OPG/RANK/RANKL 信號通路在骨質疏松癥中的研究進展

劉慧蘭，趙愛國，侯安麗，繆文斌

（中國科學院大學深圳醫院<光明>婦科 廣東 深圳 518106）

骨質疏松癥（osteoporosis, OP）是臨床上病發率較高的一種骨科病癥，鑒于該病癥病發率及病死率的逐年提高，其已經成為了全球關注的重要公共健康問題之一。有相關研究顯示，現階段全球OP 確診人數已達到10 億，因OP 所致的骨折患者也達到了數十萬[1]。從我國來看，情況也不容樂觀，目前我國40 歲以上OP 患者占比已達到了20%以上。故考慮到疾病的高發性及危害性，臨床上對其病發機制也進行了更為深入的研究。現有研究發現，骨保護蛋白（osteoprotegerin, OPG）、核因子-Kβ 受體活化因子（receptor-activator of nuclear factor kappa beta, RANK）、核因子-Kβ 受體活化因子配體（receptor-activator of nuclear factor kappa beta ligand,RANKL）信號通路在骨代謝過程中發揮著重要的調節作用[2]。故基于該信號通路入手，搜集相關文獻資料，對OP 的防治情況做如下綜述。

1.骨重建機制

骨重建是在整個生命階段以動態形式呈現的過程，該機制不僅可以確保骨骼完整性得到維持，也能夠有助于骨骼有效地儲存鈣、磷等物質。骨重建機制中包含骨吸收與骨形成，二者間的轉變即可促使凈骨量呈現動態變化。基于細胞分子角度來看，骨細胞與破骨細胞（OC）是完成骨重建過程的重要依托，結合相關細胞功能一般可將其分為3 個階段：①起始：破骨前體細胞（osteoclast precursor cells, OPC）分化、激活與骨吸收。②中間：OC 凋亡，骨陷窩聚集并形OB，細胞分化，形成新骨。③終止：形成類骨質、礦化；吸收。通常情況下，正常機體OC 導致的骨吸收需要的時間僅僅為幾周，而OB-骨形成需要的時間則為數月。這顯示防治骨量丟失需以對OC 作用的抑制為主；而在OC 功能調節中，OPG/RANK/RANKL 信號通路是關鍵通路之一[3]。RANK 可在輔助巨噬細胞集落刺激因子情況下與RANKL 結合，同時促使多種轉錄因子被激活；在相關因子激活后則可進一步誘導相關物質的表達，并對破骨基因表達起到調節作用，最終促進成熟多核OC 的形成。而OPG 則能夠對OC 功能進行抑制，故在OP 防治中，合理掌握OPG-RANKRANKL 信號通路十分關鍵。

2.OPG/RANK/RANKL 信號通路作用機制

OPG 為OPG/RANK/RANKL 信號通路中發現的第一個蛋白，隨后經臨床研究證實，其為7 個結構域+3 個功能區構成的腫瘤壞死因子受體[4]。后續研究發現，OPG 的N端存在的D1-D4 區與抑制破骨細胞作用存在直接關聯，D5、D6 區則可對細胞毒性產生介導效應，D7 區則為其功能維持的必要組成。相關研究證實，OPG 能夠經Ca-p38-MAPK 信號通路誘導破骨細胞偽足拆卸，進而起到骨皮質保護效果。動物研究也顯示，OPG 的高表達可促使骨硬化，對骨量維持具有重要作用。RANK 則屬于TNF 超家族之一，其mRNA 可在多個組織中表達。在特異性結合破骨細胞表達RANK、RANKL，且經M-CSF 參與下，能夠有效激活轉錄因子NF-Kβ，進而達到加速破骨細胞增殖、分化、成熟的作用。RANKL 蛋白則為破骨細胞活化增殖中必需的生物分子之一，其具有3 種亞型，均可促進破骨細胞增殖。大量研究證實，RANKL在破骨細胞分化中承擔著重要作用，且能夠有效激活成熟破骨細胞，使其存活時間延長，有效強化骨吸收能力。通過使用相關抗體、肽及天然化合物等對RANKL 進行抑制能夠有效抑制破骨細胞形成及相關功能發揮，故其可作為骨質疏松癥治療的重要靶點。

