鈣在氟骨癥治療中的應用及其作用機制研究進展

唐余敬，李光第，劉日光

1 貴州醫科大學臨床醫學院，貴陽 550004；2 貴州醫科大學附屬醫院骨科

長期接觸大量氟化物會導致人體慢性氟中毒，引發全身多系統損害。以骨與關節損害為主的氟骨癥是慢性氟中毒最突出的表現［1］。鈣是組成人體骨骼和牙齒的重要成分，同時參與維持骨周轉平衡［2］。過量氟化物可干擾人體骨的形成和吸收，破壞成骨細胞和破骨細胞介導的骨動態平衡，引發骨周轉障礙，導致氟骨癥［3］。既往研究發現，外源性攝入鈣可有效拮抗氟毒性，對氟骨癥具有一定治療作用。近年來，鈣在氟骨癥治療中的作用研究已經深入分子水平，主要集中在鈣通過相應信號轉導通路、逆轉骨平衡相關基因蛋白的表達等。現就鈣在氟骨癥治療中的應用及其作用機制最新研究進展綜述如下。

采用TTC染色法測定各組大鼠的腦梗死體積。經神經功能學評分后斷頭處死各組大鼠，并將其大腦置于腦槽中，制備冠狀切片（2 mm），置于2%TTC染色劑中，于37℃下避光染色30 min。將染色后的腦組織置于4℃、4%多聚甲醛溶液中固定24 h后，拍照，采用Image Pro Plus 7.0軟件處理并計算腦梗死體積[正常腦組織染色后呈紅色（非蒼白區），梗死腦組織因未著色而呈白色（蒼白區）；腦梗死面積為對側正常腦組織半球面積與患側正常腦組織面積的差值，總腦梗死體積為各腦切片梗死面積之和乘以切片厚度（2 mm），腦梗死體積百分比為總腦梗死體積與全腦體積的比值][20]。

市場價格隨機的突發事件暴發后，供應商原來的最優生產量無法滿足市場需求的變化.當H(x)>F(x)，即NH(q)>Q*，供應商必將增大產量以滿足需求，并付出增產成本λ1；當市場需求減小，(H(x)

1 鈣在氟骨癥治療中的作用

1.1 人體內高氟與低鈣的關系 鈣是一種化學性質較為活潑的金屬元素，自然界中多以礦化物形式存在。人體中，99%的鈣以羥基磷灰石［Ca10（PO4）6（OH）2］的形式儲存于骨骼和牙齒，1%的鈣呈離子狀態分布于血液、軟組織及細胞間液。鈣離子在細胞外液、胞內溶質及鈣庫（線粒體和內質網）之間的動態流動是維持細胞代謝穩態的基礎［4］，胞內鈣離子也作為信號轉導通路的關鍵信使發揮細胞調節的作用。此外，機體內許多酶具有鈣依賴性，或由大量含鈣成分構成，其活性受到鈣離子的調節。

氟是元素周期表中電負性最強的元素，也是最活潑的非金屬元素，其單質氣體形式能與許多元素發生爆炸反應，甚至能與部分惰性氣體在一定條件下形成絡合物。正常成年人體內含氟約2.6 g，其中90%分布于骨骼和牙齒，骨骼和牙齒也被稱為人體內的“氟庫”。氟于人體而言是一把“雙刃劍”，適量氟化物通過取代牙釉質與骨骼羥基磷灰石中的羥基（·OH），轉化為結晶度更高的氟磷灰石［（Ca5F（PO4）3］，以此來預防齲齒和抗骨質疏松［5］。但同時，氟的預期劑量與有害劑量差距極小，當長期攝取的氟化物超過生理需要量時便會誘發對骨質及牙釉質的破壞。極強的電負性及活潑的化學性質使得氟與許多陽離子相互作用，其中金屬陽離子對氟化物具有相對親和力，這種親和力是由三個因素驅動的：形成的負的吉布斯自由能，高穩定常數，以及金屬氟化物形成后的低溶解度［6］。鈣作為人體內含量最多的金屬元素，與氟一樣是骨骼和牙齒的重要組成成分。氟是一種趨骨性元素，過量氟化物攝入后沉積于骨骼，通過干擾鈣離子的正常代謝并抑制相關酶活性，介導氟骨癥的發生［4］。

檢測分析發現，應用兩種不同稻殼所產原酒的乙酸乙酯、乳酸乙酯、總酸、總酯含量均有所差異，使用清潔稻殼，原酒中微量成分含量均有所提高，其中乙酸乙酯提高8.53%，乳酸乙酯提高7.29%，總酸提高6.76%，總酯提高8.96%，見圖3。

