硬化蛋白抗體在骨骼疾病中的治療及機制研究新進展

許 琳，徐靜晨 綜述，黃 炎 審校

(口腔疾病研究國家重點實驗室/國家口腔疾病臨床醫(yī)學研究中心/四川大學華西口腔醫(yī)院：1.正畸科；2.種植科，成都 610041)

硬化蛋白(sclerostin，Scl)是Sost基因的表達產物，于1958年由Van Hul和Balemans在骨硬化病和Van Buchem病研究中發(fā)現并分離獲得[1]。Scl主要由骨細胞分泌，在成骨細胞的分化、增殖、遷移過程中具有抑制骨形成、促進骨吸收的作用[2]。有研究發(fā)現，Scl抗體(Scl-antibody，Scl-Ab)能降低Scl水平并阻止其與相關受體結合，從而產生相反作用，在一定程度上促進成骨[3]。

骨骼疾病類型較多，包括骨質疏松癥、骨折、骨關節(jié)疾病等，對患者的生活及生存質量造成不同程度的影響。近年來研究顯示，應用Scl-Ab可增加臨床前動物模型及骨質疏松癥患者的骨量，且被評價是絕經后骨質疏松癥等骨疾病的潛在治療方法之一[4]。除此之外，Scl-Ab在骨折、骨發(fā)育不良、關節(jié)疾病、多發(fā)性骨髓瘤等其他骨骼疾病的治療過程中也有一定積極影響。本文就Scl-Ab針對骨骼疾病所發(fā)揮的治療作用和涉及的分子機制進行概述。

1 Scl-Ab的生物學機制

在骨組織代謝過程中，Scl-Ab參與調節(jié)骨髓間充質干細胞(mesenchymal stem cell，MSC)向成骨細胞分化、促進成骨細胞增殖和分化，同時抑制成骨細胞的程序性死亡，間接影響破骨細胞的功能[5]。

1.1Scl-Ab與成骨相關細胞 (1)Wnt-β-Catenin信號通路在促成骨效應中具有關鍵的作用。Scl是Wnt信號通路的負性調控因子，與成骨細胞表面受體低密度脂蛋白受體相關蛋白(low-density lipoprotein receptor-related proteins 5/6，LRP5/6)和Frizzled受體結合，解除了Scl對Wnt信號通路的抑制，在T細胞因子和淋巴增強因子的作用下啟動靶基因Lef和Tcf轉錄因子的轉錄和翻譯，提高骨相關基因RUNX2和Osterix等的表達[6]，激活成骨細胞分泌骨基質，促進骨形成。(2)Scl-Ab與骨形成蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)通路關系的相關研究。Scl氨基酸序列遠端與BMP-7的Cerebus/DAN蛋白相似，而后者是BMP信號通路的經典拮抗分子[7]。TINSLEY等[8]發(fā)現系統性注射Scl-Ab結合局部注射BMP-2可明顯促進大鼠股骨愈合。這表明Scl-Ab與BMP-2的信號通路存在交叉，可能有協同作用。(3)成骨細胞功能異常與其自噬作用受到抑制有關[9]。Scl-Ab可逆轉糖皮質激素對骨形成的抑制作用，通過提高成骨細胞的自噬作用而維持成骨細胞活性，促進骨形成[10]。(4)Scl-Ab對成骨細胞的作用在DNA水平方面的研究。Scl-Ab可加速修復成骨細胞的DNA，減少DNA雙鏈破壞標記蛋白(gamma-H2AX protein，γ-H2AX)的數量，提高DNA修復蛋白Ku70的表達，進而減少成骨細胞的凋亡[11]。Scl-Ab可通過改變基因轉錄和表達來促進成骨，但體內藥物濃度和抗體活性的精細調控機制及與其他信號分子、激素的交互作用還有待進一步研究。

