他汀類(lèi)藥物對(duì)骨再生作用的研究進(jìn)展

劉忠玉，張金利，劉培佳

20世紀(jì)70年代，人類(lèi)發(fā)現(xiàn)他汀類(lèi)藥物是膽固醇形成途徑中重要酶的抑制劑，從此他汀類(lèi)藥物開(kāi)始應(yīng)用于高膽固醇的治療[1-2]。后來(lái)科學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)他汀類(lèi)藥物還具有促進(jìn)骨再生的作用[3]。他汀類(lèi)藥物如辛伐他汀可增加成骨作用，增強(qiáng)間充質(zhì)細(xì)胞分化為成骨細(xì)胞，上調(diào)骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2（BMP-2）和下調(diào)成骨細(xì)胞凋亡。此外，他汀類(lèi)藥物可通過(guò)抑制骨痂分化和活性來(lái)減少骨吸收[4]。因此，他汀類(lèi)藥物被認(rèn)為是一種雙模式作用藥物[1]。

我們回顧他汀類(lèi)藥物在促進(jìn)骨再生作用的重要研究。闡述他汀類(lèi)藥物對(duì)骨作用的機(jī)制，對(duì)骨再生作用結(jié)果以及給藥途徑、劑量對(duì)療效的影響。

1 他汀類(lèi)對(duì)骨再生作用的機(jī)制

他汀類(lèi)藥物對(duì)骨作用的主要機(jī)制包括：1）促進(jìn)成骨；2）抑制骨細(xì)胞凋亡；3）抑制破骨細(xì)胞分化和活性。

1.1 他汀藥物對(duì)成骨的影響 他汀類(lèi)藥物通過(guò)增加成骨細(xì)胞的活性分化促進(jìn)成骨作用。他汀類(lèi)藥物通過(guò)Ras/PI3K/Akt/Erk/有絲分裂原活化蛋白激酶（MAPK）/BMP-2途徑增加BMP啟動(dòng)子、熒光素酶活性并上調(diào)BMP-2的表達(dá)[5]。刺激Ras的快速激活，Ras與質(zhì)膜中的磷酸肌醇3激酶（PI3K）相關(guān)聯(lián)并將其激活，進(jìn)而調(diào)節(jié)Akt誘導(dǎo)BMP-2、堿性磷酸酶、Ⅰ型膠原、骨橋蛋白、唾液蛋白等成骨標(biāo)志物的表達(dá)[6]。他汀類(lèi)藥物促進(jìn)RasGRF1和磷酸RasGRF1在細(xì)胞膜上定位[6]。RasGRF1促進(jìn)Ras蛋白從非活性GDP狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚訥TP狀態(tài)。活化的Ras通過(guò)MAPK促進(jìn)ERK1/2的磷酸化，MAPK參與BMP-2的轉(zhuǎn)錄。他汀類(lèi)藥物還以PI3K和Ras方式激活A(yù)kt。他汀類(lèi)藥物誘導(dǎo)成骨的PI3K/Akt通路依賴(lài)于Ras的活性。他汀藥物能夠刺激Ras與PI3K的相互作用，從而提高Ras的活性[6]。

他汀類(lèi)藥物在其他方面促進(jìn)成骨的作用包括：1）對(duì)腫瘤壞死因子的抑制作用；2）阻止Smad 1、5和8磷酸化介導(dǎo)對(duì)BMP-2的抑制；3）除了通過(guò)BMP-2途徑，還通過(guò)ER-α誘導(dǎo)成骨[7]；4）能夠減少白細(xì)胞介素-6和白細(xì)胞介素-8的產(chǎn)生，具有一定的抗炎作用；5）能夠刺激血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的釋放；6）觸發(fā)典型的連環(huán)蛋白信號(hào)級(jí)聯(lián)[8]。

