靶向調(diào)控破骨細(xì)胞活性治療骨質(zhì)疏松的研究進(jìn)展

張健豪

山西醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，山西省太原市 030000

骨的結(jié)構(gòu)不斷重塑以適應(yīng)機(jī)體和外界變化著的機(jī)械負(fù)荷作用，成熟的骨骼依賴(lài)機(jī)體的鈣磷元素來(lái)源，不斷更新受損和老化的骨組織，從而維持正常的骨強(qiáng)度，這一過(guò)程離不開(kāi)骨形成和骨吸收這兩個(gè)方面，兩種細(xì)胞在骨表面同一部位相互作用，稱(chēng)為骨重建單位[1]。骨質(zhì)疏松就是由于二者失衡，骨吸收強(qiáng)于骨形成，而破骨細(xì)胞是骨吸收過(guò)程的唯一執(zhí)行者，因此關(guān)于破骨細(xì)胞活性調(diào)節(jié)機(jī)制的研究對(duì)于攻克骨質(zhì)疏松癥就顯得十分必要。本文針對(duì)抑制骨吸收的重要途徑——破骨細(xì)胞活性調(diào)節(jié)，分類(lèi)闡述骨質(zhì)疏松靶向治療藥物的研究進(jìn)展。

1 破骨細(xì)胞概述

Kolliker首次發(fā)現(xiàn)破骨細(xì)胞，它來(lái)源于CD34陽(yáng)性的骨髓造血干細(xì)胞，并在骨組織中發(fā)育成熟，是單核—巨噬細(xì)胞系的一員。破骨細(xì)胞的細(xì)胞器分布特殊，核位于細(xì)胞的偽足側(cè)，多個(gè)高爾基復(fù)合體疊連連接在細(xì)胞骨架上，線粒體豐富，位于面向吸附骨的一側(cè)，溶酶體豐富。由單核—巨噬細(xì)胞系成熟而來(lái)的破骨細(xì)胞主要受骨髓基質(zhì)細(xì)胞和成骨細(xì)胞分泌的巨噬細(xì)胞集落刺激因子(MCSF)、核刺激因子-κB受體配體(RANKL)及骨保護(hù)素(OPG)等因子的調(diào)節(jié)[2]，其中MCSF是破骨細(xì)胞分化調(diào)節(jié)的關(guān)鍵因子，Yoshida等[3]的實(shí)驗(yàn)研究利用的先天性骨石化癥小鼠模型就是通過(guò)設(shè)置無(wú)MCSF實(shí)驗(yàn)組做成的。骨活檢資料和體外研究表明，完成骨吸收使命的破骨細(xì)胞會(huì)自動(dòng)凋亡清除，是機(jī)體維持骨代謝平衡的機(jī)制之一[4]。

2 細(xì)胞因子對(duì)破骨細(xì)胞活性的調(diào)節(jié)

局部細(xì)胞的自/旁分泌效應(yīng)對(duì)幼稚成骨細(xì)胞的增殖和分化以及骨吸收活動(dòng)有直接調(diào)控作用，并可以間接增加與甲狀旁腺激素(PTH)有關(guān)骨吸收的敏感性，或通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的相互影響抑制破骨細(xì)胞活性。

2.1 核刺激因子-κB受體配體/核刺激因子-κB受體系統(tǒng)(RANKL/RANK系統(tǒng)) RANKL/RANK系統(tǒng)是骨細(xì)胞單位活性調(diào)節(jié)不可或缺的重要系統(tǒng)，多種外界因素均是通過(guò)此軸發(fā)揮作用。RANK大量表達(dá)于未成熟破骨細(xì)胞的表面，成骨細(xì)胞分泌出RANKL與之識(shí)別，促進(jìn)未成熟破骨細(xì)胞走向分化通路：RANKL與RANK結(jié)合可啟動(dòng)相應(yīng)的細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，相關(guān)基因便被激活，破骨細(xì)胞開(kāi)始分化，啟動(dòng)骨吸收，此外IL-1a、IL-6、IL-11、IL-16、PTH等都可激活RANKL/RANK系統(tǒng)使RANKL表達(dá)增強(qiáng)，從而完成骨重塑。與RANKL/RANK系統(tǒng)相關(guān)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路主要有NF-κB通路、MAPK通路、PI3K/AKt通路和CN/NFAT通路。由此可見(jiàn)RANKL/RANK系統(tǒng)在破骨細(xì)胞激活過(guò)程中起著類(lèi)似于共同終末通路的作用，以該系統(tǒng)為靶點(diǎn)設(shè)計(jì)的藥物在治療骨質(zhì)疏松的臨床實(shí)踐中必將有良好的療效且可避免諸多不良反應(yīng)，如Denosumab(狄諾賽麥)和OPG的作用機(jī)制都是競(jìng)爭(zhēng)性抑制RANKL與RANK的結(jié)合，抑制破骨細(xì)胞成熟，可增加患者的骨密度，改善骨質(zhì)疏松[5]。

