內源性大麻素系統與骨代謝

丁 鼎，王柏翔，周 益

大麻素(cannabinoids)是一組特異性化合物，包括植物大麻素、內源性大麻素，以及具有相似化學結構的人工合成大麻素。內源性大麻素、大麻素受體、以及負責其合成和降解的酶，構成了內源性大麻素系統(endocannabinoid system, ECS)。

近幾十年來，內源性大麻素系統作為一種潛在的治療靶點，引起了廣泛的關注[1]。內分泌系統[2]、神經系統[3]、免疫系統[4]的生理過程中均有內源性大麻素系統的參與。在哺乳動物中，它被認為是多種生理過程的調控者，包括炎癥、疼痛、食欲、情緒等[5]。在骨組織方面，Idris等[6]首次證實了內源性大麻素系統參與了骨代謝的過程，此后，越來越多的證據表明，內源性大麻素系統可以影響成骨細胞和破骨細胞活性，從而影響骨代謝和骨骼重塑的過程。本文將對內源性大麻素系統在調節骨代謝中的作用進行描述，并探討通過內源性大麻素系統調節骨重塑的可能性。

1 大麻素受體

大麻素受體主要包括大麻素Ⅰ型受體(CB-1受體)、大麻素Ⅱ型受體(CB-2受體)、瞬時感受器電位香草酸受體1 (transient receptor potential vanilloid 1, TRPV1)、瞬時感受器電位香草酸受體4 (transient receptor potential vanilloid 1, TRPV4)、G蛋白偶聯受體(G protein-coupled receptor, GPR)、GPR119等。其中CB-1受體和CB-2受體是最重要的兩種受體，均為G蛋白偶聯受體[7]。

CB-1受體主要位于中樞與外周神經系統中[8]，在骨骼中CB-1受體的表達水平非常低[6]。Idris等[6]的早期研究顯示，敲除Cnr1(CB-1受體編碼基因)的成年雌性ABH小鼠和 CD1小鼠均具有較高的峰值骨量；與正常小鼠相比，Cnr1基因敲除小鼠因卵巢切除術引起的骨量丟失有所減少，同時在脛骨干骺端的骨小梁體積明顯增加。與之相反，Tam等[9]的研究表明敲除Cnr1基因的雌性小鼠近交到C57BL/6時，具有較低的峰值骨量。Idris等[10]在后續的研究中也證實了Tam的結果，并表示，CB-1選擇性拮抗劑AM251可以通過濃度依賴的方式顯著抑制RANKL和M-CSF刺激下的小鼠骨髓培養物中破骨細胞的形成，而大麻素受體激動劑則以濃度依賴性方式刺激破骨細胞形成。Samir等[11]將CB-1受體拮抗劑應用于骨質疏松大鼠時發現，年幼大鼠的骨質疏松癥狀得到了緩解，年老大鼠卻加劇了骨質喪失。這項結果提示CB-1受體對于骨代謝的調控可能與年齡相關。除了對骨骼的直接影響外，CB-1受體可作用于交感神經末梢，抑制去甲腎上腺素的生成，導致成骨細胞β2-腎上腺素能受體活性被抑制，促進了成骨細胞的活性及分化，從而間接促進了骨代謝[12]。在輕度顱腦損傷后，CB-1受體也可介導骨合成代謝反應[13]。總之，CB-1受體在骨代謝的過程中直接或間接地起到調控作用，但對于其具體調控機制尚未有統一結論。根據現有的研究可以認為，骨骼發育的早期缺乏CB-1受體的動物會增加骨骼體積，但隨著年齡增長則可能出現骨質疏松癥狀[14]。

與CB-1受體相比， CB-2受體在骨細胞及其前體細胞中的含量更高，并且在維持骨吸收與骨形成之間的平衡中起著重要作用[15]。CB-2受體在骨形成階段有著更高的表達[14]。研究報道，敲除Cnr2(CB-2受體編碼基因)的小鼠隨著年齡增長，骨形成減少，骨量降低[16]。在CB-2受體的介導下，大麻素能夠增加斑馬魚鱗片中與骨組織合成相關的標志物，而不影響破骨細胞分化或代謝的標志物；同時，大麻素能夠減輕因糖皮質激素使用造成的骨質流失[17]。在人牙周細胞中，Cnr2活性化可使成骨基因轉錄增加、RANKL基因表達降低，從而增強人牙周細胞的成骨分化，創造有利的成骨微環境[18-19]。激活CB-2受體可上調多種成骨因子的表達，包括RUNX2、骨唾液蛋白(BSP)、骨橋蛋白(OPN)、堿性磷酸酶(ALP)和骨鈣蛋白(OC)等，因此CB-2受體活性對成骨細胞增殖和功能的積極作用已被普遍接受[20]。Xu等的研究指出，在自噬作用和Nrf2失活的參與下，Cnr2可誘導成骨細胞的分化[21]。CB-2信號對破骨細胞直接作用的研究卻取得了矛盾的結果：一些研究得出結論，CB-2信號促進了破骨細胞的分化[6,22]；另一些證據表明，CB-2信號抑制了破骨細胞的形成[23-24]。有學者認為上述矛盾是實驗條件不同所致，例如所使用的化合物種類及濃度不同，均有可能導致結果差異[20]。