1.2 他汀類(lèi)藥物對(duì)成骨細(xì)胞的保護(hù)作用 他汀類(lèi)藥物通過(guò)TGFβ/Smad3信號(hào)通路抑制成骨細(xì)胞凋亡。TGFβ激活I(lǐng)I型受體，從而激活I(lǐng)型受體；因此，TGFI型受體樣激酶的磷酸化激活Smad3。Smad3能夠保護(hù)成骨細(xì)胞，Smad3能夠抑制成骨細(xì)胞向骨細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，同時(shí)也能夠抑制成骨細(xì)胞的凋亡。當(dāng)Smad3的表達(dá)增加時(shí)，成骨細(xì)胞的堿性磷酸酶活性、基質(zhì)生成和礦化也將隨著增加[9]。他汀類(lèi)藥物也通過(guò)其他的作用機(jī)制對(duì)成骨細(xì)胞起到保護(hù)作用，通過(guò)甲羥戊酸通路減少GTP結(jié)合蛋白預(yù)?；?，從而阻斷成骨細(xì)胞凋亡[10]。

1.3 他汀類(lèi)藥物對(duì)破骨細(xì)胞分化及活性的影響 骨保護(hù)素（OPG）/核因子受體激活劑κB配體（RANKL）/RANK信號(hào)通路參與他汀類(lèi)藥物誘導(dǎo)的抑制破骨細(xì)胞生成。辛伐他汀增加OPGmRNA表達(dá)，降低RANKLmRNA表達(dá)，阻斷RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞分化。NF-κB的活性對(duì)破骨細(xì)胞形成起重要作用。破骨細(xì)胞分化被OPG抑制，OPG與RANKL結(jié)合，從而阻斷其與RANKL相互作用。辛伐他汀通過(guò)抑制IκBα磷酸化（抑制性κBa）、IκBα降解和IκBα激酶活性，抑制RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞前體細(xì)胞NF-κB活性，從而阻止破骨細(xì)胞的形成[11]。雌激素受體（ER）通過(guò)影響OPG/RANKL/RANK系統(tǒng)的ER依賴(lài)機(jī)制，在抑制破骨細(xì)胞生成中發(fā)揮重要作用。雌激素通過(guò)降低RANKL和增加OPG抑制破骨細(xì)胞的生成。他汀類(lèi)藥物能夠調(diào)節(jié)ER的表達(dá)，通過(guò)減少ER轉(zhuǎn)錄激活因子FFP而呈劑量依賴(lài)性增加ERα水平。最后，他汀類(lèi)藥物作用于甲羥戊酸通路，能夠減少GTP結(jié)合蛋白的前?；?，GTP結(jié)合蛋白具有阻斷破骨細(xì)胞的活性作用[10]。

2 他汀類(lèi)藥物對(duì)骨修復(fù)的作用

發(fā)現(xiàn)洛伐他汀可以促進(jìn)BMP-2的表達(dá)后，Mundy等[12]在小鼠頭部皮下注射洛伐他汀和辛伐他汀，發(fā)現(xiàn)小鼠骨量明顯增加。此后，許多學(xué)者對(duì)他汀類(lèi)藥物是否可以幫助治愈骨折和骨缺損進(jìn)行了研究。雖然許多動(dòng)物研究支持口服他汀類(lèi)藥物可以促進(jìn)骨折愈合，但無(wú)法確定是否由于BMP-2的表達(dá)增加促進(jìn)了骨折愈合[13-14]。

Stephanie等[15]在一項(xiàng)研究中對(duì)股骨骨折的白鼠皮下連續(xù)注射辛伐他汀，觀察促進(jìn)骨愈合作用，與對(duì)照組比較，應(yīng)力試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)皮下注射辛伐他汀組斷裂應(yīng)力是對(duì)照組的170%。在去勢(shì)大鼠脛骨骨折部位皮下注射辛伐他汀，結(jié)果顯示，辛伐他汀治療后大鼠脛骨骨折處的骨橫截面積明顯增大，最大負(fù)荷也顯著增加。在組織形態(tài)學(xué)上，辛伐他汀顯著增加骨折斷端礦化的寬度和體積[16]。在大鼠脛骨閉合性骨折模型中，小劑量辛伐他汀涂層的固定骨折的鋼絲與大劑量BMP-2涂層的固定骨折的鋼絲有相似的骨折愈合、生物力學(xué)、放射學(xué)和組織形態(tài)學(xué)結(jié)果[17]。將小劑量洛伐他汀應(yīng)用于具有成骨細(xì)胞基因缺陷鼠的骨折中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)洛伐他汀能夠增加小鼠的骨愈合[18]。小劑量辛伐他汀聯(lián)合水凝膠在白鼠的局部給藥也顯示出促進(jìn)骨折愈合的作用[19]。

