靶向調控破骨細胞活性治療骨質疏松的研究進展

張健豪

山西醫科大學第一臨床醫學院，山西省太原市 030000

骨的結構不斷重塑以適應機體和外界變化著的機械負荷作用，成熟的骨骼依賴機體的鈣磷元素來源，不斷更新受損和老化的骨組織，從而維持正常的骨強度，這一過程離不開骨形成和骨吸收這兩個方面，兩種細胞在骨表面同一部位相互作用，稱為骨重建單位[1]。骨質疏松就是由于二者失衡，骨吸收強于骨形成，而破骨細胞是骨吸收過程的唯一執行者，因此關于破骨細胞活性調節機制的研究對于攻克骨質疏松癥就顯得十分必要。本文針對抑制骨吸收的重要途徑——破骨細胞活性調節，分類闡述骨質疏松靶向治療藥物的研究進展。

1 破骨細胞概述

Kolliker首次發現破骨細胞，它來源于CD34陽性的骨髓造血干細胞，并在骨組織中發育成熟，是單核—巨噬細胞系的一員。破骨細胞的細胞器分布特殊，核位于細胞的偽足側，多個高爾基復合體疊連連接在細胞骨架上，線粒體豐富，位于面向吸附骨的一側，溶酶體豐富。由單核—巨噬細胞系成熟而來的破骨細胞主要受骨髓基質細胞和成骨細胞分泌的巨噬細胞集落刺激因子(MCSF)、核刺激因子-κB受體配體(RANKL)及骨保護素(OPG)等因子的調節[2]，其中MCSF是破骨細胞分化調節的關鍵因子，Yoshida等[3]的實驗研究利用的先天性骨石化癥小鼠模型就是通過設置無MCSF實驗組做成的。骨活檢資料和體外研究表明，完成骨吸收使命的破骨細胞會自動凋亡清除，是機體維持骨代謝平衡的機制之一[4]。

2 細胞因子對破骨細胞活性的調節

局部細胞的自/旁分泌效應對幼稚成骨細胞的增殖和分化以及骨吸收活動有直接調控作用，并可以間接增加與甲狀旁腺激素(PTH)有關骨吸收的敏感性，或通過信號轉導通路的相互影響抑制破骨細胞活性。

2.1 核刺激因子-κB受體配體/核刺激因子-κB受體系統(RANKL/RANK系統) RANKL/RANK系統是骨細胞單位活性調節不可或缺的重要系統，多種外界因素均是通過此軸發揮作用。RANK大量表達于未成熟破骨細胞的表面，成骨細胞分泌出RANKL與之識別，促進未成熟破骨細胞走向分化通路：RANKL與RANK結合可啟動相應的細胞信號轉導途徑，相關基因便被激活，破骨細胞開始分化，啟動骨吸收，此外IL-1a、IL-6、IL-11、IL-16、PTH等都可激活RANKL/RANK系統使RANKL表達增強，從而完成骨重塑。與RANKL/RANK系統相關的信號轉導通路主要有NF-κB通路、MAPK通路、PI3K/AKt通路和CN/NFAT通路。由此可見RANKL/RANK系統在破骨細胞激活過程中起著類似于共同終末通路的作用，以該系統為靶點設計的藥物在治療骨質疏松的臨床實踐中必將有良好的療效且可避免諸多不良反應，如Denosumab(狄諾賽麥)和OPG的作用機制都是競爭性抑制RANKL與RANK的結合，抑制破骨細胞成熟，可增加患者的骨密度，改善骨質疏松[5]。

某些中醫藥治療骨質疏松背后的機制也與該系統有關，王鵬等[6]在實驗研究燈心草與破骨細胞形成的關系時，發現燈心草提取物可以抑制RANKL，且濃度越高，抑制作用越強，通過關閉破骨細胞內某些特殊基因的表達，使破骨細胞的數量減少，探索出了燈心草在防治骨質疏松等骨代謝病中的應用價值。何丹丹等[7]發現淫羊藿治療骨質疏松也與RANKL靶點相關。實驗應用分子對接技術定量分析了RANKL與淫羊藿素之間的關系，闡明了淫羊藿素可通過抑制RANKL與RANK結合減少骨吸收，這更彰顯了祖國醫學的美好前景，為中醫藥事業的發展提供了現代科學的支持。

