骨轉(zhuǎn)換生化標(biāo)志物的研究新進展

周衛(wèi)東 常九州 程力

1. 長沙市中醫(yī)醫(yī)院(長沙市第八醫(yī)院)內(nèi)分泌科，長沙 410100 2. 湖南中醫(yī)藥大學(xué)，長沙 410100

骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis，OP)是一種以骨量低下、骨微結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致骨脆性增加，易發(fā)生骨折為特征的全身性骨病。目前國際上診斷骨質(zhì)疏松癥的金標(biāo)準(zhǔn)是采用雙能量X線吸收法測定骨密度[1]。骨轉(zhuǎn)換生化標(biāo)志物是反映骨吸收和骨形成狀況，并能夠在血液和尿液及人體分泌物檢測出來的活性物質(zhì)。通過骨轉(zhuǎn)換生化標(biāo)志物聯(lián)合骨密度可以使我們更早的了解骨轉(zhuǎn)換的動態(tài)，對骨轉(zhuǎn)換平衡狀態(tài)的評估、骨代謝疾病的鑒別診斷、抗骨質(zhì)疏松治療療效監(jiān)測等方面有重要意義。在過去的十年中，傳統(tǒng)的骨轉(zhuǎn)換生化標(biāo)志物已廣泛應(yīng)用于臨床骨質(zhì)疏松的療效跟蹤，及代謝性骨病的鑒別診斷[2]。隨著現(xiàn)代生物醫(yī)藥技術(shù)的發(fā)展，逐步發(fā)現(xiàn)更多的骨轉(zhuǎn)換生化標(biāo)志物，現(xiàn)就對骨轉(zhuǎn)換生化標(biāo)志物的研究新進展做一個綜述。

1 傳統(tǒng)的骨轉(zhuǎn)換生化標(biāo)志物

目前一些骨轉(zhuǎn)換生化標(biāo)志物已經(jīng)廣泛應(yīng)用到臨床診療、研究中，我們可以稱它們?yōu)閭鹘y(tǒng)的骨轉(zhuǎn)換生化標(biāo)志物。傳統(tǒng)的骨轉(zhuǎn)換生化標(biāo)志物分為骨形成標(biāo)志物和骨吸收標(biāo)志物。骨形成標(biāo)志物包括：骨特異性堿性磷酸酶(BALP)、骨鈣素(OC)、護骨素(OPG)、血清Ⅰ型前膠原羧基末端(C端)前肽(PⅠCP)和Ⅰ型前膠原氨基末端(N端)前肽(PⅠNP)；骨吸收標(biāo)志物包括：抗酒石酸酸性磷酸酶(TRACP-5a、TRACP-5b)、吡啶啉(PYD)、脫氧吡啶啉(DPD)、Ⅰ型膠原N末端肽(NTX)與Ⅰ型膠原C端肽(CTX)。一些研究表明，傳統(tǒng)的骨轉(zhuǎn)換生化標(biāo)志物已經(jīng)運用在不同的臨床疾病，特別是骨質(zhì)疏松癥。張萌萌[3]對1084例女性研究中發(fā)現(xiàn)BALP、TRACP、CTX、BGP在骨代謝過程中相互作用影響骨質(zhì)量，與BMD有重要聯(lián)系，說明骨轉(zhuǎn)換生化標(biāo)志物可以為監(jiān)測骨代謝水平、骨質(zhì)疏松的診斷、鑒別診斷提供分子生物學(xué)依據(jù)。另有研究發(fā)現(xiàn)，女性O(shè)PG和TGF-β(轉(zhuǎn)化生長因子-β)與BALP、BGP、NTX、CTX和uDPD呈顯著正相關(guān)，證實了OPG和TGF-β是骨轉(zhuǎn)換速率的重要決定因素[4]。鄧詠梅等[5]對絕經(jīng)后1～5年的婦女研究發(fā)現(xiàn)，BMD降低者其血清PⅠNP、PⅠCP、OC明顯升高，說明骨轉(zhuǎn)換增加，對絕經(jīng)后婦女早期定時聯(lián)檢OC、PⅠNP和PⅠCP，可早期識別出有骨質(zhì)疏松發(fā)生風(fēng)險的人群，進而加以指導(dǎo)和預(yù)防性治療，最終達到阻擋或延緩OP進程，降低OP的發(fā)生率。一項對骨質(zhì)疏松癥人群10年追蹤調(diào)查中表明，CTX、NTX與PⅠNP、DPD在女性人群中顯著增高，提示CTX、NTX與PⅠNP、DPD是除了骨密度之外，可以預(yù)測椎骨骨質(zhì)疏松的生化標(biāo)志物[6]。在對糖尿病腎病患者研究發(fā)現(xiàn)，其腰椎及股骨頸BMD與年齡、血肌酐(Cr)、尿素氮(BUN)、CTX、PTH成負(fù)相關(guān)，與血Ca、25-0H-D、BGP、PⅠNP成正相關(guān)，提示25-0H-D、BGP、PⅠNP、CTX、PTH可以作為骨代謝變化的早期指標(biāo)，并為糖尿病腎病患者骨質(zhì)疏松癥的早期診斷提供依據(jù)[7]。Moqhaddam[8]研究發(fā)現(xiàn)，血清TRACP-5b和CTX的特征性變化能夠反映骨折的愈合情況，可以用來監(jiān)測骨折愈合的療效。