有研究評估了同時敲除Cnr1與Cnr2對小鼠從出生到老年的骨骼發育的影響，并研究了切除卵巢的雌性小鼠的骨質疏松情況。結果發現與野生型相比，Cnr1/2-/-小鼠出生時的骨吸收加快，而培育至3個月齡時，它們的骨小梁質量更高。盡管Cnr1/2-/-小鼠骨骼形成減少，但同時破骨細胞缺陷也導致骨吸收量減少，且減少程度超過了骨形成的減少，隨著年齡增長，Cnr1/2-/-小鼠骨骼的質與量反而優于野生型小鼠。與之相反的，僅敲除單一基因的小鼠由于成骨細胞缺陷，老年時骨量低于野生型小鼠。因此CB-1和CB-2受體在調節破骨細胞和成骨細胞活性方面具有相似但非完全相同的作用[25]。

TRPV1屬于鈣離子通道的亞家族，構成內腔靜脈系統[26]，它是一種傷害感受器，主要在軀體和自主神經傳入神經元的感覺神經纖維上表達[27]。與CB-2相反，TRPV1受體激活將會激活破骨細胞并抑制成骨細胞的活性[28-29]。TRPV1的缺失或抑制將影響破骨細胞和成骨細胞的分化，進而影響骨重塑過程，不利于成骨及骨折愈合[30-31]。

除CB-1、CB-2、TRPV1受體外，其他內源性大麻素受體如GPR55、GPR119和TRPV4也參與調控成骨細胞及破骨細胞活性，影響骨代謝[32-34]。而其在骨代謝中的重要性仍待進一步研究[20]。

2 內源性大麻素

內源性大麻素主要包括花生四烯酸氨基乙醇(anandamide，AEA)和2-花生四烯酰甘油(2-arachidonoylglycerol，2-AG)[35]。AEA和2-AG存在于骨髓中以及代謝活躍的骨小梁腔內，其水平與大腦相同[36]。成骨細胞和破骨細胞均可在培養物中產生AEA和2-AG[37-38]。

AEA是最早發現的內源性大麻素配體。在體外試驗中，使用AEA對人類成骨細胞以及破骨細胞進行干預，發現AEA會抑制早期成骨細胞的增殖，但對其分化有促進作用，進而提升了礦化能力；AEA對晚期成骨細胞分化則產生負面影響，AEA長期作用將抑制成骨細胞形成鈣鹽的能力[39]。對于破骨細胞，AEA能夠促進其極化與活性[37,40]。在斑馬魚模型中，AEA干預下可發現堿性磷酸酶的活性顯著提高[17]。

關于2-AG，研究已證實在較低濃度下可刺激成骨細胞的形成和活性[14,41]。一些研究表明2-AG的作用與AEA相似，2-AG對人成骨細胞分化的影響具有時間依賴性。在骨基質礦化初期具有積極作用，長期作用下則可能導致骨骼結構不良[14,39]。2-AG也可增加破骨細胞的活性[40]。內源性大麻素對成骨細胞和破骨細胞的影響取決于劑量和時間。此外，內源性大麻素是骨細胞產生的重要因子，可在生理和病理情況下控制其自身系統的穩態[20]。

3 大麻素受體激動劑/拮抗劑

已有研究發現了部分對大麻素受體起作用的藥物，這些藥物可以激活或抑制大麻素受體。

Jiang等發現中央脂聯素(APN)可以通過CB-1受體影響內源性大麻素信號，進而調節骨代謝。而注射CB-1受體激動劑花生四烯酰-2-氯乙胺(ACEA)可減弱APN對骨形成的誘導作用；注射CB-1受體拮抗劑利莫那班則增強了APN對骨形成的誘導作用[42]。此外，CB-1受體拮抗劑利莫那班可減輕慢性間歇性缺氧引起的骨代謝異常[43]。在卵巢切除動物模型中，CB-1選擇性反向激動劑AM251可抑制破骨細胞的分化和功能，對骨質疏松癥狀起到緩解作用[6,14,22]。可能的作用機制是，AM251通過抑制Wnt/β-Catenin信號通路，從而促進成骨細胞分化并減少成骨細胞的凋亡[44]。

CB-2受體是與骨相關的主要治療靶點，CB-2選擇性激動劑HU-308是研究最多的藥物之一。研究表明，HU-308可以通過增加成骨細胞的分化和活性，預防卵巢切除大鼠的骨質疏松癥狀[45]。HU-308在10 nmol/L到300 nmol/L的濃度下可刺激破骨細胞的形成，而在較高濃度下則抑制破骨細胞的形成[22]。HU-433是HU-308的對映異構體，同樣僅能與CB-2受體結合，但在促進成骨細胞增殖、破骨細胞分化以及抗炎能力中表現出了更強的功效，具有巨大的藥用潛力[45]。

總之，大麻素受體激動劑與拮抗劑可以通過控制濃度來達到調控骨代謝平衡的目的[20]。

4 總 結

綜上所述，越來越多的證據表明內源性大麻素系統在骨骼代謝的動態平衡中起著重要的作用，通過調節內源性大麻素系統預防或改善骨質疏松、促進骨創傷愈合以及骨骼再生，具有巨大的臨床潛力。由于醫用大麻的使用日益增加，同時部分西方國家未禁止吸食大麻，而大麻對于骨代謝的影響并未明朗，我們急需了解內源性大麻素系統在人體骨代謝中的作用。但由于內源性大麻素系統的復雜性，當前的研究仍有矛盾之處。到目前為止，尚未有一種大麻素成分被批準用于治療或預防骨骼疾病和損傷。對于內源性大麻素系統對骨代謝效果的關系值得進一步研究。