDR的小鼠供给补充性食物，观察到骨骼矿化作用的重形成，同时观察到生长板的畸形，这说明维D直接参与了骨的形成。在增生肥厚的软骨细胞中，1，25-OH-D降低了某种蛋白的合成，该蛋白可促进FGF23的释放，并促进RANKL和VEGF的合成。RANKL和VEGF作用于破骨细胞，提高其活性和再生能力，以重吸收肥厚增生区域，从而维持正常的软骨组织结构。软骨骨化保证了骨骼的生长和正常的生长板宽度，若此过程受扰，则导致受损部位的软骨残留，以及损伤的扩展如软骨病。
 

　　骨与免疫系统的联系
 

　　猪群中的跛行案例常常与猪群健康状况发生混淆。而根据我们到目前为止的研究，跛行猪只未表现较大的健康问题。没有研究表明其对骨损伤与机体免疫机能之间有直接联系。破骨细胞和巨噬细胞均由机体造血干细胞分化而成，并对各种相同的细胞通路作出反映。维D在免疫应答所扮演的角色也不确定。1，25-OH-D常用于一些自身免疫病的治疗，如风湿性关节炎、I型糖尿病和脑脊髓多样性硬化。
 

　　结论
 

　　涉及到跛行的临床问题常常牵涉到营养配方问题，尤其是日粮中钙磷的含量，以及维D的含量。通过大量或超量补充营养成分以缓解跛行发生率的尝试往往并不能解决问题，反而可能加剧问题。营养成分尤其是钙磷的过量补充并不能保证猪能从短期的营养缺乏中恢复过来。而对于所缺乏营养成分的诊断，需要标准化的采样及分析流程。DXA技术的应用有助于准确快捷地对样本BMC作出检测，但是局限于单一的骨头，并只能准确提供骨无机质的含量。
 

　　更深入地了解控制软骨骨化的细胞信号，将有助于我们了解改变和损伤发生的机制。维D缺乏引起的驼背猪模型也提供了研究生长板畸形早期形成过程的方法。



       作者信息：TD Crenshaw, L Rortvedt-Amundson，威斯康辛大学麦迪逊分销动物科技学院