2 新的骨轉(zhuǎn)換生化標(biāo)志物

在骨形成和骨吸收代謝過程中產(chǎn)生了一些生物因子。其中，傳統(tǒng)骨轉(zhuǎn)換生化標(biāo)志物就是在臨床上對骨形成和骨吸收有明確影響的生物因子。另有一些因子，即新的骨轉(zhuǎn)換生化標(biāo)志物，也能夠反映骨形成和骨吸收過程，但是尚未得到臨床上的廣泛證實，這些因子就是我們要研究的。下面將對這些新骨轉(zhuǎn)換生化標(biāo)志物在骨代謝疾病方面的研究及其進展進行討論。

2.1 骨唾液酸蛋白(Bone sialoprotein BSP)

BSP是一種由成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞以及與骨骼相關(guān)細(xì)胞合成的分子量為70～80kD的非膠原蛋白。它約占骨中非膠原蛋白量5%～10%，與骨橋蛋白、牙基質(zhì)蛋白-1、牙質(zhì)唾液酸蛋白和細(xì)胞外基質(zhì)磷酸糖蛋白同屬于SIBLINGs分泌蛋白家族，對骨的發(fā)育、改建、修復(fù)等具有重要調(diào)節(jié)作用[9]。在一些骨代謝性疾病，如多發(fā)性骨髓瘤、無癥狀或良性甲狀旁腺機能亢進癥、Pagets病以及骨轉(zhuǎn)移瘤病人中，血清BSP水平可明顯升高。國內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)BSP不僅能夠促進成骨細(xì)胞的分化和礦化，還能誘導(dǎo)成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的黏附，增強骨吸收活性，提示BSP的血清水平可以作為骨代謝疾病的一個潛在的診斷指標(biāo)[10]。Bouleftour[11]通過BSP基因敲除小鼠與正常小鼠對比發(fā)現(xiàn)BSP基因敲除小鼠出現(xiàn)短骨的變長和骨轉(zhuǎn)換的降低，說明BSP在骨重建中起重要作用。BSP不僅在骨代謝疾病方面有重要作用，在癌癥并發(fā)骨轉(zhuǎn)移時亦有顯著意義。鄧立春[12]研究表明，血清BSP與NTX水平的升高在前列腺癌發(fā)生骨轉(zhuǎn)移時有重要的預(yù)測意義。所以有研究者認(rèn)為BSP是一種可用于評價腫瘤骨轉(zhuǎn)移早期、獨立的標(biāo)志物，并且是最有希望成為監(jiān)測癌癥靶向治療的骨轉(zhuǎn)移生化標(biāo)志物[13]。