1.2Scl-Ab與破骨細胞 臨床和動物實驗表明Scl-Ab對成骨和破骨可能具有雙重作用，其不但提高骨形成效應，同時一定程度抑制了骨代謝活動，降低破骨細胞活性，減少骨吸收[12-13]。Scl-Ab的抗骨吸收效應主要是通過核因子κ B受體活化因子及其配體(receptor activator for nuclear factor-κ B and ligand，RANK/RANKL)信號通路發(fā)揮作用。Scl-Ab通過提高骨細胞表達RANK/RANKL和骨保護素，進而降低破骨細胞的活性，發(fā)揮抗骨代謝的作用[14]。此外，越來越多的實驗發(fā)現，Scl-Ab對破骨細胞有直接作用。老年鼠的破骨細胞會分泌一定的Scl而導致骨質流失，Scl-Ab可一定程度上直接抑制破骨細胞的骨代謝效應[15]。

以往實驗發(fā)現，對絕經骨質疏松大鼠應用Scl-Ab后發(fā)生骨吸收標志物抗酒石酸酸性磷酸酶5b(tartrate-resistant acid phosphatase-5b，TRAP-5b)、β氨噻肟頭孢菌素(β-cefotaxime)等水平降低，并在中后期維持較低的水平[16]，這表明破骨細胞的功能受到一定抑制。部分臨床前研究在靈長類猿猴中應用Scl-Ab后并未出現骨吸收標記物的降低和明顯的破骨效應[17]，故有學者認為，Scl-Ab更多的是“骨改建”，即不需先激活破骨細胞而進行骨吸收；而特里帕肽等治療骨骼疾病的促合成藥物，是“骨重建”，即在破骨細胞激活后再進行骨合成活動[18]。Scl-Ab在治療中后期可持續(xù)而溫和地發(fā)揮抗骨吸收的作用，這在某種意義上提示其較低的致癌性和更高的安全性。

1.3Scl-Ab對其他細胞的作用 Scl-Ab不僅對成骨細胞有極大的促進作用，還參與調節(jié)MSC向成骨細胞的分化，促進骨細胞的成熟和基質礦化。刺激性因素(如輻射)可使MSC成脂向分化，Scl-Ab可減少關鍵轉錄因子CCAAT增強結合蛋白α(CCAAT-enhancer-binding protein-alpha，C/EBP-α)和過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR-β)的表達，提高骨髓造血微環(huán)境中的活性氧類(reactive oxygen species,ROS)分子水平，激活Wnt信號通路，中斷MSC的脂向轉化，進而促進MSC的成骨向分化[11,19]。Scl-Ab通過Tomato信號使骨細胞維持良好的骨小管結構，增加骨形成終末細胞的分化和成熟，對骨基質礦化起到關鍵作用[20]。

2 Scl-Ab在骨骼疾病中的臨床應用

傳統治療骨骼類疾病的藥物主要分為兩類，一種通過不受成骨細胞直接抑制作用的內源性甲狀旁腺功能，間接刺激骨形成；另一種是由藥物自身直接刺激成骨細胞。但這些藥物在臨床應用中存在著諸如無法修復及改善已受損的骨微結構、應用不便、費用較高、潛在骨肉瘤發(fā)病風險等問題。Scl-Ab因其在促進骨合成、抑制骨吸收方面的高效性和靶向性而成為近來骨骼疾病治療的研究熱點。目前，Scl-Ab在骨質疏松方面的研究資料最為豐富，其在骨質疏松的短期療效已經得到證實，在早期即立即啟動骨生成效應，晚期降低骨吸收效應[21]。

目前，臨床和科研中使用的Scl-Ab主要有3種， Amgen(Romosozumab)、Eli Lilly(Blosozumab)和Novartis(BPS804)。Blosozumab是免疫球蛋白G4(immunoglobulin G4，IgG4)，而Novartis(BPS804)是IgG2。Romosozumab的研究較深入，具有極大的應用潛力，已進入Ⅲ期臨床試驗。以下將根據各類骨骼疾病進行分述。

