甲狀旁腺素相關(guān)肽治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的研究進(jìn)展

劉佳 高艷虹

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院老年科，上海 200092

絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥(postmenopausal osteoporosis，PMO)是由雌激素缺乏引起的以骨量減少、骨組織結(jié)構(gòu)變化以及骨強(qiáng)度降低為特點(diǎn)的一種全身代謝性疾病，是骨質(zhì)疏松癥中最常見的類型，主要發(fā)生在絕經(jīng)后5～10年婦女[1]。由于骨強(qiáng)度降低，增加了絕經(jīng)后婦女骨折風(fēng)險。其中最常見的是脆性骨折，常發(fā)生在髖關(guān)節(jié)、股骨或脊柱的非外傷或輕度創(chuàng)傷情況下，導(dǎo)致疼痛、畸形、功能障礙甚至死亡。而與骨質(zhì)疏松相關(guān)骨折的高發(fā)病率和死亡率也給患者和社會帶來沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[2]。絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥患者的治療需要抑制骨吸收和/或促進(jìn)骨形成，進(jìn)而來提高骨密度，減少脆性骨折的發(fā)生。目前治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的藥物如雙膦酸鹽類、迪諾單抗、選擇性雌激素受體拮抗劑、降鈣素和雌激素類主要通過抑制破骨細(xì)胞活性減少骨吸收，而批準(zhǔn)臨床應(yīng)用的甲狀旁腺素類促骨形成藥物特立帕肽，因其潛在的誘發(fā)骨肉瘤風(fēng)險，美國食品藥品管理局(Food and Drug Administration，F(xiàn)DA)限制用藥不可超過24個月，作用有限，亟待出現(xiàn)一些新興的藥物來防治骨質(zhì)疏松癥[3]。國內(nèi)外一些研究發(fā)現(xiàn)，PTHrp有類似PTH促進(jìn)骨形成的作用，在針對性地治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥人群中成為熱點(diǎn)。相關(guān)藥物Abaloparatide作為新型骨形成促進(jìn)劑，表現(xiàn)出了比特立帕胺更好的臨床應(yīng)用前景。該藥于2017年4月28日獲FDA批準(zhǔn)上市，用于治療有高骨折風(fēng)險的絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥患者[4]。本文對PTHrp的研究進(jìn)展做一綜述。

1 PTHrp簡介

PTHrP是一種內(nèi)源性物質(zhì)，最初是由Burtis等于1987年在惡性腫瘤伴高鈣血癥的患者中發(fā)現(xiàn)的[5]。PTHrp分布范圍廣泛，在正常成人和胎兒體內(nèi)許多組織器官如肺、心、腎、骨、腦、皮膚、乳腺、胰島等均有所表達(dá)。其NH2末端的36個氨基酸與PTH在氨基酸序列及空間構(gòu)象上有很高的同源性，兩者均能與共同的受體PTH/PTHrp受體-1相結(jié)合，發(fā)揮促進(jìn)骨形成的作用[6]。盡管如此，PTH和PTHrp在鈣調(diào)節(jié)的作用方面存在區(qū)別，PTH主要通過內(nèi)分泌的方式調(diào)節(jié)鈣穩(wěn)態(tài)，而PTHrp能通過旁分泌、自分泌或胞內(nèi)分泌等多種方式調(diào)節(jié)鈣離子的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)[7]。另外，PTH與PTHrp不是同一個基因編碼產(chǎn)物，PTHrp的NH2末端1-13位的氨基酸與PTH在一級序列上有70%的同源性，14-36位與PTH在立體空間結(jié)構(gòu)上具有同源性[8]。PTH對骨代謝有雙向調(diào)節(jié)作用，生理性甲狀旁腺素連續(xù)分泌可導(dǎo)致骨分解代謝作用，促進(jìn)溶骨，升高血鈣；而體外低劑量間歇給藥可促進(jìn)骨合成代謝[9]。而PTHrp(1-36)只選擇性地刺激骨形成，而不促進(jìn)骨吸收，甚至有降低骨吸收的作用[10]。利用這一特點(diǎn)，目前人工合成了一系列NH2端不同長度的多肽，主要包括PTHrp 1-31，PTHrp 1-34，PTHrp 1-36等片段。PTHrp不同片段具有有不同功能，N-末端PTHrp(1-36)通過與PTH 1R結(jié)合，維持機(jī)體內(nèi)骨骼和腎臟中鈣磷平衡來發(fā)揮鈣調(diào)激素樣作用；中段區(qū)域序列PTHrp(37-86)，主要調(diào)控胎盤鈣離子的轉(zhuǎn)運(yùn)；核定位序列PTHrp(87-107)，能轉(zhuǎn)位進(jìn)入細(xì)胞核，發(fā)揮胞內(nèi)分泌功能，刺激細(xì)胞的增殖和抑制細(xì)胞的凋亡；而C-末端PTHrp(108-139)通過抑制破骨細(xì)胞起到促進(jìn)骨吸收的作用[11]。其中PTHrp 1-34是目前研究較多的片段之一，相關(guān)藥物Abaloparatide是人工合成的PTHrP 1-34類似物，其分子結(jié)構(gòu)中有76%的氨基酸序列與人PTHrP(1-34)同源以及41%的氨基酸與人PTH(1-34)同源[12]。與特立帕肽類似，Abaloparatide是一種甲狀旁腺素類1受體(PTH1R)激動劑。由于比特立帕肽能更高選擇性地結(jié)合PTH1R的構(gòu)象，可導(dǎo)致刺激骨形成作用大于骨吸收作用，因此表現(xiàn)出更大的凈合成代謝作用[13]。

