微重力狀態(tài)下骨量丟失對抗措施的研究進(jìn)展

鄭平 李紅梅

戰(zhàn)略支援部隊(duì)航天系統(tǒng)部航天城門診部，北京 100094

在微重力環(huán)境，人體所發(fā)生的一系列適應(yīng)性改變中，大部分系統(tǒng)的變化具有一定自限性，在航天飛行中會(huì)達(dá)到新的平衡狀態(tài)，不再繼續(xù)發(fā)展，只有骨骼系統(tǒng)的變化呈現(xiàn)出進(jìn)行性的過程，一名宇航員太空中1個(gè)月的骨量丟失等于地面上一名絕經(jīng)期婦女1年的骨量丟失。因此，長期的失重環(huán)境，骨礦鹽的持續(xù)丟失是航天飛行中人類所面臨的嚴(yán)重生理反應(yīng)之一，也是妨礙人類長期太空停留和探索外星球的主要障礙之一。所以，失重骨量丟失防治措施的研究是航天醫(yī)學(xué)的重要課題。

在人的一生中，骨代謝(骨吸收和新骨形成)是不斷進(jìn)行的過程，以適應(yīng)人體負(fù)重的情況。微重力性骨量丟失不同于老年性骨質(zhì)疏松，是一種局部力學(xué)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)起主導(dǎo)作用、并受多層次調(diào)節(jié)的復(fù)雜變化過程[1]，是特殊的廢用性骨質(zhì)疏松和繼發(fā)性骨質(zhì)疏松。人們通過對大鼠尾部懸吊以及人類頭低位臥床模擬微重力模型，發(fā)現(xiàn)微重力在轉(zhuǎn)錄水平上抑制骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞增值和成骨分化、間充質(zhì)干細(xì)胞生長和分化信號分子ERK1/2和AKT的磷酸化水平及p85β表達(dá)下降、誘導(dǎo)成骨細(xì)胞骨架系統(tǒng)解聚重排、降低成骨細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度及caM KII信號通路、過度代償性消耗自身物質(zhì)抑制成骨細(xì)胞分化、阻礙成骨細(xì)胞周期進(jìn)程等，另一方面，微重力下骨破壞增多，導(dǎo)致尿鈣分泌增加，小腸鈣離子吸收減少，血清鈣離子濃度升高，從而血清甲狀旁腺素和骨化三醇水平降低，抑制骨形成。基于上述機(jī)理，人們積極探尋其對抗措施，如物理干預(yù)、藥物與營養(yǎng)等。筆者重點(diǎn)綜述上述干預(yù)措施防治骨量丟失方面的作用。

1 物理對抗措施

1.1 體育鍛煉

體育鍛煉作為航天飛行中骨量丟失的對抗措施已經(jīng)研究了40余年。在俄羅斯和平號空間站的研究顯示跑步機(jī)和蹬車運(yùn)動(dòng)并未阻止骨量丟失和人體鈣的丟失，其原因是因?yàn)闆]有阻力對抗運(yùn)動(dòng)[2]。國際空間站(ISS)應(yīng)用“臨時(shí)”阻力訓(xùn)練系統(tǒng)(iRED)進(jìn)行首次飛行研究，骨量丟失結(jié)果與俄羅斯和平號空間站結(jié)果相仿[3]；盡管如此，WISE臥床試驗(yàn)(2008年)發(fā)現(xiàn)阻力訓(xùn)練聯(lián)合有氧訓(xùn)練雖然不能阻止骨吸收，但是促進(jìn)骨生成，從而維持骨密度[4]。進(jìn)一步的太空飛行阻力訓(xùn)練研究是2006年至2009年間由ISS進(jìn)行的利用高級阻力訓(xùn)練系統(tǒng)(ARED)與iRED相比較的研究。ARED考慮到最大限度地模擬暴露于地面重力的情況(包括坐位時(shí)重力的影響)，其裝置在內(nèi)部飛輪上提供273kg[5](于地面正常重力時(shí)稱量)的持久負(fù)荷力，而iRED裝置提供的是臨時(shí)性非持續(xù)的136kg[6](于地面正常重力時(shí)稱量)的負(fù)荷力。另外，ARED組的熱量攝入大于WHO預(yù)測值的90%，維生素D補(bǔ)充量為800IU，而iRED組的熱量攝入是WHO預(yù)測值的70%～80%，維生素D的補(bǔ)充量為400IU[6]。試驗(yàn)結(jié)果顯示ARED組飛行返回后宇航員體重?zé)o下降，機(jī)體肌肉比例增加、脂肪比例減少，血清鈣離子濃度、尿中鈣離子濃度及骨吸收較飛行前無明顯變化，而骨生成明顯增加[6]，并且平均每月骨密度減少從1.0%(iRED組)降至0.3%～0.5%，后者主要源于ARED組采取大劑量持久負(fù)荷力[6]。

