降鈣素對骨關節炎關節軟骨及軟骨下骨作用的研究進展

連強強，張柳

(1.華北理工大學，河北 唐山；2.國家礦山醫療救助中心應急總醫院，北京）

0 引言

骨關節炎(Osteoarthritis，OA)是一種諸多因素引起的關節軟骨退化損傷、關節邊緣和軟骨下骨反應性增生，臨床表現以疼痛、僵硬、活動受限為主的退行性關節疾病。最近報道顯示OA 影響超過10%的成年人。是中老年人致殘的主要病因之一[1-3]。OA的病理變化包括多種表現，例如關節軟骨破壞，滑膜增生，骨贅形成和軟骨下骨硬化，而且軟骨細胞的細胞外基質（Extracellular matrix , ECM）的合成和降解之間的不平衡在關節軟骨的功能性消化和破壞中起重要作用，這進一步導致OA[4]。此外，OA 患者通常表現出不同的癥狀，并且對臨床干預的反應不同，這表明OA 是一種異質性疾病，需要提供更高精度的治療方法[5,6]。軟骨下骨代謝的變化是OA 疾病過程中不可分割的一部分，這些變化不僅是繼發性的表現，而且是該疾病更為活躍的組成的一部分[7]，整體調節軟骨和軟骨下骨的代謝是治療OA 的重要手段。

降鈣素(Calcitonin，CT)是由甲狀腺濾泡旁細胞分泌的一種天然多肽激素[8]，在40 多年前被發現，是人體調節骨鈣代謝的重要內源性激素，具有強大的抗骨吸收能力，是目前臨床上治療骨質疏松的常用藥物[9]，研究發現CT 也可以影響軟骨代謝，并且對OA的預防及延緩起作用[10]。