2 PTHrp的作用機(jī)制

PTHrp主要通過激活Ⅰ型PTH/PTHrp受體(PTH 1R)發(fā)揮作用，PTH 1R是G蛋白偶聯(lián)受體超家族的一員，參與多條信號傳導(dǎo)途徑達(dá)到調(diào)控骨代謝的作用。PTHrp與成骨細(xì)胞表面表達(dá)的PTH 1R特異性結(jié)合，一方面能活化環(huán)磷酸腺苷依賴的蛋白激酶A；另一方面激活鈣依賴的蛋白激酶C/磷脂酶C，通過這兩條信號傳導(dǎo)通路，進(jìn)一步誘導(dǎo)成骨細(xì)胞增殖和分化，達(dá)到影響骨形成的作用[14]。

最近研究表明PTHrP還參與調(diào)節(jié)經(jīng)典Wnt/β連環(huán)蛋白信號通路，通過影響核因子κB受體活化因子配體(receptor activator for nuclear factor-κ B ligand, RANKL)和護(hù)骨素(osteoprotegerin，OPG)的表達(dá)，抑制破骨細(xì)胞骨吸收活性[15]；同時Calvo等的研究發(fā)現(xiàn)，PTHrp可以通過細(xì)胞分裂素活化蛋白激酶，細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶以及磷酸酰肌醇酸三激酶等信號傳導(dǎo)途徑影響成骨細(xì)胞分化標(biāo)記蛋白的表達(dá)，影響成骨細(xì)胞的功能[16]。同時，研究證明PTHrp通過與PTH1R結(jié)合，可刺激胰島素生長因子-1和轉(zhuǎn)化生長因子等細(xì)胞生長因子的形成，促進(jìn)骨合成代謝[17]。但也有研究發(fā)現(xiàn)PTHrp可刺激成骨細(xì)胞分泌白介素-6和白介素-11等溶骨性細(xì)胞因子，促進(jìn)破骨細(xì)胞的形成及活性[18]。此外，有不少研究發(fā)現(xiàn)，PTHrp與其他因子也有復(fù)雜的調(diào)控作用，其中Indian hedgehog是骨發(fā)育過程中重要的調(diào)節(jié)因子，其參與的信號通路可以通過負(fù)反饋?zhàn)饔蒙险{(diào)PTHrp的表達(dá)從而影響骨代謝作用[19]；而PTHrp還可通過下調(diào)骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)，抑制成骨細(xì)胞的分化[20]。由此可見，PTHrp的作用機(jī)制復(fù)雜，PTHrp主要通過與受體(PTH1R)結(jié)合發(fā)揮作用，影響多個成骨相關(guān)的信號通路或骨細(xì)胞調(diào)節(jié)因子的表達(dá)。