某些中醫(yī)藥治療骨質(zhì)疏松背后的機(jī)制也與該系統(tǒng)有關(guān)，王鵬等[6]在實(shí)驗(yàn)研究燈心草與破骨細(xì)胞形成的關(guān)系時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈心草提取物可以抑制RANKL，且濃度越高，抑制作用越強(qiáng)，通過(guò)關(guān)閉破骨細(xì)胞內(nèi)某些特殊基因的表達(dá)，使破骨細(xì)胞的數(shù)量減少，探索出了燈心草在防治骨質(zhì)疏松等骨代謝病中的應(yīng)用價(jià)值。何丹丹等[7]發(fā)現(xiàn)淫羊藿治療骨質(zhì)疏松也與RANKL靶點(diǎn)相關(guān)。實(shí)驗(yàn)應(yīng)用分子對(duì)接技術(shù)定量分析了RANKL與淫羊藿素之間的關(guān)系，闡明了淫羊藿素可通過(guò)抑制RANKL與RANK結(jié)合減少骨吸收，這更彰顯了祖國(guó)醫(yī)學(xué)的美好前景，為中醫(yī)藥事業(yè)的發(fā)展提供了現(xiàn)代科學(xué)的支持。

2.2 巨噬細(xì)胞集落刺激因子(MCSF) MCSF可由骨微環(huán)境中的多種細(xì)胞產(chǎn)生，以旁分泌的方式作用于破骨細(xì)胞，引起破骨細(xì)胞內(nèi)分化相關(guān)基因表達(dá)水平升高，破骨活動(dòng)增強(qiáng)。此外，MCSF還可通過(guò)RANKL途徑間接促進(jìn)成熟破骨細(xì)胞的形成。MCSF家族的生長(zhǎng)因子受體結(jié)合蛋白2(Grb2)、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)等也能產(chǎn)生類(lèi)似效應(yīng)。

2.3 骨保護(hù)素(OPG) OPG主要表達(dá)于成骨細(xì)胞表面，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性抑制RANKL與RANK結(jié)合抑制破骨細(xì)胞的激活。Weitzmann等的研究發(fā)現(xiàn)，OPG主要作用于破骨細(xì)胞分化過(guò)程的末段，不但抑制分化，而且抑制成熟成骨細(xì)胞的存活及其骨吸收活性[8]。

2.4 其他 前列腺素(PGs)、轉(zhuǎn)移生長(zhǎng)因子(TGF-β)、干擾素(INF)、胰島素樣生長(zhǎng)因子(IGF)也與破骨細(xì)胞的激活有關(guān)。

3 激素對(duì)破骨細(xì)胞活性的調(diào)節(jié)

3.1 直接作用于骨吸收的激素

3.1.1 雌激素。從絕經(jīng)期婦女骨密度曲線的迅速下降這一現(xiàn)象不難推測(cè)，雌激素在抑制骨吸收方面有重要作用，科學(xué)研究也確實(shí)證明缺乏雌激素的各種形式的性腺機(jī)能減退可導(dǎo)致骨質(zhì)疏松。雌激素分泌減少可使松質(zhì)骨組織孔眼內(nèi)脂肪細(xì)胞增生，成骨細(xì)胞減少，破骨細(xì)胞增加，骨鈣素分泌下降。人體內(nèi)的DNA結(jié)合雌激素受體(ER)有兩種形式：ERα和ERβ，這兩種類(lèi)型的ER在骨組織都有表達(dá)，破骨細(xì)胞上以ERα為主。雌激素作用于破骨細(xì)胞的ERα，刺激OPG表達(dá)，并抑制激活破骨細(xì)胞相關(guān)細(xì)胞因子的表達(dá)，走RANKL信號(hào)通路，最終使破骨細(xì)胞生成速率降低。Fujiwara等[9]的研究表明：選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)劑(雷諾昔芬)和人工雌激素等抑制骨吸收，治療骨質(zhì)疏松，并同時(shí)可緩解絕經(jīng)期婦女的更年期癥狀，但相比后者，前者可靶向作用于破骨細(xì)胞的ERα，從而避免了子宮內(nèi)膜增生、子宮內(nèi)膜癌和乳癌等不良反應(yīng)，更凸顯出靶向藥“精準(zhǔn)無(wú)誤”的優(yōu)勢(shì)所在。