在骨代謝平衡調節中，OPG/RANK/RANKL 為重要的信號通路之一，其能夠有效調節OC 活化情況，進而對骨吸收、骨重建起到一定的促進效果[5]。在RANK、RANKL 結合后，可在腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor,TNF）受體相關因子參與下，促進下游級連信號傳導。現階段研究資料顯示，RANK 能夠結合TRAF2/5/6 等多種因子，這之中，OC 的生成與TRAF6 息息相關，對其途徑進行分析可能如下：（1）NF-Kβ：RANK、TRAF6 結合后，激活NF-Kβ 誘導激酶，進而促使NF-Kβ 進入細胞核，增加核內c-Fox 表達，同時起到結合活化T 細胞核因子的效果，促使OC 生成基因轉錄、成熟[6]。（2）JNK 途徑：RANK 結合TRAF6，促使細胞外存在的信號調節激酶、氨基末端激酶等被激活，進而提升OPC 功能活躍性，促進OC 生成。（3）蛋白激酶B（PKB）途徑：在RANK 結合TRAF6 后，可導致磷脂酰肌醇被激活，進而參與NF-Kβ活化，加速OC 成熟。在多通路信號傳導作用下，RANKL則可最終達到加快OC 分化、成熟的目的。

OPG 則能夠競爭性對RANK、RANKL 結合產生抑制，且具有較強的親和力，能夠抑制RANKL 結合OPC 上的RANK，抑制前體OC 活化及骨吸收。沈麗英等[7]研究發現，RANK 能夠在腫瘤上皮細胞中大量表達，RANKL 則與之相反；同時，在腫瘤上皮中檢測到OPG 的概率對比基質有顯著提升，這顯示OPG 能夠在一定程度上達到誘使RANKL功能性失活的作用。由此可見，在OPG/RANK/RANKL 信號通路，只要有任何一種基因發生突變，均會導致多種骨代謝疾病發生，這也顯示在骨代謝中，OPG/RANK/RANKL可發揮關鍵作用。

3.OPG/RANK/RANKL 信號通路相關藥物

盡管有大量研究顯示天然OPG 可起到調節OC 分化的作用，但在小鼠實驗中顯示，若要起到骨保護效果，需要較高的OPG 劑量（一般＞30 mg/kg）[8]。故基于OPG/RANK/RANKL 研發的OP 防治藥物隨之而出。現階段臨床上已經發現了多種天然或人工合成藥物，其能夠在一定程度上影響OPG/RANK/RANKL 信號通路的OC 生成功能，如鍶類化合物、重組人骨保護素以及天然橄欖油提取物——橄欖苦苷等。這之中，重組人骨保護素是一種基于天然OPG 增加了新藥物結構形成的藥物，具有更強的生物活性及半衰期。有研究顯示，該藥物能夠有效抑制OC 活性，并對早期骨折端骨質吸收產生抑制，可促使骨生成、骨吸收動態平衡被打破，進而增加骨痂，加速骨成熟，抑制骨吸收，提升骨密度水平[9]。目前研究顯示，重組人骨保護素能夠預防并治療骨丟失性疾病，且能夠在牙周炎牙槽骨吸收過程中起到抑制作用；但是其具有較大的分子量，故長時間應用有引發免疫反應率[10]。鍶則同時能夠發揮促進骨形成及抗骨吸收效果。有相關研究顯示，鍶類在抗骨吸收中主要經OPG/RANK/RANKL 發揮效用。狄諾塞麥則屬于人源性IgG2 單克隆抗體的一種，其能夠特異性與RANKL 結合，進而對OC 形成、活化及存活產生抑制，有效規避骨折的發生。此外，其對RANKL的親和力也較高，故可在較低濃度下降低骨重建循環，對OC 作用產生抑制，提升骨密度與強度。有相關人員在研究中發現，狄諾塞麥在降低絕經后OP 近端股骨皮質孔隙方面具有良好效果[11]。在既往以絕經期女性為研究對象的研究中，通過3 年臨床研究證實，該藥物能夠有效促進患者股骨關鍵部位骨皮質骨量的增加，進而規避骨折的發生[12]。但是由于OPG/RANK/RANKL 信號通路在機體免疫反應中也有參與，故作為該通路抑制劑，狄諾塞麥在應用中可能存在引發免疫性疾病的風險，故其該藥物長期服用的安全性還需進一步探析[13]。