3 PTHrp的臨床前研究

3.1 PTHrp在細(xì)胞水平的基礎(chǔ)研究

PTHrp對成骨細(xì)胞的作用主要表現(xiàn)在可參與成骨細(xì)胞的增殖、分化和凋亡，促進(jìn)成骨細(xì)胞的活化，對骨形成作用進(jìn)行調(diào)控。體內(nèi)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)敲除PTHrp基因的小鼠表現(xiàn)為過早死亡，骨量減少，成骨細(xì)胞增殖分化減少以及凋亡增多，而這種抑制成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞凋亡的影響可通過間歇性給予PTH/PTHrp來逆轉(zhuǎn)[21]。PTHrp能促進(jìn)成骨細(xì)胞的召募并阻止成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞的凋亡，不僅能促進(jìn)已定型的前成骨細(xì)胞的分化，而且對成熟的成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞的存活有促進(jìn)作用。此外，國內(nèi)一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)間歇對間充質(zhì)干細(xì)胞施加PTHrp后，能促進(jìn)成骨細(xì)胞表型的分化，并可增加其礦化作用[22]。

PTHrp除上述成骨作用又有破骨作用，PTHrp一方面可通過與破骨細(xì)胞表面受體PTH 1R結(jié)合，直接作用于破骨細(xì)胞，促進(jìn)骨溶解；另一方面可通過刺激成骨細(xì)胞的旁分泌作用，間接激活破骨細(xì)胞，從而誘導(dǎo)骨吸收作用。近期有研究表明，將轉(zhuǎn)基因小鼠成骨細(xì)胞中的PTHrp敲除后，其破骨細(xì)胞形成數(shù)量減少，可能是由于敲除PTHrp后阻礙了成骨細(xì)胞促破骨細(xì)胞生成的作用[23]；

陶慧人等[24]的研究發(fā)現(xiàn)PTHrp可誘導(dǎo)破骨細(xì)胞形成，而且破骨細(xì)胞形成數(shù)目與甲狀旁腺素相關(guān)肽的劑量呈正相關(guān)。

