骨質疏松發病機制及治療藥物研究進展

羅麗梅 李杰 楊帆 吳翔宇 胥秀英 鄭一敏*

1.重慶理工大學藥學與生物工程學院，重慶 400054 2.西南藥業股份有限公司，重慶 400038

骨質疏松(osteoporosis，OP)是以骨量減少，骨密度降低易發生骨折為特征的全身性代謝性骨病[1]。全世界OP患者超過2億，發病率超過25%，位居常見病和多發病第6位。我國 OP發病率50歲以下人群為15%～50%，60歲以上老年人為56%[2]。OP臨床表現為骨痛和脆性骨折，患者生活質量降低，甚至導致癱瘓，成為嚴重影響中老年人群健康的慢病之一。

OP分為原發性、繼發性和特發性三類，以原發性OP最常見。煙酒過量，長期服用激素類藥物是引起OP的主要原因。OP藥物包括抑制骨吸收藥、促進骨形成藥等。本文在OP發病機制的基礎上對OP治療藥物進行綜述。

1 OP發病機制

1.1細胞水平

骨細胞、成骨細胞(osteoblast，OB)和破骨細胞(osteoclast，OC)凋亡與OP有密切關系。雌激素下降導致骨細胞凋亡，促進OP發生。OB的凋亡可能與Fas/Fas-L系統有關，TNF-α和IL-1促進OB的凋亡，OB的異常凋亡可能是骨質疏松的發病機制之一[3]。IL-1和M-CSF通過抑制破骨細胞caspases激活NF-κB促進破骨細胞增殖，導致骨吸收形成負平衡狀態和OP的發生[4]。

1.2信號通路水平

1.2.1OPG/RANK/RANKL通路

骨保護素/核因子-κB受體活化因子/核因子-κB受體活化因子配體信號通路(圖1)，是調節骨重建過程中破骨細胞功能的重要通路[5]。

OC是造血干細胞多核細胞在RANKL的介導下形成的[6]。OB由間充質細胞分化而成。RANK來自TNF受體超家族的I型糖蛋白，表達于OC表面，介導OC的發育和成熟。OPG是OC分化和活化的有效抑制劑，通過螯合RANKL阻斷其與RANK的結合，抑制OC的形成[7]。間充質細胞產生的M-CSF是OC祖細胞增殖和分化的絕對要求，在M-CSF存在下，RANKL誘導脾細胞和單核細胞形成OC[8]。腫瘤壞死因子受體相關因子(TNF receptor associated factor，TRAFs)是誘導OC分化的關鍵，TRAFs與RANK胞內區結合激活該通路。

RANK與OB表面RANKL的結合是OPG/RANK/RANKL信號通路的第一步，在TRAF6的作用下啟動下游信號通路。RANKL與受體RANK結合誘導TRAF的激活和累積[9]，TRAFs與RANK的胞質結構域結合，激活下游NF-κB、MAPK、PI3K/Akt、CN/NFAT通路，引起一系列的細胞生物學效應。

圖1 OPG/RANK/RANKL信號通路Fig.1 OPG/RANK/RANKL signaling pathway

1.2.2Wnt/β-catenin通路

Wnt/β-catenin通路(圖2)在骨重建、細胞的生長、發育、凋亡等方面發揮著重要作用。抑制劑SOST(硬化蛋白)、Krm(跨膜蛋白)、Dickkopfs與Wnt競爭性結合由OC分泌的LRP5/6。OB表達的WIF(Wnt抑制因子)、sFRP(分泌型卷曲相關蛋白)與Wnt結合，阻斷Wnt、LRP5/6和Frizzled復合物的形成[10-11]。