在他汀類(lèi)藥物對(duì)骨缺損修復(fù)的研究中，局部注射辛伐他汀觀察大鼠脛骨的骨缺損的修復(fù)能力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)骨缺損部位新骨生成數(shù)量增加，同時(shí)RANKL表達(dá)下降。但是如果停止應(yīng)用辛伐他汀，可見(jiàn)骨缺損的修復(fù)則與對(duì)照組無(wú)明顯差別[1]。在兔脛骨皮質(zhì)骨缺損中植入載有洛伐他汀的可吸收膠原海綿后出現(xiàn)骨量增加，伴有骨礦物質(zhì)密度增加[20]。將洛伐他汀微粒復(fù)合可生物降解的聚氨酯支架植入大鼠股骨大段缺損區(qū)，術(shù)后觀察骨缺損區(qū)新骨形成顯著增加，作者得出結(jié)論，洛伐他汀對(duì)大段骨缺損有顯著修復(fù)效果，由于骨斷端橋接只見(jiàn)于洛伐他汀治療組[21]。然而，并非所有骨缺損應(yīng)用他汀類(lèi)藥物的研究被證明是有效的。 Cottrell等[22]發(fā)現(xiàn)洛伐他汀局部遞送至大鼠股骨缺損并未導(dǎo)致缺損部位出現(xiàn)明顯的新骨形成。

由于他汀類(lèi)藥物與骨折和骨缺損修復(fù)密切相關(guān)，金屬內(nèi)植物是骨科常見(jiàn)的固定方式，許多學(xué)者研究他汀類(lèi)藥物通過(guò)全身或局部用藥來(lái)增強(qiáng)內(nèi)固定物周?chē)怯夏芰?。Masuzaki等[23]發(fā)現(xiàn)應(yīng)用含氟伐他汀的微粒能增強(qiáng)植入大鼠脛骨的鈦棒周?chē)某晒亲饔?。這種利用局部用藥的方式通過(guò)非胃腸和非靜脈途徑實(shí)現(xiàn)全身用藥。同樣，Yoshii等[24]發(fā)現(xiàn)給脛骨鈦棒固定的大鼠腹腔注射辛伐他汀也能增強(qiáng)其愈合能力。Du等[25]應(yīng)用脛骨螺釘植入卵巢切除大鼠骨質(zhì)疏松性骨骼內(nèi)，結(jié)果顯示口服辛伐他汀與未接受辛伐他汀的卵巢切除大鼠相比，能夠加強(qiáng)螺釘周?chē)墓怯?。一?xiàng)檢查大鼠脛骨涂有氟伐他汀的純鈦棒的研究顯示，內(nèi)植物周?chē)求w積、內(nèi)植物周?chē)墙佑|和固定強(qiáng)度顯著增加[26]。另一項(xiàng)研究中在內(nèi)植物植入前局部應(yīng)用氟伐他汀，結(jié)果顯示與非氟伐他汀治療組相比，氟伐他汀治療組在4周時(shí)礦化骨體積顯著增加[27]。