2.2 骨膜蛋白(Periostin POSTN)

骨膜蛋白又稱骨特異性因子2(osteoblast-specific factor，OSF)，是一種新發(fā)現(xiàn)的高分子糖蛋白，相對分子量約為9.0×104kD。它是成骨細(xì)胞及其前體細(xì)胞的黏附分子，在成骨細(xì)胞的募集、附著和播散過程中發(fā)揮作用。在骨組織中，骨膜蛋白在骨膜強表達，但是在骨重建活躍的成骨細(xì)胞并不表達，間接地參與骨形成和骨修復(fù)過程；現(xiàn)已證實，骨膜蛋白是前成骨細(xì)胞的特異性標(biāo)志物[14]。目前尚無生化標(biāo)志物用來評估骨膜代謝，但是相關(guān)研究認(rèn)為，骨膜蛋白有可能成為反映骨膜新陳代謝的生物學(xué)標(biāo)志物[15]。最近的研究發(fā)現(xiàn)，高血清骨膜蛋白水平與絕經(jīng)后婦女骨折風(fēng)險增加有關(guān)，監(jiān)測血清骨膜蛋白水平有助于評估骨折風(fēng)險[16，17]。但是Anastasilakis等[18]通過唑來膦酸治療絕經(jīng)后婦女發(fā)現(xiàn)，血清骨膜蛋白水平在骨量正常組和骨量減少組之間無明顯變化，說明骨膜蛋白與骨折風(fēng)險無關(guān)聯(lián)。因此，骨膜蛋白在監(jiān)測骨折風(fēng)險方面仍需要進一步的探索。國內(nèi)外研究[19，20]發(fā)現(xiàn)骨膜蛋白主要表達于富含膠原蛋白的纖維結(jié)締組織中，并不局限于骨，在牙周膜、心臟瓣膜和肌腱中也有表達，所以在冠心病、牙周病、腫瘤方面也有一定的應(yīng)用。

2.3 骨硬化蛋白(sclerostin SO)

骨硬化蛋白又稱硬骨素、骨硬化素，是一種含有胱氨酸結(jié)構(gòu)的分泌型糖蛋白，是致病基因SOST(sclerosteosis,SOST)的表達產(chǎn)物，在調(diào)節(jié)骨重建過程起著重要作用。研究表明，骨硬化蛋白調(diào)節(jié)前成骨細(xì)胞增殖、分化與凋亡，抑制成骨細(xì)胞的分化與礦化，對骨形成呈負(fù)調(diào)控，是骨礦化過程的一個重要調(diào)節(jié)因子[21]。Xu[22]對650名絕經(jīng)后中國婦女研究發(fā)現(xiàn)，骨質(zhì)疏松組血清骨硬化蛋白水平高于骨量正常組，血清骨硬化蛋白水平與腰椎骨密度呈負(fù)相關(guān)，說明骨硬化蛋白可能參與絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病機制，并在骨代謝中發(fā)揮重要作用。還有研究發(fā)現(xiàn)血清骨硬化蛋白水平與血清雌二醇含量呈負(fù)相關(guān)，提示絕經(jīng)后婦女發(fā)生骨代謝負(fù)平衡，與雌激素水平的驟降引起SOST表達上調(diào)，致使骨硬化蛋白分泌增多有關(guān)[23]。另外，血清骨硬化蛋白水平與骨大小、密度和強度呈負(fù)相關(guān)[24]。另有對SOST基因敲除小鼠與正常小鼠對比發(fā)現(xiàn)，SOST基因敲除小鼠的骨密度顯著增加，骨形成速率和骨骼強度也明顯增加，進一步證實骨硬化蛋白抑制骨形成[25]。還有研究認(rèn)為骨硬化蛋白在2型糖尿病骨質(zhì)疏松癥患者中，可以作為一個骨代謝活動增加的標(biāo)志物[26]。骨膜蛋白不僅與骨代謝密切相關(guān)，與骨折發(fā)生的風(fēng)險也有一定的關(guān)系。Ardawi等[27]通過跟蹤隨訪(5.2±1.3年)707例絕經(jīng)后女性發(fā)現(xiàn)，血清骨硬化蛋白濃度較高的患者，發(fā)生骨質(zhì)疏松性骨折風(fēng)險較高。鑒于此，骨硬化蛋白抗體制劑通過減少對成骨細(xì)胞的抑制，使骨形成增加，從而增加骨密度，為骨質(zhì)疏松癥的治療提供了另一種新思路。Tian等[28]利用骨硬化蛋白抗體治療后肢制動的小鼠，結(jié)果證明可以增加骨量，抑制骨吸收。對獼猴動物模型的觀察實驗也證實了，骨硬化蛋白單克隆抗體能促進骨形成，增加骨密度[29]。Virk等[30]通過對照實驗發(fā)現(xiàn)骨硬化蛋白單克隆抗體能夠促進骨形成，對骨折有重要的修復(fù)作用。