Wnt是該信號通路的關鍵啟動因子。缺乏Wnt時，β-catenin在AXIN(支架蛋白)、APC(腸腺瘤息肉蛋白)、CK、GSK(糖原合酶激酶)復合物的作用下被磷酸化，最后被β-TRCP(泛素蛋白酶體)降解[12-13]。當Wnt存在時，LRP5/6、Wnt和Frizzled形成的復合物將GSK從磷酸化β-catenin轉移至LRP5/6，有助β-catenin的穩定性。β-catenin進入胞核后，與TCF/LEF相互作用促進靶基因表達，刺激OB形成。綁定在β-catenin C端的核內蛋白Chibby通過抑制β-catenin和TCF/LEF相互作用，拮抗Wnt/β-catenin通路。

圖2 Wnt/β-catenin信號通路Fig.2 Wnt/β-catenin signaling pathway

1.3基因多態性

目前已發現并報道了大量與發生OP危險的相關候選基因。維生素D受體基因(VDR)位于12q13-14，有FokI、BsmI等酶切位點多態性，研究發現FokI多態性與BMD降低相關[14]，被認為是調控骨量的候選基因之一。雌激素受體(ER)主要有ERα和ERβ亞型，僅與腰椎BMD相關[15]。I型膠原(COL1)是骨基質的重要構成成分，G-T突變導致膠原合成受阻，影響BMD合成引起OP[16]。降鈣素受體(CTR)位于人類7號染色體，基因多態性位于核苷酸序列1 377 bp，該位點上C-T突變是影響CTR與配體結合及其信號通路的主要原因。但大多數候選基因仍還處在篩選確認階段，研究結果也不完全一致。

2 臨床現有藥物

2.1雌激素類

骨組織中存在雌激素受體(ER)[17-18]。聯合使用共軛馬雌激素(圖3)與醋酸甲羥孕酮(圖3)可改善BMD并預防OP性骨折[19]。戊酸雌二醇聯合阿侖膦酸鈉能顯著改善絕經后骨質疏松[20]，但長期服用雌激素將增加女性患乳腺癌風險[17]。

圖3 各類抗骨質疏松藥物Fig.3 Various types of anti-osteoporosis drugs

2.2降鈣素

降鈣素(圖4)是甲狀腺濾泡旁細胞分泌的單鏈多肽。研究表明鮭魚降鈣素聯合鈣劑能抑制骨吸收，改善骨密度[21]。降鈣素基因相關肽(圖5)參與骨生長及修復[22]。少數患者使用降鈣素后會出現不良反應[23]。

圖4 降鈣素Fig.4 Calcitonin

圖5 降鈣素基因相關肽Fig.5 Calcitonin gene-related peptide (CGRP)

2.3雙膦酸鹽類

雙膦酸鹽類藥物(表1)是沒有禁忌癥的老年OP的首選藥物，可減少骨痛和骨折發生[24]。以P-C-P基團取代焦磷酸鹽結構中P-O-P基團，使雙膦酸鹽保持穩定。研究表明女性服用阿侖膦酸鈉(圖3)后OP有明顯好轉，但唑來膦酸(圖3)作為新一代的雙膦酸鹽類藥物注射后有發熱等不良反應[25-27]。

2.4鈣劑和維生素類

維生素D是一種類固醇激素，主要包括VD2(圖3)和VD3(圖3)。鈣是骨形成所必需的元素，VD和鈣劑是兩種不同的物質，兩者單獨使用不能抗OP。腎功能不全患者可選擇VK2維持骨健康。長期服用鈣劑和維生素[28]易致高鈣血癥、尿路結石[29]等。

表1各代雙膦酸鹽類藥物名稱及結構式

Table1The name and structure of each generation of bisphosphonate drugs

藥物名稱代數化學式依替膦酸鈉第1代C2H6Na2O7P2氯屈膦酸鈉第1代CH2Cl2Na2O6P2帕米膦酸鈉第2代C7H9ClO6P2S阿侖膦酸鈉第2代C4H12NNa2O7P2.3H2O利塞膦酸鈉第3代C7H10NNaO7P2.2.5H2O唑來膦酸鈉第3代C5H10N2O7P2.H2O

2.5甲狀旁腺素(PTH)