1.2 振動(dòng)

2008年至2010年間，研究者們發(fā)現(xiàn)低頻振動(dòng)在保護(hù)動(dòng)物和人體非廢用性骨量丟失方面很有前景[7]；但是，在頭低臥位試驗(yàn)中(微重力模擬實(shí)驗(yàn))保護(hù)骨量丟失的效果卻很有限。通過研究，普遍認(rèn)為高頻振動(dòng)(常用于與阻力訓(xùn)練相結(jié)合)可以有效地保護(hù)模擬微重力(頭低臥位、尾部懸吊、后肢去負(fù)荷)條件下的骨與肌肉[8]。Belavy等[9]通過20名男性受試者56 d臥床試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，阻力訓(xùn)練聯(lián)合振動(dòng)裝置(足部施加阻力并全身振動(dòng))較單獨(dú)阻力訓(xùn)練更為有效地預(yù)防骨量丟失。但是，反復(fù)高頻振動(dòng)的暴露有潛在損傷神經(jīng)細(xì)胞的風(fēng)險(xiǎn)，所以高頻振動(dòng)聯(lián)合阻力訓(xùn)練這一措施一直存在爭議。前期研究多只限于固定頻率的振動(dòng)刺激，骨骼在正常接受應(yīng)力刺激時(shí)，通常為不固定頻率，可變頻率的應(yīng)力刺激更接近生理?xiàng)l件下應(yīng)力刺激狀態(tài)，可能對成骨效應(yīng)的影響更佳。2014年陶飛飛等[10]觀察變頻振動(dòng)在模擬微重力環(huán)境下對體外培養(yǎng)成骨細(xì)胞增殖和分化的影響，發(fā)現(xiàn)變頻振動(dòng)對成骨細(xì)胞的增殖和分化功能具有保護(hù)作用，為機(jī)械振動(dòng)刺激防治微重力環(huán)境下骨量丟失提供了理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1.3 人工重力

超重力負(fù)荷阻力訓(xùn)練作為對抗微重力的重要措施，已證實(shí)其對骨骼肌和心血管系統(tǒng)的益處，但是對骨骼的作用仍有待研究。Stenger等通過21 d頭低位臥床試驗(yàn)，受試者每天1 h接受離心裝置心臟水平1 g重力、足部水平2.5 g重力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該人工重力水平對肌肉、心血管系統(tǒng)有益處[11,12]，而對骨代謝無影響[13]。Rittweger等[14]利用短臂離心裝置對頭低臥位的11人施加1 g人工重力(5 min一陣，共6陣，每天1次，共5 d)，發(fā)現(xiàn)明顯的肌肉和骨骼的分解代謝變化，而這些變化并沒有因?yàn)槭┘尤斯ぶ亓Χ淖?。以上試?yàn)對肌肉的不同結(jié)果可能是因?yàn)槭┘又亓Σ煌鶎?dǎo)致。在2010年至2011年間，Belav等[15]通過臥床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)超重力負(fù)荷阻力訓(xùn)練聯(lián)合軀體振動(dòng)較單純超重力負(fù)荷阻力訓(xùn)練可更好地阻止長期頭低位臥床后某些特定部位的骨量丟失。