3.2 PTHrp的動物試驗(yàn)研究

臨床前動物試驗(yàn)證實(shí)了PTHrp能有效促進(jìn)骨形成，改善骨骼微結(jié)構(gòu)，增加骨量及骨密度，從而提高骨強(qiáng)度。在國內(nèi)一項(xiàng)去卵巢小鼠的骨質(zhì)疏松模型中，發(fā)現(xiàn)一種新型人甲狀旁腺素相關(guān)肽(8 L-hPTH)相對于甲狀旁腺素，不僅能顯著增加腰椎及股骨骨密度，而且能以劑量依賴性的方式增加骨小梁的寬度，改善骨骼微結(jié)構(gòu)，說明8 L-PTH在增加骨形成及抑制骨吸收方面要優(yōu)于hPTH(1-34)[25]。同時徐進(jìn)等[26]關(guān)于PTHrp1-34片段對去卵巢大鼠骨質(zhì)疏松作用的研究，發(fā)現(xiàn)PTHrp1-34能刺激成骨細(xì)胞的活性，提高血清中骨鈣素(osteocalcin，OC)及胰島素樣生長因子-1水平，并能增加股骨和腰椎骨密度，對去卵巢大鼠所引起的骨質(zhì)疏松有效。Varela等[27-28]通過建立年長雌性去卵巢食蟹猴的骨質(zhì)疏松模型，評估PTHrp1-34對骨代謝指標(biāo)、骨密度及骨強(qiáng)度的影響，該研究選取年齡在9周歲以上的雌性食蟹猴為試驗(yàn)對象，將它們隨機(jī)分為5組，其中4組接受去卵巢手術(shù)，另外一組施行假手術(shù)，術(shù)后9個月后去卵巢手術(shù)組分別給予PTHrp 1-34 2、10、50 μg/kg或安慰劑處理，假手術(shù)組給予安慰劑處理。結(jié)果顯示經(jīng)過不同劑量PTHrp 1-34處理16個月后，食蟹猴的骨形成標(biāo)志物均顯著增加而骨吸收標(biāo)志物不變，相應(yīng)脊柱和股骨頸的骨密度水平也有明顯升高。對脊柱及股骨的組織形態(tài)學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，PTHrp劑量水平為10和50 μg /kg的試驗(yàn)組，胸十二椎體、第六腰椎以及股骨遠(yuǎn)端的骨小梁微結(jié)構(gòu)得到了明顯改善，同時高劑量試驗(yàn)組的皮質(zhì)內(nèi)骨形成率等骨皮質(zhì)微結(jié)構(gòu)參數(shù)增加。上述結(jié)果顯示PTHrp對促進(jìn)骨形成有一定的效果，能在一定程度上逆轉(zhuǎn)雌激素缺乏引起的骨量丟失，且可以改善骨小梁和骨皮質(zhì)的微結(jié)構(gòu)，增加骨的機(jī)械強(qiáng)度。Hattersley等[29]在其他動物身上也進(jìn)行了類似研究，通過選取6月齡去卵巢大鼠來建立骨質(zhì)疏松的模型，進(jìn)而評估PTHrp1-34治療1年后，大鼠骨密度和骨強(qiáng)度的變化。在治療初期可觀察到，腰椎及股骨的骨密度呈劑量依賴性增加，其中股骨干骺端的骨密度增加迅速并很快恢復(fù)至手術(shù)前水平。治療終止時，與去勢安慰劑對照組相比，由雙能X線骨密度儀(DXA)測得的骨密度指標(biāo)以及pQCT測得的骨幾何參數(shù)也有明顯改善，其中測得脛骨干骺端的骨密度在10、50、250 μg/kg組分別較基線水平增加了73%、164%和428%。PTHrp1-34能顯著增加骨強(qiáng)度，而且骨強(qiáng)度的增加與骨密度、骨礦含量和皮質(zhì)厚度密切相關(guān)，與去勢對照組相比，高劑量試驗(yàn)組股骨頸、股骨中段及腰椎椎體的峰值骨量相應(yīng)增加了90%、49%和172%。上述研究發(fā)現(xiàn)PTHrp1-34可顯著增加去卵巢大鼠的骨量、骨形成標(biāo)志物以及骨強(qiáng)度，而對骨吸收標(biāo)志物及血鈣水平無明顯影響。Chouinard等[30]在以上動物試驗(yàn)的基礎(chǔ)上關(guān)注了PTHrp1-34對骨組織形態(tài)學(xué)的改變，發(fā)現(xiàn)PTHrp 1-34能增加骨小梁數(shù)量和厚度，減少骨小梁分離度，改善骨小梁及皮質(zhì)骨的微結(jié)構(gòu)參數(shù)，但并不直接影響破骨細(xì)胞表面。

4 PTHrp的臨床研究

目前臨床研究主要在絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松婦女中展開，相關(guān)藥物Abaloparatide能有效增加脊柱及髖骨的骨密度、改善骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物、降低骨折發(fā)生風(fēng)險，在臨床研究中表現(xiàn)出相對較好的安全性。