3 他汀類(lèi)藥物對(duì)骨質(zhì)疏松的作用

骨質(zhì)疏松癥和低骨量幾乎影響80%的老年女性和超過(guò)40%的老年男性[28]。該病的特征是骨密度（BMD）降低，骨骼脆性增加，容易發(fā)生骨折[29]。雙膦酸鹽是一類(lèi)抗骨質(zhì)疏松藥物，目前用于防止骨流失[30]。盡管雙膦酸鹽已經(jīng)被證實(shí)對(duì)多種疾病的治療具有良好的臨床療效，如癌癥轉(zhuǎn)移、多發(fā)性骨髓瘤、Paget病和骨性骨橋炎，但也會(huì)引起嚴(yán)重的副作用，尤其是下頜骨壞死[31-32]。雙磷酸鹽抑制甲戊酸鈉通路中HMG-CoA還原酶下游的一種酶，同樣，他汀類(lèi)藥物也具有相似的作用，同時(shí)降低了骨壞死的可能性。體外研究表明，他汀類(lèi)藥物具有直接的抗破骨細(xì)胞活性[33-34]。

在研究骨質(zhì)疏松癥時(shí)，有兩個(gè)因素可以用來(lái)判斷疾病的嚴(yán)重程度：骨密度和骨折風(fēng)險(xiǎn)。臨床研究表明，使用他汀類(lèi)藥物治療高膽固醇血癥的患者在對(duì)抗骨質(zhì)疏松方面有良好的效果[35-36]。他汀類(lèi)藥物單獨(dú)或與激素替代療法和其他療法聯(lián)合使用，能夠增加患者的骨密度[37-38]。然而，研究發(fā)現(xiàn)氟伐他汀對(duì)骨折疏松沒(méi)有明顯的作用[39-40]，這表明并非所有的他汀類(lèi)藥物對(duì)骨轉(zhuǎn)換和骨吸收都有相同的作用。其中的一項(xiàng)研究主要集中于絕經(jīng)后婦女，發(fā)現(xiàn)他汀類(lèi)藥物對(duì)減少這些患者的骨丟失沒(méi)有作用，表明他汀類(lèi)藥物更適合預(yù)防骨質(zhì)疏松癥。

一項(xiàng)病例對(duì)照研究發(fā)現(xiàn)，在6110例65歲和65歲以上的居民中，他汀類(lèi)藥物與髖部骨折具有一定的相關(guān)性[41]。研究發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)用他汀類(lèi)藥物的人群中，髖部骨折發(fā)生率僅為未應(yīng)用人群的一半。Meier在美國(guó)六個(gè)健康護(hù)理機(jī)構(gòu)進(jìn)行的基于人群病例對(duì)照研究報(bào)告了類(lèi)似的結(jié)果[42]，本研究調(diào)查了928例60歲以上女性髖、肱骨、脛骨遠(yuǎn)端、腕部或腰椎骨折，這些數(shù)據(jù)與2747例無(wú)骨折對(duì)照組進(jìn)行比較。研究發(fā)現(xiàn)，使用他汀類(lèi)藥物1年的女性骨折率低于未使用他汀類(lèi)藥物的女性。在對(duì)年齡、住院人數(shù)、慢性病評(píng)分和使用非他汀類(lèi)降脂藥物后，他們得出結(jié)論，他汀類(lèi)藥物對(duì)人體具有促進(jìn)骨合成作用，從而降低骨折風(fēng)險(xiǎn)，盡管他汀類(lèi)藥物使骨質(zhì)量?jī)H有少量增加[43-44]。Pasco等[46]研究發(fā)現(xiàn)使用他汀類(lèi)藥物治療的患者骨折風(fēng)險(xiǎn)降低60%。他汀類(lèi)藥物的使用與股骨頸的校正骨密度增加3%相關(guān)，脊柱和全身的骨密度也有增加的趨勢(shì)，但沒(méi)有達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[45]。雖然許多研究已經(jīng)證實(shí)應(yīng)用他汀類(lèi)藥物能夠降低骨折風(fēng)險(xiǎn)。但文獻(xiàn)報(bào)道普伐他汀和氟伐他汀沒(méi)有顯示出明顯的降低骨折風(fēng)險(xiǎn)[46]。