2 營養(yǎng)

盡管普遍認(rèn)為體育鍛煉是骨量丟失的主要對抗措施，而營養(yǎng)支持卻獨(dú)立于其他對抗措施來維持骨健康[16]。比如，雙膦酸鹽治療時(shí)需要補(bǔ)充豐富的鈣和維生素D，這樣鈣不會(huì)被骨吸收的藥理抑制作用所破壞。在所有的情況下，營養(yǎng)支持均可以減少微重力對骨的不良作用。盡管充足的鈣攝入很重要，但是過量的鈣補(bǔ)給沒有抑制微重力導(dǎo)致的骨量丟失。這一結(jié)果可能是因?yàn)楣侨サV化作用，后者抑制甲狀旁腺素的分泌和25-羥維生素D向1,25-二羥維生素D的轉(zhuǎn)化，而二者能夠抑制骨吸收。這里主要討論幾種主要的營養(yǎng)支持對抗措施。

2.1 維生素

2.1.1維生素D：無論在地面還是太空，維生素D缺乏均會(huì)對骨造成不利影響。盡管宇宙中沒有紫外線，Leach等和Smith等通過航天員84d[17]、115d[18]和更長的時(shí)間段(128～195 d)[19]太空中攝入維生素D含量減少的飲食后發(fā)現(xiàn)其血液中維生素D儲(chǔ)存量減少。有研究認(rèn)為25-羥維生素D儲(chǔ)存量下降是繼發(fā)于甲狀旁腺素的減少，而不是1,25-二羥維生素D的代謝增加[20]。ISS研究中發(fā)現(xiàn)加倍維生素D3補(bǔ)給每日800IU，航天員血清鈣離子濃度、尿中鈣離子濃度及骨吸收較飛行前無明顯變化，而骨生成明顯增加[7]。但是補(bǔ)充過量的維生素D并沒有對失重狀態(tài)下骨組織產(chǎn)生保護(hù)作用，而且航天飛行時(shí)固有的腎結(jié)石和軟組織異位鈣化，所以應(yīng)注意航天飛行中維生素D的供給量。藥學(xué)專家指出地面上維生素D每日最大攝入量為4000IU；這一上限是否同樣適用于航天飛行中目前尚不知曉。目前研究結(jié)論是航天飛行中維生素D攝入量800IU結(jié)合ARED可有效防止骨量丟失。

2.1.2維生素K：維生素K參與蛋白中G-羧基谷氨酸(Gla)的合成，比如骨Gla-骨鈣蛋白和基質(zhì)Gla-蛋白。航天飛行中由于骨鈣蛋白鈣結(jié)合能力的提高和尿排鈣增加導(dǎo)致維生素K缺乏。因此，可通過補(bǔ)充維生素K來干預(yù)鈣平衡和骨代謝。有報(bào)道[21]維生素K2可降低血清中羧化不全骨鈣蛋白水平，并提高血清骨鈣蛋白水平，保持腰椎骨密度，并防止骨質(zhì)疏松患者骨折的發(fā)生。盡管如此，維生素K2對骨代謝和骨量的影響尚無報(bào)道。另一方面，有報(bào)道[22]航天飛行中應(yīng)用維生素K1后尿中I型交聯(lián)羧基末端肽膠原沒有變化、血清骨特異堿性磷酸鹽水平升高，從而推測維生素K1對骨吸收沒有影響，但是可以對抗骨形成的降低。研究發(fā)現(xiàn)老年女性的髖部骨折發(fā)生率和血清羧化不全骨鈣蛋白水平呈正相關(guān)[23]，而維生素K1對血清羧化不全骨鈣蛋白的作用可能防止航天員骨質(zhì)疏松性骨折的發(fā)生。因此，維生素K在太空飛行骨轉(zhuǎn)換中有很重要的作用。