要正兒八經地找媳婦，不要亂給女人睡。一個老妖精，你跟她瞎啰啰啥？她是騙你玩的，甭當真，再跟她來往，會耽誤你的正事哩。李老鬼說這句話的時候，海上飄過一朵黑云，黑魆魆的，像一座山崖，一大群海鷗圍著這黑云穿上穿下。海上起瓦碴子云了，看來這雨非下不可。這條船，咱要趕緊捻。說完這些，李老鬼又繼續嘮叨，你可是個大學生哩，做事兒可要靠譜。這幾年，不扎尾巴的事，你鼓搗幾伙啦，一撲出又一撲出，咱折騰不起。咱為啥來大連？咱來是有目的的，是為掙錢，咱是農村來的，一是沒了地，二是咱村的幾個干部，大閨女尿血塊不是孩，刀壓脖子把咱往樓上趕，拆遷補那點熊錢，住上樓，要再交十萬，這筆錢，咱一個子兒還沒有哩，你不愁，我愁啊。

高氟可導致骨組織低鈣，低鈣誘發加劇骨組織高氟，二者對骨的作用具有一致性，互為因果，相互促進，對骨的破壞呈現擴大化效應。這從理論上初步揭示了充足的鈣營養對于氟骨癥預防及治療的必要性。

因此鈣營養條件決定了氟骨癥骨骼狀態的分型，鈣對氟骨癥治療的有效性可能受到鈣離子量及氟骨癥類型的制約。有人建議鈣劑的補充應針對骨質疏松、骨軟化型氟骨癥［14］，長期應用鈣劑可使骨硬化和軟組織鈣化加重，對硬化型氟骨癥的治療可能是不利的。

鈣在氟骨癥的治療及預防中的受鈣補充量及氟骨癥類型的制約。在膳食營養充足的氟病區，鈣更多作為輔劑取得一定效果。對于膳食中鈣攝入量不足、骨軟化及骨質疏松型氟骨癥患者，鈣的補充更為關鍵。其次也應認識到單純的鈣營養于人而言抗氟作用有限，全面的膳食營養以及健康的飲食模式可能作為不良反應最小、最為經濟及便利的方法發揮抗氟作用。

1.2 鈣在氟骨癥治療中的應用 近年來相關流行病學調查發現氟骨癥的嚴重性往往與膳食營養不良密切相關，恢復鈣的攝入水平后可有效緩解氟骨癥對于機體的損害。 一項地方性氟骨癥最新流行病學調查［10］發現，處于氟化區的印度納爾貢達區學齡兒童血清中的鈣元素顯著降低，即血清高氟往往伴隨低鈣。因此對氟骨癥患者而言，保障膳食營養中鈣的攝入尤為重要。MULUALEM 等［11］采用含鈣蛋殼粉對埃塞俄比亞裂谷的婦女進行營養補充后，發現這些婦女尿氟排泄量顯著減少，許多氟中毒癥狀得到改善。氟中毒在社會經濟底層青少年中更為常見，相對充足的鈣攝入量和血清25羥維生素D3（25-OH-VD）濃度可能會提高飲食鈣吸收的效率，從而防止嚴重的氟中毒［12］。我國相關研究［13-14］發現，鈣劑加維生素D治療氟骨癥效果較好。鈣劑的應用在氟骨癥的實際臨床治療中發揮著不可替代的作用。

過量氟化物的攝入可引起細胞外液鈣離子水平下降。這種現象由三個因素所決定：①過量氟化物進入血液后與鈣離子結合，導致血清鈣離子暫時減少；②氟化物激活成骨細胞，加速骨轉換，從而增加對鈣離子的需求；③骨骼中的羥基磷灰石在氟化物作用下轉化為氟磷灰石，引起骨溶解度降低，骨鈣釋放減少，導致細胞外液鈣離子濃度降低［7］。即單獨的高氟因素便可促發低鈣，當同時合并鈣攝入不足時，機體缺鈣可能更為嚴重。相反，當機體缺鈣時，減少了與腸道內氟化物的結合，經腸道吸收的氟化物顯著增多，進而加劇了對機體的損害［8］。此外，李廣生等［9］研究發現，高氟和低鈣對骨的作用是同向或一致的，都可引起甲狀旁腺素（PTH）分泌增加，激活成骨、破骨功能，加速骨轉換。