4.1 對骨密度及骨代謝指標(biāo)的影響

在最初的臨床試驗(yàn)中，16名健康絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松婦女隨機(jī)接受每日皮下注射PTHrP 1-36或安慰劑治療3個月，腰椎骨密度相對基線水平升高4.7%，骨形成標(biāo)志物增加，而骨吸收標(biāo)志物未見明顯變化，這表明PTHrP 1-36能選擇性地刺激骨形成，而促進(jìn)骨吸收并不明顯[31]。在一項(xiàng)多中心、隨機(jī)對照雙盲的二期臨床研究中，222名年齡在55～85歲的絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松婦女，每日接受皮下注射Abaloparatide 20、40、80 μg，特立帕肽20μg或安慰劑治療24周后，觀察她們骨密度相對基線水平的變化，結(jié)果顯示Abaloparatide治療組的骨密度在腰椎、股骨頸及髖部均有顯著增加，且呈劑量依賴性增加；其中皮下注射高劑量Abaloparatide組腰椎BMD相對基線水平提高了6.7%，股骨頸提高了3.1%，明顯高于安慰劑組和特立帕肽組；而且40μg 和80μg 皮下注射Abaloparatide組改善全髖骨密度的作用明顯優(yōu)于特立帕肽(0.5%)組。上述結(jié)果證實(shí)了Abaloparatide可有效增加骨密度，且在皮質(zhì)部位(全髖關(guān)節(jié))表現(xiàn)出優(yōu)越的骨合成代謝活性，說明Abaloparatide對提高絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥患者的骨密度有一定的效果。同時，Abaloparatide能升高骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物水平，上述研究發(fā)現(xiàn)，Abaloparatide高劑量組在研究初始(1周左右)時，骨形成標(biāo)志物如血清Ⅰ型N末端前肽(procollagen type1 amino-terminal propeptide，PINP)和骨鈣素水平即呈顯著的劑量依賴性增加，在研究終止(24周)時，各劑量Abaloparatide組PINP和OC均顯著高于安慰劑組。骨吸收標(biāo)志物Ⅰ型膠原羧基端肽(C terminal peptide，CTX)在治療12周后較基線水平有所增加，且在特立帕肽組顯著高于各劑量Abaloparatide組，其中高劑量Abaloparatide組 CTX未呈現(xiàn)線性增長趨勢[32]。在一項(xiàng)名為ACTIVE評估骨折風(fēng)險的三期臨床研究中，同樣發(fā)現(xiàn)相對于安慰劑對照組，Abaloparatide 80μg在治療期間能有效增加腰椎、全髖及股骨頸的骨密度。此外，Abaloparatide 80 μg和特立帕肽20 μg 還能增加骨形成標(biāo)志物PINP水平；雖然Abaloparatide同時能增加骨吸收標(biāo)志物CTX水平，但相對特立帕肽組作用較弱，其中在6、1 218個月比特立帕肽組減少了46%、56%和69%的增長幅度，這預(yù)示Abaloparatide對骨吸收的刺激作用小，相比特立帕肽可表現(xiàn)出更大的凈合成作用[33]。

4.2 與骨折風(fēng)險性的關(guān)系

絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥極易引起骨強(qiáng)度降低，導(dǎo)致抗骨折能力下降，從而使骨折危險性增加，因此降低骨折風(fēng)險是評價抗骨質(zhì)疏松藥物有效性的關(guān)鍵指標(biāo)。Miller等[33]的三期臨床研究，主要在10個國家的28個研究中心展開，研究對象包括2463例絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松性骨折高風(fēng)險的女性患者(平均年齡69歲，腰椎平均T評分為-2.9)，其中16.3%的患者曾發(fā)生過1次椎體骨折，28.2%的患者有過2例及以上的椎體骨折，46.8%例的患者至少發(fā)生過1次非椎體骨折，她們隨機(jī)接受每日皮下注射Abaloparatide 80 μg，特立帕肽20 μg或安慰劑治療18個月后，相應(yīng)的新椎體骨折發(fā)生率分別為 0.58%，0.84%和4.22%，與安慰劑相比，Abaloparatide 組和特立帕肽組分別降低了86%和80%的新發(fā)椎體骨折風(fēng)險。此外，Abaloparatide還能降低非椎體骨折，總的臨床骨折和主要骨質(zhì)疏松性骨折的發(fā)生風(fēng)險，其中非椎體骨折發(fā)生率減少43%，骨質(zhì)疏松性骨折發(fā)生率減少67%。Cosman等[34]的臨床研究關(guān)于骨折發(fā)生風(fēng)險，進(jìn)一步針對不同基線水平危險因素進(jìn)行了亞組分析，其中基線水平風(fēng)險因素按照骨密度T評分(≤-2.5，-2.5～-3.0，>-3.0)，年齡(<65，65～75，>75)，是否有影像學(xué)確診的椎體骨折以及是否有非椎體骨折發(fā)生史分組，結(jié)果顯示Abaloparatide在各亞組中結(jié)果保持一致，均能有效降低新發(fā)形態(tài)學(xué)椎體骨折及非椎體骨折的發(fā)生率，說明Abaloparatide在排除年齡和其他各種因素基線水平不同的影響，可以作為預(yù)防骨折的有效保護(hù)因素，更廣泛地應(yīng)用于絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥婦女，降低絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松性骨折。