2.1骨質疏松

2.1.1絕經后骨質疏松 Scl-Ab對于絕經后骨質疏松效果較好，且相關藥物已進入臨床試驗階段，安全性較高。動物實驗表明，Scl-Ab能夠通過形成促進骨合成，抑制骨吸收，有效治療卵巢摘除大鼠的骨質疏松并在此過程中呈現出劑量依賴性效應[22]。此外，目前已有臨床試驗對Scl-Ab應用于人體的療效及安全性進行研究，如Blosozumab和Romosozumab。RECKER等[23]對Blosozumab進行的隨機雙盲安慰劑對照的Ⅱ期臨床試驗中，共納入120名絕經后骨質密度低的女性，分別給予不同劑量的Blosozumab及安慰劑，結果表明，該藥能夠明顯提高脊柱、股骨頸及髖骨的骨質密度，且有劑量依賴性；在此過程中，骨形成標志物如TRAP-5b等有明顯提高，而骨吸收標志物則明顯下降。PADHI等[24]同樣采用隨機雙盲對照的方法，納入32名絕經后女性和16名骨質密度降低的健康男性，分別采用不同劑量的Romosozumab和安慰劑治療，結果顯示Blosozumab可使腰椎骨密度增加4%～7%，并且試驗組的不良事件的發(fā)生率與對照組比較差異無統計學意義(P>0.05)。

2.1.2其他亞型的骨質疏松 Scl-Ab在治療糖皮質激素、腎病和脊髓損傷誘導的骨質疏松癥中的作用。有研究表明，Scl-Ab通過提高成骨細胞的自噬功能來維持自身活性，進而抑制糖皮質激素所致骨質疏松的進展[10]。Wnt信號通路在慢性腎病動物模型中表達異常，Scl水平升高。而Scl-Ab可提高慢性腎病大鼠骨的生物力學特性，增加骨量，增強骨的機械性能，但在甲狀旁腺素(parathyroid hormone，PTH)水平較高時效果不明顯[25]。以上研究提示，若要通過Scl-Ab改善慢性腎病患者骨骼性能和降低骨骼風險，必須控制患者體內的PTH水平。QIN等[26]研究發(fā)現，Scl-Ab可阻止脊髓損傷大鼠股骨遠端骨礦物質密度和小梁骨體積的明顯下降，并使骨形成增加。故Scl-Ab有望為急性完全性脊髓損傷后的骨質喪失或由于神經系統疾病所致的骨質疏松癥提供新的思路和方法。

2.1.3Scl-Ab與其他治療方式的聯用方案 多項研究表明，Scl-Ab與治療骨骼疾病的傳統藥物聯用，可能會提高治療效果，使患者受益。GAD等[27]發(fā)現，Scl-Ab與雷洛昔芬聯合用藥較單獨用藥對于血清TRAP-5b、骨鈣素及胰島素樣生長因子的提高更為明顯。WU等[28]也發(fā)現，Scl-Ab與PTH對卵巢摘除大鼠的骨質疏松癥的治療具有疊加作用。在保證安全的情況下，將Scl-Ab與雷洛昔芬或PTH聯用，或者配合身體訓練等傳統方法，均可使骨質疏松癥的治療受益。

2.2骨折 目前大多數學者認為，Scl-Ab對各種類型骨折的治療具有良好效果。SHAH等[29]認為，Scl-Ab治療可改善肩袖破裂修補術后的療效，因其除了修復骨折部位，還可促進干骺端及未受損傷骨的骨形成，增加肌肉附著位點的骨礦物質密度，從而改善骨的生物力學性質。Scl-Ab對復雜性骨折及伴1型糖尿病的骨折愈合和骨骼質量也有積極影響[30]。TINSLEY等[8]的研究證實，局部重組BMP-2結合全身Scl-Ab治療能夠更強地促進骨質缺損愈合，故提出將骨誘導劑與Scl-Ab結合可以進一步促進骨折修復。目前Scl-Ab在骨折臨床前動物實驗中基本表現出良好地效果，這為前期臨床試驗奠定了基礎。