氟骨癥依據骨骼狀態的不同可分為骨硬化、骨軟化和骨質疏松。處于鈣營養充足地區的氟骨癥患者往往表現為骨質外周硬化和骨質疏松（無骨軟化），而鈣營養不良地區的氟骨癥患者表現為骨質疏松和骨軟化，氟骨癥骨骼狀態與鈣營養條件密切關聯。成骨細胞增生活躍，骨轉化加速是氟骨癥發病機理的中心環節，這一過程增加了對鈣的需求，表現出一定的骨軟化趨勢。當鈣營養條件充足時，滿足了成骨活動對鈣的需求，新骨形成增加，骨骼狀態趨向于骨硬化；相反，當鈣營養條件不足時，成骨活動缺乏骨鈣的供應導致骨礦化受阻，骨樣組織大量堆積，病變導向骨軟化；另一方面，低血鈣引起甲狀旁腺功能亢進，甲狀旁腺素（PTH）分泌增加，導致破骨細胞增生，骨吸收增強，病變導向骨質疏松。

2 鈣在氟骨癥治療中的作用機制

既往研究［3］發現，成骨活性增強、骨周轉加速是氟骨癥發病的核心環節，但鈣的補充對這一核心環節及其下游機制的具體影響尚未闡明，對這一過程的進一步研究可能是未來揭示鈣治療氟骨癥機理的關鍵。

早期在線教育是典型“教育+互聯網”模式，傳統思維占據主導，無論技術、人才，還是運營管理等都與互聯網特質相去甚遠。隨著“互聯網+教育”探索開始，互聯網思維占主導，顛覆了以往的教學主體、教育模式和運營思路等，并對傳統教育體制產生倒逼作用[2]。在線教育與傳統教育的不同之處還體現在教學資源、教學模式、教學設計以及教學評價等層面。

2.1 鈣緩解氟化物引起的骨質損害 骨骼是氟化物侵害的主要靶器官。SHANKAR 等［15］采用正常鈣飲食及無氟水喂養氟中毒小鼠，有效糾正了氟對骨骼的不利影響。BHOWMIK 等［16］在補鈣的基礎上，配合維生素D 的使用減少了氟在小鼠骨骼的沉積，并維持了骨骼的元素穩態。進一步研究發現，鈣對骨骼的保護作用可能與對骨代謝信號通路的調節有關。骨代謝紊亂是氟骨癥的重要病理特征，骨細胞中代謝通路的異常加劇了氟骨癥的發生及發展。相關研究表明，補鈣可通過對PI3K/AKT［17］、局灶性粘附及一磷酸腺苷活化蛋白激酶（AMPK）［18］等多條骨代謝信號通路的調節緩解氟化物引起的骨損傷。此外，內質網應激和線粒體損傷也作為慢性氟中毒發病機制中的重要一環介導了其發生及發展。當過量氟化物攝入時，可引起內質網蛋白錯誤折疊、積累及線粒體結構、功能破壞進而促發細胞的程序性凋亡。而WANG 等［19］研究證實，抑制內質網應激和線粒體功能也是鈣減輕骨損傷的常見信號途徑。因此，鈣的補充通過抑制多條骨代謝通路及兩種細胞器損傷效應減輕了氟對骨質的破壞。

近年來鈣在分子層面對氟的拮抗作用已然成為氟骨癥領域的熱點研究方向之一，其致病機理除了涉及骨骼、牙齒等骨相組織的參與，慢性氟中毒導致的肝、腎及神經系統等非骨相損害也作為氟骨癥的常見并發癥與這一致病機理密切聯系。外源性攝入鈣可顯著逆轉高氟誘導的人體骨代謝通路異常、鈣穩態失衡、氧化應激、線粒體損傷、內質網應激及三種凋亡路徑等多種致病機制，減輕氟對人體多種骨相及非骨相器官的損害。

2.2 鈣減輕氟化物對牙骨質的損害 過量氟化物可誘導牙成釉細胞的內質網應激［20］。而蛋白激酶R樣內質網激酶/真核啟動因子2a/活化轉錄因子4/CCAAT 增強子結合蛋白同源蛋白（PERK/eIF2a/ATF4/CHOP）軸是一種重要的內質網應激信號通路，在細胞凋亡和腫瘤進展中發揮著關鍵作用［21］。最新研究［22］發現，在補充鈣離子后，染氟小鼠牙成釉細胞內的PERK/eIF2α/ATF4/CHOP 通路效應顯著緩解，減少了氟的細胞毒性作用。由此看來，鈣能減輕氟化物對牙骨質的損害，其主要機理涉及鈣對內質網應激中PERK 通路的拮抗。此外，內質網應激還包含了肌醇需求酶1（IRE1）和活化轉錄因子4（ATF4）通路，這兩條通路同樣參與了氟誘導的內質網應激［23］，但對于二者在鈣拮抗氟牙毒性中的作用還有待進一步研究。