PTH是甲狀旁腺主細胞分泌的單鏈多肽，調節脊椎動物體內鈣磷代謝。PTH通過增加DNA修復，抑制OB凋亡[30]。間斷使用可刺激骨形成，但長期使用易致骨吸收增強，骨量丟失。

2.6鍶鹽

鍶鹽具有促進骨形成和抑制骨吸收的雙向作用[31]。研究發現，雷奈酸鍶組出現骨折的風險較安慰劑組低20%[32]，但長期使用會增加絕經后婦女心肌梗死的風險[33]，其臨床價值需進一步研究。

2.7雷諾昔芬

雷諾昔芬是第一個被美國FDA批準用于絕經后OP的選擇性雌激素受體調節劑，不增加子宮內膜癌的危險[34]。臨床試驗表明患者在使用雷諾昔芬后骨折發生率減少[35]。但面部潮紅和血栓栓塞等不良反應[36]影響了該藥的推廣應用。

2.8氟化物

含氟較高的地區OP發生率低[37]。氟對OB的增殖和分化有雙向調節作用，高濃度抑制OB導致骨軟化??；低濃度促進骨形成降低骨折發生。氟化物用于OP療效不明顯，需進一步研究。

2.9中藥

《中國老年骨質疏松癥診療指南》[39]推薦龍牡壯骨顆粒、仙靈骨葆膠囊和強骨膠囊等用于骨質疏松的治療，臨床上有一定效果。植物雌激素木質素類、異黃酮類和白藜蘆醇等可直接抑制骨吸收、促進骨形成[38]，對絕經后婦女骨質疏松發揮著有益作用，是值得關注研究方向[39]。

3 臨床研究中的藥物

3.1RANKL抑制劑

研究表明注射RANK競爭性抑制劑OPG能減少骨轉換，呈劑量依賴性地抑制骨吸收，因此OPG作為一種有效的抗骨吸收劑具有廣泛的應用前景。在3期臨床研究中，RANKL抑制劑Denosumab與安慰劑相比顯著減少椎骨與髖部骨折[40]。

3.2Src激酶抑制劑

Saracatinib是一種選擇性Src激酶抑制劑，對孕激素受體陰性和轉移性乳腺癌患者的治療沒有顯著的單藥活性[41]。在劑量耐受下顯著減少健康男性的骨吸收[42]。

3.3組織蛋白酶K抑制劑

組織蛋白酶K(Cathepsin K)是表達于OC中的半胱氨酸蛋白酶。Odanacatib可逆性地抑制Cathepsin K并迅速降低骨吸收。ONO-5334是人工合成的Cathepsin K抑制劑，可增加患者骨密度，但未對其臨床安全性進行評價[43]，需進一步完善。

3.4Dickkopf-1抗體

Dickkopf-1橋接LRP5/6和跨膜蛋白Krm，觸發細胞表面LRP5/6的內化和消耗，阻斷經典Wnt信號傳導。研究表明DKK-1抗體的抑制作用阻止溶骨性病變的發生，增加骨形成[43]。長期使用Wnt抑制劑需對骨骼安全進行監測。

3.5硬化蛋白抗體

骨硬化蛋白(sost)是一種骨細胞分泌蛋白。在一項隨機雙盲的實驗中，健康男性和絕經婦女服用sost單克隆抗體AMG785后，骨形成標志物呈劑量相關性增加[44]。但sost作為一種外源性抗體易加重免疫系統紊亂患者的病情。

4 結語和展望

OP患病人數在逐年增加，雷諾昔芬是治療絕經后婦女OP的較好選擇；腕部骨折患者首選甲狀旁腺素；骨痛患者可選擇降鈣素，并聯合使用基礎藥物鈣劑、維生素D和維生素K。臨床用于治療OP的藥物種類繁多，目前沒有根治藥物，篩選安全有效的抗OP藥物已是當務之急，基于細胞信號通路和基因水平調控篩選安全有效治療OP的新藥是今后努力方向。