除上述藥物外，在雌激素下降引發的骨質疏松癥治療中，多可使用激素替代治療（HRT）加以干預。但HRT盡管能夠有效降低骨質疏松及骨折發生的危險，卻為卵巢癌的發生發展埋下了危險隱患。對此，有相關研究顯示，天然橄欖油中含有的橄欖苦苷在進入機體后能夠有效起到降低骨量丟失，抗炎、抗氧化以及抗乳腺癌、抗子宮內膜癌等功效，在預防絕經后骨質疏松癥方面具有較為顯著的應用效果[14]。有相關研究人員在橄欖苦苷在防治骨質疏松中發揮作用的研究中發現，該作用成分能夠有效通過促進OBOPG 的表達，對RANKL 表達進行抑制，進而阻斷骨吸收信號傳遞，抑制OC 分化、激活以及成熟OC 骨吸收活性，以加速誘導OC 調亡，達到治療骨質疏松的效果[15]。故推測橄欖苦苷在相關骨疾病治療中能夠發揮較好的療效，但其實際應用價值還有待進一步研究。

另外，相關研究還顯示，多種中藥成分在OPG/RANK/RANKL 信號通路中也可發揮顯著效果。淫羊藿即為一種補腎陽、強筋骨的補陽藥物[16]。現階段藥理學研究顯示，其化學成分主要為淫羊藿黃酮、淫羊藿多糖及淫羊藿苷，這之中，淫羊藿苷既能夠發揮促進骨形成，提升細胞內鈣離子濃度的效果，同時也能夠促進OPG 基因表達量的升高，進而抑制破骨細胞的骨吸收。補骨脂則具有溫脾腎、補陽氣的作用，其包含的黃酮類、香豆素類等成分可有效發揮抗骨質疏松效果；其黃酮類成分具有與植物雌激素樣相似作用，可對破骨細胞分化及活性產生抑制，臨床上針對絕經后骨質疏松具有較好的治療效果，且毒副作用較低，用藥安全性高。骨碎補屬于一種活血療傷藥，其提取物主要包含柚皮苷及骨碎補總黃酮，該有效成分可有效抑制破骨細胞。除上述藥物，巴戟天、地黃、紅景天等藥物也可有效發揮抑制骨吸收的作用。但針對具體藥物的實際臨床作用，還需在進一步研究中作針對性分析。

綜上所述，在骨代謝調整中，OPG/RANK/RANKL 是十分重要的途徑之一，其與OC 功能存在緊密聯系，故進一步了解該通路對了解包含OP 在內的多種骨代謝性病癥病發機制有一定的促進價值。現階段臨床上針對該通路的研究較多，但對其精準作用機制的分析尚未明確。結合近年研究顯示，OPG/RANK/RANKL 對OC 分化成熟的調節與Notch 可能存在一定關聯，而OPG 在OB 中的表達則受到Wnt/β-catenin 調節，這顯示骨重建過程中參與的信號通路可能有多種。在OP 治療中，OPG/RANK/RANKL 相關藥物可發揮顯著價值，但由于其在免疫系統調節中也有參與，故針對該類藥物的使用安全性仍有待深究。