2.3 鈣減輕氟化物造成的肝腎損傷 肝腎是非骨相器官中氟的重要攻擊靶點。細胞凋亡是一種系統調節的程序性死亡，作為氟中毒致病機理的終末環節，包含了外在的死亡受體通路、內在的線粒體通路及內質網通路三條凋亡路徑。補鈣可通過抑制凋亡相關因子/凋亡相關因子配體（FAS/FASL）、腫瘤壞死因子受體/腫瘤壞死因子（TNFR/TNF）、死亡受體-5/腫瘤壞死因子相關細胞凋亡誘導配體（DR5/TRAIL）等死亡受體通路緩解氟誘導的大鼠腎細胞凋亡［24］，也可通過增加抗凋亡基因Bcl-2 的表達，抑制線粒體凋亡途徑減輕氟化鈉（NaF）引起的大鼠肝細胞損傷［25］。此外，氧化應激作為慢性氟中毒受眾最廣的機制之一，是一種由氟引起的體內氧化與抗氧化系統失衡、活性氧（ROS）過度生成，進而促發細胞損傷的級聯反應。在一項對大鼠腎細胞的研究［26］中發現充足的鈣營養可拮抗氟化物引起的氧化應激及進一步誘發的下游線粒體損傷，并通過線粒體通路介導凋亡的發生。總之，鈣可通過抑制死亡受體相關通路的表達、增加肝腎細胞抗凋亡基因表達、拮抗氧化應激及線粒體損傷進而抑制線粒體凋亡途徑減輕氟化物誘導的肝腎毒性。而對于氧化應激、線粒體損傷及線粒體凋亡等機制之間的發生順序、相互作用關系還有待進一步研究闡明。

2.4 鈣緩解氟化物引起的神經損害 氟化物的神經毒性是目前研究的熱點。研究［27］表明，氟化物誘導大鼠后代腦細胞凋亡的分子機制可能包括抗凋亡分子Bcl-2 mRNA 表達水平的下降和凋亡相關分子半胱氨酸蛋白酶12（caspase 12）mRNA 表達水平的增加；內質網應激途徑也與海馬損傷密切相關［28］；高氟還可引起海馬突觸結構的改變，體現在突觸密度、突觸活動區長度、厚度等結構參數的下降，進而導致大鼠學習和記憶力受損［29］。在這些研究中都有一個共同特點：高膳食鈣通過逆轉Bcl-2 mRNA 及caspase 12 mRNA 的表達趨勢，抑制內質網應激途徑的激活，顯著扭轉海馬突觸結構參數的異常改變，有效緩解了氟化物對大鼠海馬結構和功能的破壞；相反，低膳食鈣通過促進上述改變，進一步加劇了氟化物對腦細胞的毒性作用［27-29］。因此，鈣對氟化物神經毒性的保護作用不僅涉及對凋亡相關分子的調控，還與鈣劑對大腦相關結構及功能病理改變的抑制甚至逆轉相關，且在宏觀層面上表現為大腦學習及記憶力的改善。

另外，鈣對氟化物神經毒性的拮抗作用還涉及對細胞內鈣穩態的調節。鈣穩態是指在細胞膜和細胞器各種鈣離子通透和轉運機制的參與下，胞內游離鈣離子濃度保持相對較低且平衡的狀態。氟可對上述鈣離子通道造成干擾，導致細胞內鈣超載進而促發細胞凋亡。邵丹丹等人［30］的研究發現采用低鈣飼養染氟海馬細胞后，相關鈣通道蛋白基因表達水平發生改變、細胞凋亡率顯著增加。反之，高鈣膳食通過逆轉鈣通道蛋白基因的表達，減少了海馬細胞的凋亡。近年來，神經退行性疾病、急性腦缺血等神經系統疾病的研究［31］發現，對鈣穩態的維持和恢復可能是預防和治療疾病的新途徑。而以上研究闡明了對于特定氟暴露情況下所誘導的神經系統損傷，鈣的補充能夠顯著逆轉細胞膜或內質網膜鈣離子轉運相關分子表達的異常，抑制細胞內鈣超載，維持鈣穩態，這一研究進一步證實了神經系統疾病治療中對鈣穩態的恢復具有重要意義。另外，對氟化物神經系統損傷中鈣相關靶點的挖掘及鈣穩態的恢復應作為今后研究的重點進行展開。

綜上所述，外源性攝入鈣可通過逆轉高氟誘導的骨代謝通路異常、鈣穩態失衡、氧化應激、內質網應激、線粒體損傷及三種凋亡路徑等多項致病機理，減輕氟對機體多種骨相及非骨相器官的損害。盡管當前關于鈣劑的實際臨床應用取得了一定成就，但其療效也在一定程度受到鈣補充量及氟骨癥類型的制約。而在脫氟的基礎之上，全面的膳食營養以及健康的飲食模式可能作為一種更為有效和全面的方式發揮抗氟作用。