2.4 組織蛋白酶K(Cathepsin K，Cat K)

組織蛋白酶K具有蛋白水解酶的作用，是木瓜蛋白酶家族中的半胱氨酸蛋白酶的一種。Cat K于1994年首次發(fā)現(xiàn)，是反映骨吸收方面的生物學(xué)標(biāo)志物[31]。Cat K參與骨吸收并發(fā)揮關(guān)鍵作用的酶，它在破骨細(xì)胞中高度表達，導(dǎo)致破骨細(xì)胞代謝增強、骨吸收加快，最終造成骨質(zhì)疏松癥。與Cat K基因敲除小鼠所致的骨硬化癥表現(xiàn)型相同，人類Cat K基因表達的變異也會導(dǎo)致致密性成骨不全癥，這是一種常染色體隱性遺傳病，最終導(dǎo)致骨質(zhì)疏松和骨脆性增加[32]。林一峰等[33]研究認(rèn)為Cat K的過度表達是導(dǎo)致骨密度下降的重要原因，是骨質(zhì)疏松癥發(fā)生的潛在危險因子。李明慧等[34]研究發(fā)現(xiàn)，甘草附子湯通過下調(diào)破骨細(xì)胞Cat K的表達，來抑制去卵巢大鼠骨組織中成骨細(xì)胞I型膠原蛋白的降解，增加骨小梁的數(shù)量，改善骨小梁的結(jié)構(gòu)，減低骨的轉(zhuǎn)換率，從而可能預(yù)防絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥。另有研究表明，絕經(jīng)后婦女低骨量患者血清Cat K增加，進一步說明了Cat K能引起骨吸收增加[35]。Jahn[36]通過唑來膦酸治療后發(fā)現(xiàn)，絕經(jīng)后婦女骨質(zhì)疏松癥患者血清Cat K水平降低，說明Cat K可以監(jiān)測雙膦酸鹽類藥物的療效。國外對Cat K基因敲除小鼠研究發(fā)現(xiàn)，骨組織活檢表現(xiàn)為骨吸收障礙，骨形成保持不變或增加，說明Cat K在骨吸收過程中占有重要地位[37]。鑒于Cat K在骨吸收過程中的促進作用，目前已有組織蛋白酶K抑制劑開發(fā)出來，臨床試驗中有：relacatib(SB-462795)、巴利卡替(Balicatib，AAE-581)、ONO-5334、ODN(MK-0822)等。其中巴利卡替與雙膦酸鹽類藥物相比，其優(yōu)勢在于除了抑制骨吸收同時也刺激骨形成[38]，而且口服劑量可以耐受。Eastell等[39]研究也顯示了ONO-5334可減少骨吸收，但對骨形成或者破骨細(xì)胞活性沒有明顯作用。