4 給藥途徑

全身給藥是目前主要的用藥方法，其中口服給藥是動(dòng)物研究中最常用的全身給藥方法。在93項(xiàng)體內(nèi)研究中，36.55%使用全身用藥途徑。其中79.41%通過(guò)口服辛伐他汀，8.82%使用皮下（SC）注射，5.88%使用腹膜內(nèi)（IP）給藥，僅2.94%使用肌內(nèi)（IM）注射。大多數(shù)體內(nèi)研究在受傷部位局部應(yīng)用辛伐他汀。辛伐他汀的局部給藥至少有兩種方式，包括局部注射和通過(guò)藥物載體植入。在59項(xiàng)研究中，25.42%使用不同的載體局部應(yīng)用辛伐他汀，74.57%在受損的骨缺損中植入各種骨支架，以便長(zhǎng)時(shí)間地輸送辛伐他汀。

口服或通過(guò)IV，IM，IP或SC注射進(jìn)行全身給藥是提供辛伐他汀的一種簡(jiǎn)單和安全的方法。然而，在這種方法中，整個(gè)身體都受到影響，大部分藥物通過(guò)肝臟代謝，其濃度和生物利用度迅速下降。因此，只有少量的他汀類(lèi)藥物到達(dá)目標(biāo)部位。辛伐他汀對(duì)骨的親和力低，所以需要長(zhǎng)時(shí)間維持辛伐他汀在血液中的有效濃度，以確保辛伐他汀能夠持續(xù)影響受損部位。因此，如果采取全身性用藥，辛伐他汀需要連續(xù)性給藥。

局部用藥是另一種可用于加速骨折愈合的給藥方法，其優(yōu)點(diǎn)是他汀藥物不被肝臟代謝，因此藥物毒性和副作用的風(fēng)險(xiǎn)降低。局部注射方法藥物的生物利用度低，因?yàn)榇蟛糠炙幬镌谘h(huán)血液中溶解并從體內(nèi)排出。因此，需要重復(fù)局部注射辛伐他汀以維持受損部位的藥物濃度。另外，通過(guò)不同的載體（特別是支架）局部應(yīng)用辛伐他汀，使藥物能夠逐漸從支架中釋放出來(lái)。通過(guò)這種方法可以顯著降低骨愈合所需的總藥量。

5 劑量

在不同的研究中藥物劑量的使用上也有很大的差異，這主要是與給藥的途徑有關(guān)。當(dāng)全身給藥時(shí)，應(yīng)使用治療劑量。如果局部用藥時(shí)，可以使用較低的劑量。另一個(gè)干擾因素是動(dòng)物模型，例如，當(dāng)選擇辛伐他汀通過(guò)骨支架局部輸送時(shí)，促進(jìn)新骨形成所需的總劑量在兔和大鼠上有顯著的差異。

Mundy等[12]報(bào)道給去勢(shì)大鼠每天應(yīng)用劑量為5～10mg/kg的辛伐他汀，35天后觀察可見(jiàn)大鼠的骨小梁明顯增加。Maritz等[47]研究發(fā)現(xiàn)，大劑量應(yīng)用辛伐他?。?0 mg/kg/d）可促進(jìn)骨形成，而小劑量辛伐他汀（1 mg/kg/d）則減少骨形成，增加骨吸收。Cottrell等[22]在食物內(nèi)加入辛伐他汀通過(guò)喂食的方式用藥劑量可達(dá)到120mg/kg/d的極高劑量。

據(jù)報(bào)道，超高劑量全身應(yīng)用辛伐他汀會(huì)增加肝衰竭、腎臟疾病、橫紋肌溶解癥、肌痛和其他副作用的風(fēng)險(xiǎn)[48-49]。辛伐他汀具有局部和全身的抗炎特性。已經(jīng)證明，局部用藥約70mg/kg會(huì)導(dǎo)致皮膚炎癥和結(jié)痂[50]。Stein等[51]在研究中應(yīng)用不同劑量的辛伐他汀，發(fā)現(xiàn)降低辛伐他汀的劑量能夠減少炎性反應(yīng)。與對(duì)照組相比，大鼠注射辛伐他汀1.7～2.0mg/kg能有效地減輕軟組織腫脹，同時(shí)保持骨骼生長(zhǎng)。目前臨床上應(yīng)用的他汀類(lèi)藥物安全有效劑量和不良反應(yīng)見(jiàn)表1。應(yīng)謹(jǐn)慎選擇劑量，并需要進(jìn)一步研究以確定治療效果的最佳劑量。