4.3 安全性和耐受性

現(xiàn)有臨床研究同時關(guān)注了Abaloparatide的安全性問題，數(shù)據(jù)表明皮下注射Abaloparatide的一般耐受性良好。在上述二期臨床研究中，與安慰劑以及特立帕肽相比，Abaloparatide并沒有增加與臨床治療相關(guān)的不良反應(yīng)發(fā)生率；絕大部分注射部位不良反應(yīng)的程度也較輕，在Abaloparatide和特立帕肽治療組的發(fā)生率相似；其中嚴(yán)重不良反應(yīng)包括胸背痛、腹水、卵巢癌、暈厥、關(guān)節(jié)痛等，但沒有直接證據(jù)證明這些嚴(yán)重不良反應(yīng)與Abaloparatide存在必然聯(lián)系。三期臨床研究ACTIVE中，相關(guān)藥物不良反應(yīng)、嚴(yán)重不良反應(yīng)以及不良反應(yīng)導(dǎo)致死亡事件的發(fā)生率在各治療組間均未見明顯差異；由不良反應(yīng)導(dǎo)致試驗(yàn)終止的事件在Abaloparatide組較安慰劑組(6.1%)更常出現(xiàn)，Abaloparatide和特立帕肽的發(fā)生率分別為9.9 %和6.8 %，而眩暈、心悸、頭痛等作為主要原因，但這些反應(yīng)都被認(rèn)為是溫和的、不嚴(yán)重的。此外，上述兩項(xiàng)臨床研究均發(fā)現(xiàn)Abaloparatide組高鈣血癥的發(fā)生率顯著低于特立帕肽組，差異有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；而且目前尚無研究證據(jù)表明由Abaloparatide治療引起高鈣血癥能增加心血管疾病的風(fēng)險[23]。在PTHrp與腫瘤發(fā)生發(fā)展的相關(guān)文獻(xiàn)中指出，PTHrp作為一種細(xì)胞因子可以刺激腫瘤細(xì)胞的增殖和抑制其凋亡，其表達(dá)異?？梢鸲喾N惡性腫瘤的發(fā)病以及骨轉(zhuǎn)移，因此擔(dān)心其潛在的致癌作用[35]。然而在目前的臨床研究中尚未出現(xiàn)有類似特立帕肽誘發(fā)骨肉瘤發(fā)生的病例報道，因此仍需要進(jìn)一步的研究以評估長期的安全性問題。

5 小結(jié)

動物實(shí)驗(yàn)研究及臨床研究都表明PTHrp在骨質(zhì)疏松癥方面具有較好的臨床應(yīng)用前景。其新型生物合成制劑Abaloparatide相比特立帕肽，在未增加不良反應(yīng)的基礎(chǔ)上，能顯著地增加骨密度、降低骨折風(fēng)險。鑒于其良好的成骨活性，目前已被推薦開發(fā)應(yīng)用于臨床治療絕經(jīng)后婦女骨質(zhì)疏松癥。但其長期應(yīng)用的不良反應(yīng)及是否與腫瘤發(fā)生有關(guān)等問題尚無定論，期待未來的進(jìn)一步研究證據(jù)。