2.5 破骨細(xì)胞抑制性凝集素(Osteoclasst inhibitory lectin, OCIL)

OCIL是由成骨細(xì)胞系/基質(zhì)細(xì)胞譜系表達，是一種新近發(fā)現(xiàn)的對骨吸收起抑制作用的Ⅱ型跨膜蛋白。Zhou等[40]在小鼠成骨細(xì)胞中首次發(fā)現(xiàn)OCIL，并且認(rèn)為OCIL可能是獨立于RANKL/OPG系統(tǒng)外，調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞發(fā)育和骨吸收的又一條作用通路。Yun研究[41]表明OCIL抑制破骨細(xì)胞形成，同時還抑制破骨細(xì)胞的活動。目前，對OCIL抑制破骨細(xì)胞分化的機制了解較少，有研究發(fā)現(xiàn)在大鼠UMR106細(xì)胞、大鼠頭顱骨原代培養(yǎng)的成骨細(xì)胞和小鼠MC3T3-E1細(xì)胞PTHrp(1-34)可以增加OCIL的表達[42]，而SP1蛋白家族參與了OCIL轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)[43]。劉瑞等[44]通過基因工程的方法成功獲得了OCIL胞外段重組蛋白，為進一步研究OCIL調(diào)控破骨細(xì)胞骨吸收的分子機制奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。由于臨床上對骨質(zhì)疏松、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和腫瘤骨轉(zhuǎn)移等所致的嚴(yán)重骨量丟失仍無較好的治療方案，OCIL的發(fā)現(xiàn)，為骨代謝疾病的治療提供了一個新的研究方向。

2.6 成纖維細(xì)胞生長因子23(FGF-23)

FGF-23是新近發(fā)現(xiàn)的主要由成骨細(xì)胞分泌的內(nèi)分泌因子，其作用于腎臟，主要功能是抑制維生素D的合成及腎小管磷酸鹽的重吸收。FGF-23水平與慢性腎病、心血管病、骨質(zhì)疏松癥有關(guān)。FGF-23水平升高能夠降低活性維生素D水平，另一方面，活性維生素D的減少又會導(dǎo)致FGF-23生成增加[45，46]，而過度表達FGF-23的小鼠中皮質(zhì)骨及骨小梁密度均降低[47]。鑒于FGF-23在調(diào)節(jié)體內(nèi)磷酸鹽平衡的重要性，它有可能作為骨轉(zhuǎn)換生化指標(biāo)來評價骨強度和骨折風(fēng)險。Mirza 等[48]對2868例瑞典老年男性(平均年齡75歲)超過3年研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF-23基線水平的增加與骨折風(fēng)險升高相關(guān)，說明FGF-23是一種新型的老年人骨折風(fēng)險預(yù)測指標(biāo)。另有研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF-23與骨折風(fēng)險在整體人群中無明顯的聯(lián)系，但在腎功能受損人群中，F(xiàn)GF-23的水平升高，則有雙重骨折風(fēng)險[49]。

3 展望

最近發(fā)現(xiàn)的骨轉(zhuǎn)換生化標(biāo)志物中，特別是骨硬化蛋白和組織蛋白酶K，在骨質(zhì)疏松癥和骨代謝疾病方面已經(jīng)開展了不少的臨床研究，并且有一部分抗骨質(zhì)疏松藥物開發(fā)出來。但是這些新的骨轉(zhuǎn)換生化標(biāo)志物較傳統(tǒng)的骨轉(zhuǎn)換生化標(biāo)志物，在反映骨重建靈敏性、特異性、穩(wěn)定性方面還缺乏強有力的證據(jù)，這就需要完善更多的研究試驗?？傊谝院蟮难芯恐?，需要我們不斷發(fā)現(xiàn)更新的生物學(xué)標(biāo)志物，為骨代謝疾病的診斷、治療、療效監(jiān)測、骨折發(fā)生風(fēng)險等方面提供更好的監(jiān)測指標(biāo)。