2.2 蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)

2.2.1蛋白質(zhì)與鉀：導(dǎo)致代謝性酸中毒的情況通常也對骨健康產(chǎn)生負(fù)面影響。同樣，高蛋白或高含硫氨基酸，尤其是生酮飲食，可以增加尿鈣分泌和降低尿液pH值。Remer等[24]研究設(shè)計(jì)出可以通過食物的鈉、鉀、鈣、鎂、氯化物、磷和蛋白質(zhì)含量推算出尿液酸含量的數(shù)學(xué)模型。Michaud等[25]應(yīng)用此模式通過問卷形式(24 h進(jìn)食頻率和進(jìn)食量及種類)計(jì)算酸凈產(chǎn)生量和尿液pH值。Frassetto等[26]研發(fā)了不同于Remer等的設(shè)計(jì)的模型，該模型可以通過飲食中總蛋白質(zhì)和鉀的含量計(jì)算內(nèi)源性酸凈產(chǎn)生量。該研究者們隨后發(fā)現(xiàn)，飲食中的鈉也在食物代謝性酸中毒中也起到重要作用[27]。更進(jìn)一步的臥床氨基酸補(bǔ)給試驗(yàn)顯示飲食中的酸和前體物質(zhì)影響骨和鈣的代謝。比如，受試者接受安慰劑和必需氨基酸聯(lián)合碳水化合物補(bǔ)給飲食(每天45 g必需氨基酸、90 g蔗糖)共28 d，補(bǔ)給組飲食每日含有1.5 g蛋氨酸(是推薦量的1.13倍)，蛋氨酸中的硫在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為硫酸，因此蛋氨酸是酸產(chǎn)生的前體物質(zhì)[28]。結(jié)果顯示補(bǔ)給組尿液pH下降，提示破壞的蛋氨酸比利用的要多?？赡苁怯捎趦?nèi)源性酸產(chǎn)生過多，補(bǔ)給組骨吸收更嚴(yán)重，并且尿鈣分泌增加。需要指出的是，這方面的研究是有爭議的，不是所有的研究都得出如上結(jié)論。更進(jìn)一步的研究需要回答pH值或者骨的生物標(biāo)記的大幅度變化與骨凈變化的相關(guān)程度以及控制血液pH的代償機(jī)制是否對骨量無負(fù)面影響等問題。這些研究需要縝密設(shè)計(jì)并且控制諸多因素，包括能量攝入、鈣、維生素D、磷和鉀等。另外，受試者的健康情況，步行距離等，均需要考慮。