1 CT 對OA 關節軟骨和軟骨細胞的作用

OA 早期關節軟骨表面膠原退變，出現缺損及糜爛，并伴隨軟骨ECM 的降解。軟骨細胞是軟骨的唯一細胞成分，并且在調節ECM 的穩態中具有非常重要的作用。軟骨的ECM 主要由聚集蛋白聚糖（Aggrecan，AGG）、II 型膠原（Collagen typeII，COLII）等組成，賦予運動期間關節面的拉伸強度和抗壓性。在生理條件下，軟骨細胞在ECM 的合成和重塑之間起保持平衡作用，通過調節膠原降解酶的活性，例如ADAMT、基質金屬蛋白酶（matrix met alloproteinases, MMP）,進而影響AGG 以及COLII 等的合成代謝。在OA 中，合成代謝和分解代謝之間的失衡加重了基質的降解。促炎分子，如白介素-1（Interleukin 1，IL-1），有助于這些現象發生并促進軟骨細胞凋亡，并最終導致OA 中的軟骨破壞[11]。Sondergaard 等[12]人通過應用免疫組織化學染色證明在牛的軟骨和人的軟骨中表達降鈣素受體(Calcitonin receptor，CTR)，同時采用逆轉錄聚合酶鏈反應檢測到關節軟骨細胞中CTR mRNA的表達。Jian Li 等[13]在大鼠前交叉韌帶切除(Anterior cruciate ligament transection，ACLT)和內側半月板切除的OA 模型中，CT治療組軟骨磨損較單純手術組減輕，組織學染色顯示CT 治療組OA 的癥狀明顯減輕，CT 治療組術后所有的平均Mankin 評分均低于單純手術組，PCR 結果表明CT 治療組可以減少ColII 的降解并且CT 治療組大鼠早期Tlr2、Tlr3、Tlr4 的mRNA 水平均低于單純手術組。Wale J 等[14]人在單碘乙酸鈉誘導的雄性Wistar大鼠膝關節OA 模型中，CT 可以顯著降低膠原蛋白2 型α-1、丙二醛、尿酸和白細胞介素- 6 的釋放并延緩OA 的進展。Greco K等[11]應用10-10至10-8M 梯度濃度的CT 體外干預高密度微球培養的C-28/I2細胞株和原代人關節軟骨細胞發現軟骨表型標志物SOX9、COL2A1 及Agg 顯著上調，而分解代謝標志物MMP1、MMP13 和ADAMTS5 的mRNA 表達水平在靜息和炎癥狀態下均下調。表明CT 可以使軟骨細胞COLLII 和AGG 的表達增加。而且軟骨細胞Tunel 染色證明CT 可以抵消IL-1β 的促凋亡作用。Mero A 等[15]人證明了CT 可以減輕家兔ACLT 術后股骨外側髁和脛骨平臺軟骨的侵蝕，并且給藥組較造模組相比病理學Mankin評分顯著降低。Sondergaard 等[12]人在牛的軟骨外植體中加入腫瘤壞死因子-α 和抑癌蛋白M 的模型中，通過測定Ⅱ型膠原羧基端肽(Carboxy terminal telopeptide of collagen type II,CTX-II)在條件培養基中的釋放量，評價CT 對軟骨降解的影響。這些外植體中Col II 的降解受到CT 濃度依賴性的抑制，在10nM CT 作用下有65%的抑制作用。腫瘤壞死因子-α 和抑癌蛋白M 誘導MMP 活性顯著增加，而CT 對MMP 活性有較強的抑制作用。并且CT 濃度依賴性地增加了分離軟骨細胞的環磷酸腺苷（Cyclic adenosine monophosphate,cAMP）水平。在體內實驗中，鮭魚降鈣素（Salmon calcitonin,sCT）顯著降低雙側卵巢切除術模型大鼠的CTX-II 水平。Wen Z H 等[16]人對Wistar 大鼠右側膝關節行ACLT 誘導OA的模型中，皮下注射CT 延緩了OA 的進展，同時減少傷害感受，此外，CT 增加了軟骨細胞中轉化生長因子β1（Transforming growth factor-β1, TGF-β1）的表達。因此以上實驗表明CT 能減緩軟骨基質的丟失，降低炎性反應，并且促進關節軟骨細胞產生COLII、AGG、cAMP、TGF-β1，降低關節炎軟骨細胞膠原降解酶活性以及Tlr2、Tlr3、Tlr4 的表達。

2 CT 對OA 軟骨下骨的作用

在OA 的發生發展過程中，軟骨下骨由于破骨細胞、成骨細胞代謝的改變而發生大量的動態形態學改變，這是病理過程的一部分。最重要的是，骨關節炎軟骨下骨重建從早期骨吸收增加轉變為后期的骨增生，進而導致該組織硬化。在自發性OA 的靈長類動物模型中，骨樣體積的增加往往比軟骨改變更為嚴重。此外，在該動物模型中，軟骨損傷的嚴重程度通常僅在晚期OA 中超過軟骨下骨的變化程度[7]。在ACLT 家兔模型中，從術后1-8 周，或第8-16 周給予CT 治療。結果表明CT 治療組軟骨光滑，很少或沒有潰瘍，骨贅更小，CT 抑制軟骨下囊腫，降低了軟骨下骨的骨吸收。研究人員認為CT 在OA 的預防和治療階段都有作用[17]。