2.3成骨不全癥 成骨不全癥是以骨質減少為特征的遺傳性骨發(fā)育不良，易導致骨折，兒童時期癥狀最明顯。雖然雙磷酸鹽已經廣泛用于治療兒童成骨不全癥，但其對椎體參數的改善作用及長骨骨折率的影響尚不肯定，而Scl-Ab在動物實驗及臨床試驗中初步展示出了促進骨合成代謝良好的應用前景[31]。 GLORIEUX等[32]對Novartis(BPS804)所進行的Ⅱ期臨床試驗提示，其可以促進骨形成，減少骨吸收，同時提高成骨不全癥患者的脊柱密度。

2.4關節(jié)疾病 目前的研究顯示，Wnt和BMP信號通路已經成為調節(jié)風濕性疾病骨轉移的關鍵途徑，這些途徑涉及類風濕性關節(jié)炎的骨丟失和強直性脊柱炎的骨形成。WEHMEYER等[33]研究發(fā)現，在慢性腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor，TNF-α)依賴性關節(jié)炎中，缺乏Scl-Ab的抑制作用可導致類風濕性關節(jié)炎的加速進展；在小鼠疾病模型中，抑制Scl雖未能改善其臨床體征，但減輕了其嚴重性。CHEN等[34]的研究顯示，Scl-Ab完全阻止了hTNFtg小鼠中骨侵蝕的進展，同時保護關節(jié)軟骨，提示Scl-Ab可能成為增強炎癥性關節(jié)炎骨修復的有效工具。故推測將TNF-α抑制劑與Scl-Ab聯用可能在關節(jié)炎的治療中具有積極前景，但具體應用尚需進一步研究證實。

2.5轉移性骨腫瘤和癌癥引起的骨丟失 Scl-Ab在干擾乳腺癌的骨轉移和惡性骨病中也取得了積極的成果。ZHU等[35]的研究發(fā)現,Scl在乳腺癌腫瘤組織和細胞系中過表達，可促進乳腺癌細胞的遷移，侵襲，最終導致骨質溶解。將Scl-Ab與抗腫瘤藥物如蛋白酶體抑制劑Carfilzomib和唑來膦酸等聯合用于多發(fā)性骨髓瘤治療，能夠一定程度地抑制腫瘤，減少患者骨折風險[3,36]。使用Scl-Ab作為輔助手段來治療和預防惡性骨病已有一定的效果，需要進一步的研究來確定可能從早期受益的患者亞群。

3 展 望

Scl-Ab主要通過Wnt信號通路作用于成骨細胞、破骨細胞、骨細胞等多種細胞，具有優(yōu)異的骨合成代謝的效應和一定的抑制破骨效應。相比于以特里帕德為代表的合成代謝藥物，臨床前動物實驗和臨床試驗均表明以Romosozumab為代表的Scl-Ab在治療骨質疏松疾病中有望成為一線治療藥物，同時在其他骨骼疾病中也具有極大的應用潛力。DAS等[37]通過嚙齒類動物應用Scl-Ab的系統評價證明Scl-Ab治療和改善骨形成、骨密度、骨量和小梁厚度之間的明顯聯系，這為指導Scl-Ab在臨床中的應用提供了一定的理論依據。一項關于Scl-Ab骨組織工程的系統評價證明了其對次級骨折的預防性作用，同時指出目前的研究有一定局限性，例如缺乏機械性能和劑量反應的研究[38]。PUNDOLE等[39]通過Cochrane系統評價發(fā)現其疾病分型、藥物劑量、對初級骨折和次級骨折的效果還有待進一步探究。雖然目前臨床試驗尚未發(fā)現Scl-Ab有骨腫瘤風險，但仍有一些短期出現的不良反應，例如頭痛、便秘、注射部位的超敏反應等[24]，故Scl-Ab的長期療效和安全性仍有待進一步探究與證實。未來將需要更多高質量、大樣本的臨床研究，來確定Scl-Ab的安全性和最佳應用方案，例如療程、聯用方案、長期療效等，以達到高效性、個體化和靶向性的治療目標。