3.1.2 降鈣素。由甲狀腺濾泡上皮細(xì)胞分泌的降鈣素主要作用是降血鈣，這一效應(yīng)的實(shí)現(xiàn)與抑制骨吸收相關(guān)。降鈣素與破骨細(xì)胞上的受體結(jié)合，抑制鈉鉀泵工作，微管活動(dòng)受限，破骨細(xì)胞不能錨定于骨面工作。降鈣素在治療骨質(zhì)疏松時(shí)短期療效明顯，長(zhǎng)期療效欠佳。

3.2 間接作用于骨吸收的激素

3.2.1 甲狀旁腺激素(PTH)。PTH可使破骨細(xì)胞內(nèi)的空泡增加，促進(jìn)破骨細(xì)胞內(nèi)溶酶體酶的產(chǎn)生和酸性物質(zhì)的合成，有利于破骨，PTH還可通過(guò)AC-cAMP途徑增強(qiáng)破骨細(xì)胞的破骨功能，PTH只有作用于與成骨細(xì)胞共同培養(yǎng)的破骨細(xì)胞，這一效應(yīng)才能出現(xiàn)，證實(shí)PTH是間接作用于破骨細(xì)胞的激素。臨床上人工合成的PTH類(lèi)似物特立帕肽正是通過(guò)這一機(jī)制治療骨質(zhì)疏松的。

3.2.2 糖皮質(zhì)激素。 糖皮質(zhì)激素以其強(qiáng)大的抗炎和免疫抑制作用廣泛應(yīng)用于許多疾病的治療，但是長(zhǎng)期大劑量應(yīng)用糖皮質(zhì)激素的一大不良反應(yīng)就是骨質(zhì)疏松，甚至股骨頭壞死，因此糖皮質(zhì)激素促進(jìn)骨吸收的作用是顯而易見(jiàn)的。其機(jī)制是通過(guò)抑制骨基質(zhì)中某些蛋白的合成，降低其功能活性以及增強(qiáng)RANKL和降低OPG的活性，因此骨質(zhì)疏松的患者禁用糖皮質(zhì)激素。破骨活動(dòng)中產(chǎn)生的某些代謝中間產(chǎn)物和分化調(diào)節(jié)因子可以用作反映破骨細(xì)胞活性的生化指標(biāo)，臨床上可以通過(guò)定量檢測(cè)其含量來(lái)指導(dǎo)骨質(zhì)疏松的診斷和療效判定。如：Ⅰ型膠原交聯(lián)C末端肽(CTX)及Ⅰ型膠原交聯(lián)N末端肽(NTX)，脫氧吡啶酚/吡啶酚(DYD/PYD)，血清抗酒石酸酸性磷酸酶(TRACP)和組織蛋白酶K(CatK)等。以CatK為例，CatK是溶骨作用最強(qiáng)大的酶，針對(duì)其發(fā)展處理組織蛋白酶抑制劑作為抗骨質(zhì)疏松的藥物，即將通過(guò)臨床實(shí)驗(yàn)，投入臨床[10]。占允中等[11]在對(duì)骨質(zhì)疏松性椎體骨折患者血清分析中發(fā)現(xiàn)，破骨細(xì)胞生成抑制或促進(jìn)因子水平與骨質(zhì)疏松程度相關(guān)性大，與骨折程度相關(guān)性不大，印證了這些物質(zhì)作為預(yù)測(cè)骨質(zhì)疏松程度的指標(biāo)的合理性。

4 破骨細(xì)胞活性調(diào)節(jié)的信號(hào)通路

骨吸收過(guò)程中涉及到的主要信號(hào)通路：首當(dāng)其沖是OPG/RANKL/RANK信號(hào)通路，它是與破骨細(xì)胞活性密切相關(guān)的關(guān)鍵性通路，其中可用于設(shè)計(jì)靶向藥物的位點(diǎn)前已述及，不再贅述；其次是絲裂原活化激酶信號(hào)通路(MAPK信號(hào)通路)，該族通路主要包括細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，Jun氨基端激酶(JNK)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，ERK5/大絲裂素活化蛋白激酶轉(zhuǎn)導(dǎo)通路和p38轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，激活該族通路的共同效應(yīng)是抑制骨吸收，阻止破骨細(xì)胞的分化活動(dòng)。