El Hajjaji H 等[18]在狗的ACLT 模型的研究也表明，給予皮下注射CT 治療，可在術后4 個月減緩OA 軟骨的降解、軟骨下骨的改變以及降低骨吸收血清標志物水平。關節的透明軟骨缺乏血管，其完整性在很大程度上取決于軟骨下骨的狀態。KyrkosM 等[19]在兔ACLT、內側副韌帶切除誘導的OA 模型中，CT 治療可以延緩OA 的進展，CT 治療組較安慰劑組關節的影像學評分顯著降低，影像學評分越高，OA 越嚴重，表現為關節間隙縮小、骨贅、骨囊腫、軟骨下硬化等的加重。Sondergaard 等[8]人在轉基因過表達CT 的小鼠部分半月板切除的OA 模型中發現與野生小鼠相比，過表達CT 的小鼠6 個月后骨體積分數（BV / TV）增加150%，12 個月后增加300%，并且可以保護軟骨不被侵蝕。這些數據表明，增加CT 的水平可能會延緩OA 的發病。Cheng T 等[20]人在ACLT誘導的大鼠OA 模型中，CT 治療組與生理鹽水治療組相比，OA 表現明顯減輕，軟骨下骨結構和動態參數均有明顯改善，骨密度顯著增高，BV/TV 顯著增加，骨吸收率顯著降低。Gou Y 等[21]在大鼠腰椎注射II 型膠原酶誘導的骨關節炎模型中，CT 治療組顯著改善軟骨損傷，據微型計算機斷層掃描（microCT）分析， CT 顯著改善了軟骨下骨的微結構參數和microCT 評分; 并抑制關節突肥大。以上實驗結果提示降鈣素可能通過影響軟骨下骨合成代謝，抑制其骨量丟失，從而延緩OA 軟骨退變。

3 CT 在臨床的應用

Esenyel M 等[22]人對220 名膝關節疼痛和膝關節OA 患者進行進行CT 治療。結果表明西安大略大學和麥克馬斯特大學的骨關節炎指數(WOMAC)中疼痛、僵硬、功能、及總的WOMAC 評分與基線相比在治療3 個月后均有顯著的改善，且在整個治療期間保持一致。參與者在接受CT 治療1 年后，患者對疼痛、關節僵硬和身體功能受限的感知顯著降低。在1 年的治療期結束時，搶救鎮痛藥物的攝入量大約減少了60%，CT 治療對骨質疏松癥和OA具有雙重作用，顯著改善患者生活質量，并可改善膝關節OA 的預后。Bagger YZ 等[23]對152 名絕經婦女進行對照研究。受試者接受口服不同劑量含有Eligen 遞送系統的sCT 的治療3 個月，軟骨保護作用通過校正的尿排泄CTX-II 的變化來評估，結果表明與安慰劑組相比，口服CT 治療后尿CTX-II 的排泄量呈現劑量依賴性降低，并且軟骨代謝率最高的女性在接受口服1.0 mg CT 治療3 個月后尿CTX-II 降低最多，這表明CT 對有最高基線軟骨轉換水平的女性患者具有最大程度的保護。含有Eligen 遞送系統的CT 口服制劑已進入治療OA 的3 期臨床試驗。在2011 年美國風濕病學會會議上發表的摘要中，一項為期2 年涉及1169 例膝關節OA 疼痛患者的3 期臨床試驗中，每日兩次口服劑量為0.8mg的CT24 個月后，較安慰劑組顯著減輕患者疼痛和僵硬感受，改善身體機能，減緩軟骨丟失，特別是在脛骨內側平臺[24]。Armagan O等[25]人對50 名膝OA 患者隨機分為兩組，第1 組進行鼻噴CT 和家庭鍛煉治療，第2 組進行家庭鍛煉治療，第1 組中與基線相比血清一氧化氮和尿CTX-II 水平顯著降低并且顯著改善股骨內側髁區域OA 表現，患者的疼痛感受、身體功能評分、20 米步行時間和僵硬評分均觀察到顯著改善。

4 結論與展望

CT 對軟骨和軟骨下骨均有保護作用，CT 對軟骨的抗分解代謝作用可能包括誘導cAMP 表達增加，導致MMP 介導的軟骨降解的衰減以及增加軟骨細胞TGF-β1 的表達，并且減少軟骨下骨的骨丟失進而保護軟骨，改善OA 患者的預后及生活質量。目前軟骨保護劑的可用性有限。因此，CT 的進一步研究可能為OA 的藥物治療提供新的幫助。