2.2 巨噬細胞集落刺激因子(MCSF) MCSF可由骨微環境中的多種細胞產生，以旁分泌的方式作用于破骨細胞，引起破骨細胞內分化相關基因表達水平升高，破骨活動增強。此外，MCSF還可通過RANKL途徑間接促進成熟破骨細胞的形成。MCSF家族的生長因子受體結合蛋白2(Grb2)、細胞外調節蛋白激酶(ERK)等也能產生類似效應。

2.3 骨保護素(OPG) OPG主要表達于成骨細胞表面，通過競爭性抑制RANKL與RANK結合抑制破骨細胞的激活。Weitzmann等的研究發現，OPG主要作用于破骨細胞分化過程的末段，不但抑制分化，而且抑制成熟成骨細胞的存活及其骨吸收活性[8]。

2.4 其他 前列腺素(PGs)、轉移生長因子(TGF-β)、干擾素(INF)、胰島素樣生長因子(IGF)也與破骨細胞的激活有關。

3 激素對破骨細胞活性的調節

3.1 直接作用于骨吸收的激素

3.1.1 雌激素。從絕經期婦女骨密度曲線的迅速下降這一現象不難推測，雌激素在抑制骨吸收方面有重要作用，科學研究也確實證明缺乏雌激素的各種形式的性腺機能減退可導致骨質疏松。雌激素分泌減少可使松質骨組織孔眼內脂肪細胞增生，成骨細胞減少，破骨細胞增加，骨鈣素分泌下降。人體內的DNA結合雌激素受體(ER)有兩種形式：ERα和ERβ，這兩種類型的ER在骨組織都有表達，破骨細胞上以ERα為主。雌激素作用于破骨細胞的ERα，刺激OPG表達，并抑制激活破骨細胞相關細胞因子的表達，走RANKL信號通路，最終使破骨細胞生成速率降低。Fujiwara等[9]的研究表明：選擇性雌激素受體調節劑(雷諾昔芬)和人工雌激素等抑制骨吸收，治療骨質疏松，并同時可緩解絕經期婦女的更年期癥狀，但相比后者，前者可靶向作用于破骨細胞的ERα，從而避免了子宮內膜增生、子宮內膜癌和乳癌等不良反應，更凸顯出靶向藥“精準無誤”的優勢所在。

3.1.2 降鈣素。由甲狀腺濾泡上皮細胞分泌的降鈣素主要作用是降血鈣，這一效應的實現與抑制骨吸收相關。降鈣素與破骨細胞上的受體結合，抑制鈉鉀泵工作，微管活動受限，破骨細胞不能錨定于骨面工作。降鈣素在治療骨質疏松時短期療效明顯，長期療效欠佳。

3.2 間接作用于骨吸收的激素

3.2.1 甲狀旁腺激素(PTH)。PTH可使破骨細胞內的空泡增加，促進破骨細胞內溶酶體酶的產生和酸性物質的合成，有利于破骨，PTH還可通過AC-cAMP途徑增強破骨細胞的破骨功能，PTH只有作用于與成骨細胞共同培養的破骨細胞，這一效應才能出現，證實PTH是間接作用于破骨細胞的激素。臨床上人工合成的PTH類似物特立帕肽正是通過這一機制治療骨質疏松的。

3.2.2 糖皮質激素。 糖皮質激素以其強大的抗炎和免疫抑制作用廣泛應用于許多疾病的治療，但是長期大劑量應用糖皮質激素的一大不良反應就是骨質疏松，甚至股骨頭壞死，因此糖皮質激素促進骨吸收的作用是顯而易見的。其機制是通過抑制骨基質中某些蛋白的合成，降低其功能活性以及增強RANKL和降低OPG的活性，因此骨質疏松的患者禁用糖皮質激素。破骨活動中產生的某些代謝中間產物和分化調節因子可以用作反映破骨細胞活性的生化指標，臨床上可以通過定量檢測其含量來指導骨質疏松的診斷和療效判定。如：Ⅰ型膠原交聯C末端肽(CTX)及Ⅰ型膠原交聯N末端肽(NTX)，脫氧吡啶酚/吡啶酚(DYD/PYD)，血清抗酒石酸酸性磷酸酶(TRACP)和組織蛋白酶K(CatK)等。以CatK為例，CatK是溶骨作用最強大的酶，針對其發展處理組織蛋白酶抑制劑作為抗骨質疏松的藥物，即將通過臨床實驗，投入臨床[10]。占允中等[11]在對骨質疏松性椎體骨折患者血清分析中發現，破骨細胞生成抑制或促進因子水平與骨質疏松程度相關性大，與骨折程度相關性不大，印證了這些物質作為預測骨質疏松程度的指標的合理性。