此外還有Wnt/β-catenin信號(hào)通路，BMPs信號(hào)通路，PPAR-γ信號(hào)通路等，各通路之間密切相關(guān)，作用協(xié)同，共同實(shí)現(xiàn)骨代謝這一相互耦聯(lián)相互制約的骨轉(zhuǎn)換過(guò)程，現(xiàn)已針對(duì)多條通路研制靶向藥。

5 腸道正常菌群對(duì)破骨細(xì)胞活性的調(diào)節(jié)

近年來(lái)的科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群的生理作用遠(yuǎn)不止在腸道內(nèi)發(fā)揮作用，而是全身性的調(diào)節(jié)作用，其作用體現(xiàn)在方方面面，如維持消化道黏膜的屏障作用，人體必需微量元素和維生素的供應(yīng)，甚至是情緒性格等精神活動(dòng)都與之有關(guān)。陳劍等[12]人總結(jié)前人研究發(fā)現(xiàn)，益生菌可能與骨質(zhì)疏松相關(guān)：其中一些機(jī)制以調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞活性為基礎(chǔ)，如L.reuteri(羅伊氏乳桿菌)可以顯著減少骨質(zhì)疏松模型小鼠的骨量流失，表現(xiàn)為骨吸收生化標(biāo)志物TRACP5、RANKL、破骨細(xì)胞和骨髓CD4陽(yáng)性T淋巴細(xì)胞減少，也可直接作用抑制破骨。

腸道益生菌對(duì)于骨質(zhì)疏松的治療遠(yuǎn)不止調(diào)節(jié)破骨，還包括調(diào)節(jié)破骨相關(guān)炎癥因子水平，從分子水平調(diào)節(jié)相關(guān)基因表達(dá)，激活或失活信號(hào)通路，影響鈣磷吸收來(lái)緩解骨質(zhì)疏松的發(fā)展。應(yīng)用益生菌防治骨質(zhì)疏松是一個(gè)大膽的創(chuàng)新，菌種菌屬如何選擇，適用人群以及防止菌群失調(diào)和機(jī)會(huì)感染等方面都是將來(lái)值得研究的方向。

6 總結(jié)與展望

骨質(zhì)疏松常在不知不覺(jué)中發(fā)生，年齡越大進(jìn)展越快，保護(hù)中老年人骨健康重在預(yù)防。骨質(zhì)疏松本質(zhì)是對(duì)骨骼結(jié)構(gòu)和骨強(qiáng)度低狀態(tài)的一種描述，其危害則主要在于身體各部位耐負(fù)荷能力降低，引發(fā)骨折，骨折后難以正常愈合，影響患者的生活質(zhì)量。骨質(zhì)疏松患者骨小梁體積、數(shù)目及表面密度降低，骨小梁分離甚至穿孔，髓腔間隙增寬，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中斷[13]，具體到椎體這一好發(fā)部位通常表現(xiàn)為水平骨小梁吸收，垂直骨小梁代償性肥大，繼而椎體在各方向上的耐負(fù)荷性變差，影像學(xué)表現(xiàn)為椎體骨低密度影，網(wǎng)格狀陰影消失，易壓縮骨折。骨質(zhì)疏松的發(fā)病機(jī)制是多方面多因素的，目前尚未完全研究清楚，具體在骨代謝方面，如何抑制破骨細(xì)胞活性是防治骨質(zhì)疏松的關(guān)鍵。本文在查閱大量國(guó)內(nèi)外近期文獻(xiàn)后，將破骨細(xì)胞活性調(diào)節(jié)分四大塊闡釋?zhuān)杭に亍⒎只嚓P(guān)細(xì)胞因子、益生菌及其發(fā)揮作用的信號(hào)通路，并分別舉例相應(yīng)的靶向藥分析利弊，充分體現(xiàn)了破骨細(xì)胞靶向治療骨質(zhì)疏松的精確性和優(yōu)越性。目前國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者正圍繞破骨細(xì)胞進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)很多因素都能激活破骨細(xì)胞，如高糖高脂，而破骨細(xì)胞作為單核—吞噬細(xì)胞系的一員，它還有許多同源細(xì)胞，分布于全身各個(gè)組織，如Langerhans細(xì)胞、Kupffer細(xì)胞，未來(lái)有可能從這些細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)更多破骨細(xì)胞隱藏的奧秘。