表1 他汀類(lèi)藥物臨床應(yīng)用安全有效劑量和不良反應(yīng)

6 未來(lái)的發(fā)展和挑戰(zhàn)

他汀類(lèi)藥物在骨再生和骨質(zhì)疏松的研究領(lǐng)域還有許多挑戰(zhàn)需要解決。首先，由于藥物類(lèi)型和給藥方法不同，很難從公布的體外和體內(nèi)研究中闡明藥物類(lèi)型與他汀類(lèi)藥物有效濃度之間有意義的比較。關(guān)于他汀類(lèi)藥物的類(lèi)型，已經(jīng)做了一些努力來(lái)區(qū)分為什么不同的他汀類(lèi)藥物會(huì)產(chǎn)生不同的效果，并且有一些證據(jù)表明可能在于不同藥物有不同的水溶性或疏水性[52-53]。考慮到一些他汀類(lèi)藥物對(duì)血管生成的影響，血管的形成（骨愈合中的另一個(gè)關(guān)鍵過(guò)程）可能導(dǎo)致骨再生。最有可能的是，他汀類(lèi)藥物對(duì)骨愈合的影響是他汀類(lèi)藥物的許多多效性作用的復(fù)雜相互作用，需要系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)來(lái)闡明。因此，人們?nèi)匀粨?dān)心他汀類(lèi)藥物的作用可能不一致且不可預(yù)測(cè)，使其對(duì)臨床沒(méi)有吸引力。

7 結(jié)論

他汀類(lèi)藥物能夠影響骨代謝，具體包括以下幾方面：1）通過(guò)增加成骨細(xì)胞的數(shù)量和通過(guò)增加BMP-2的表達(dá)誘導(dǎo)局部細(xì)胞分化為成骨細(xì)胞；2）減少成骨細(xì)胞凋亡，從而增加了成骨細(xì)胞的數(shù)量；3）通過(guò)減少巨噬細(xì)胞或單核細(xì)胞向破骨細(xì)胞的分化，因此減少了骨吸收和骨丟失。他汀類(lèi)藥物是一種骨誘導(dǎo)化合物，可以口服或局部使用，以促進(jìn)骨折愈合或抑制骨質(zhì)疏松。雖然局部應(yīng)用他汀類(lèi)藥物是一種可靠和有效的方法，但全身應(yīng)用也是一種有價(jià)值的骨再生方法。然而，與局部用藥相比，全身用藥的失敗率更高。此外，全身給藥方法需要更高劑量，增加了藥物副作用。

他汀藥物治療的主要分歧與劑量有關(guān)。他汀類(lèi)藥物對(duì)骨愈合有劑量依賴(lài)性作用，但這種特性僅在特定劑量范圍內(nèi)有價(jià)值。盡管許多研究使用相同劑量的他汀藥物治療骨缺損或預(yù)防骨質(zhì)疏松癥，但在使用全身給藥途徑的研究中他汀類(lèi)藥物的劑量有很大差異。載體在他汀類(lèi)藥物的局部給藥中起著重要作用。為了長(zhǎng)期釋放藥物，他汀類(lèi)藥物可以被裝載到不同的載體上，這種方法可以顯著減少骨修復(fù)所需的總劑量，同時(shí)也可以減少他汀類(lèi)藥物相關(guān)的副作用。與局部注射法相比，這種通過(guò)載體局部應(yīng)用他汀類(lèi)藥物對(duì)骨代謝的作用更佳。在臨床前期研究中，未來(lái)的研究應(yīng)明確哪種劑量（包括局部和全身給藥）能夠?qū)钦塾虾凸琴|(zhì)疏松產(chǎn)生有益的影響。