4 破骨細胞活性調節的信號通路

骨吸收過程中涉及到的主要信號通路：首當其沖是OPG/RANKL/RANK信號通路，它是與破骨細胞活性密切相關的關鍵性通路，其中可用于設計靶向藥物的位點前已述及，不再贅述；其次是絲裂原活化激酶信號通路(MAPK信號通路)，該族通路主要包括細胞外調節蛋白激酶(ERK)信號轉導通路，Jun氨基端激酶(JNK)信號轉導通路，ERK5/大絲裂素活化蛋白激酶轉導通路和p38轉導通路，激活該族通路的共同效應是抑制骨吸收，阻止破骨細胞的分化活動。

此外還有Wnt/β-catenin信號通路，BMPs信號通路，PPAR-γ信號通路等，各通路之間密切相關，作用協同，共同實現骨代謝這一相互耦聯相互制約的骨轉換過程，現已針對多條通路研制靶向藥。

5 腸道正常菌群對破骨細胞活性的調節

近年來的科學研究發現腸道菌群的生理作用遠不止在腸道內發揮作用，而是全身性的調節作用，其作用體現在方方面面，如維持消化道黏膜的屏障作用，人體必需微量元素和維生素的供應，甚至是情緒性格等精神活動都與之有關。陳劍等[12]人總結前人研究發現，益生菌可能與骨質疏松相關：其中一些機制以調節破骨細胞活性為基礎，如L.reuteri(羅伊氏乳桿菌)可以顯著減少骨質疏松模型小鼠的骨量流失，表現為骨吸收生化標志物TRACP5、RANKL、破骨細胞和骨髓CD4陽性T淋巴細胞減少，也可直接作用抑制破骨。

腸道益生菌對于骨質疏松的治療遠不止調節破骨，還包括調節破骨相關炎癥因子水平，從分子水平調節相關基因表達，激活或失活信號通路，影響鈣磷吸收來緩解骨質疏松的發展。應用益生菌防治骨質疏松是一個大膽的創新，菌種菌屬如何選擇，適用人群以及防止菌群失調和機會感染等方面都是將來值得研究的方向。

6 總結與展望

骨質疏松常在不知不覺中發生，年齡越大進展越快，保護中老年人骨健康重在預防。骨質疏松本質是對骨骼結構和骨強度低狀態的一種描述，其危害則主要在于身體各部位耐負荷能力降低，引發骨折，骨折后難以正常愈合，影響患者的生活質量。骨質疏松患者骨小梁體積、數目及表面密度降低，骨小梁分離甚至穿孔，髓腔間隙增寬，網狀結構中斷[13]，具體到椎體這一好發部位通常表現為水平骨小梁吸收，垂直骨小梁代償性肥大，繼而椎體在各方向上的耐負荷性變差，影像學表現為椎體骨低密度影，網格狀陰影消失，易壓縮骨折。骨質疏松的發病機制是多方面多因素的，目前尚未完全研究清楚，具體在骨代謝方面，如何抑制破骨細胞活性是防治骨質疏松的關鍵。本文在查閱大量國內外近期文獻后，將破骨細胞活性調節分四大塊闡釋：激素、分化相關細胞因子、益生菌及其發揮作用的信號通路，并分別舉例相應的靶向藥分析利弊，充分體現了破骨細胞靶向治療骨質疏松的精確性和優越性。目前國內外許多學者正圍繞破骨細胞進行研究，發現很多因素都能激活破骨細胞，如高糖高脂，而破骨細胞作為單核—吞噬細胞系的一員，它還有許多同源細胞，分布于全身各個組織，如Langerhans細胞、Kupffer細胞，未來有可能從這些細胞中發現更多破骨細胞隱藏的奧秘。