2.2.2鈉/鈉鹽：超過需要量的鈉鹽攝入無論對航天員還是對普通人群均是高血壓患病的主要危險(xiǎn)因素，而且還將導(dǎo)致尿鈣分泌增加，并易于出現(xiàn)骨質(zhì)疏松，尤其是當(dāng)鈣吸收減少的時(shí)候。尚未充分闡明高鈉鹽攝入導(dǎo)致尿鈣分泌增加的機(jī)制。盡管如此，通過近期的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)在年輕、健康人群中高氯化鈉飲食導(dǎo)致輕度代謝性酸中毒[29]。這一發(fā)現(xiàn)和Frassetto等[30]的研究結(jié)果是一致的，他們發(fā)現(xiàn)在年長人群中高鹽飲食導(dǎo)致體液酸度增高。所以有假設(shè)認(rèn)為高鹽飲食使總體pH值降低，激活破骨細(xì)胞，并且高鈉消耗誘導(dǎo)骨吸收。如上所提到的，鈉和氯化物包含在Remer等設(shè)計(jì)的模型中；然而，氯化鈉是個(gè)例外，是影響腎臟酸負(fù)荷的獨(dú)立因子，可能產(chǎn)生超過50%的飲食凈酸產(chǎn)生量[27]。在Frings-Meuthen等嚴(yán)格控制的臥床試驗(yàn)中[31]，破骨細(xì)胞激活的兩個(gè)刺激因素(靜止?fàn)顟B(tài)和高鹽攝入)同時(shí)作用2周時(shí)，骨吸收的排出標(biāo)志物幾乎比試驗(yàn)前增加兩倍(35%增加來源于靜止?fàn)顟B(tài)、50%增加來源于高鹽攝入)。因?yàn)檩p度代謝性酸中毒是破骨細(xì)胞激活的主要原因，所以對抗pH降低的措施可以減輕破骨細(xì)胞的作用。在幾項(xiàng)在較酸性飲食中添加堿性鹽的試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)破骨細(xì)胞活性降低而且(或)骨密度沒有變化[32]。甚至在絕經(jīng)后高鹽攝入的女性，補(bǔ)給檸檬酸鉀飲食可以減少尿鈣增加，并且減輕骨吸收標(biāo)志物[33]。在一個(gè)嚴(yán)格控制的交叉設(shè)計(jì)的研究中，在高鹽飲食中加入碳酸氫鉀(30mmol /d)可以代償輕度代謝性酸中毒，降低高鹽飲食誘導(dǎo)的糖皮質(zhì)激素分泌增加；另外，尿鈣減少12%，骨吸收標(biāo)志物之一(N-端肽)減少8%。由此可見，盡管酸堿平衡在高鹽飲食誘導(dǎo)的骨吸收過程中起到很重要的作用，但是目前仍有未知的因素參與其中。目前研究多是通過對照飲食研究(比較低鈉攝入階段和高鈉攝入階段的骨轉(zhuǎn)換)來探索多高的鈉攝入會(huì)在太空飛行中影響骨轉(zhuǎn)換。但是，太空中鈉攝入到何種程度會(huì)直接導(dǎo)致骨量丟失尚未知曉。盡管如此，考慮到目前航天員鈉攝入量，很有可能減少鈉攝入可以減輕骨量丟失。由于高鈉攝入導(dǎo)致骨量丟失以及其他航天飛行中不良反應(yīng)，美國國家航空和宇宙航行局(NASA)盡了很大努力減少美國航天食品的鈉鹽含量。而Renneboog等[34]2006年發(fā)現(xiàn)低鈉血癥患者步態(tài)不穩(wěn)，更容易跌倒和骨折；Verbalis等[35]2010年通過大鼠研究顯示慢性低鈉導(dǎo)致骨質(zhì)疏松；Usala等[36]2015年通過30517例骨質(zhì)疏松和46256例脆性骨折患者數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，慢性低鈉血癥患者發(fā)生骨質(zhì)疏松的比值比最大，僅有近期低鈉血癥或慢性低鈉血癥的患者經(jīng)歷骨質(zhì)疏松風(fēng)險(xiǎn)分別增加2.4倍和3倍。所以，航天食品中的鈉鹽濃度應(yīng)有一定最佳范圍，而不是越低越好，這是以后研究的重點(diǎn)。

2.2.3鐵：血清鐵蛋白是儲(chǔ)存鐵的主要形式，反映體內(nèi)貯鐵總量與鐵的營養(yǎng)狀態(tài)，鐵蛋白亦是急性期反應(yīng)蛋白航天飛行早期急性期反應(yīng)時(shí)鐵蛋白升高。雖然在長期航天飛行中平均鐵蛋白水平并沒有超過臨床標(biāo)準(zhǔn)范圍，但航天飛行早期鐵蛋白升高仍與氧化損傷和骨吸收相關(guān)[37]。航天飛行中鐵蛋白越升高，或者升高時(shí)間越長，股骨粗隆、股骨頸、骨密度降低越明顯，并且航天飛行中鐵蛋白或轉(zhuǎn)鐵蛋白指數(shù)與骨吸收生物學(xué)標(biāo)記物(N-端肽、螺旋肽)或尿鈣含量相關(guān)。人類研究支持上述觀點(diǎn)：輕度鐵負(fù)荷增加(在正常臨床范圍內(nèi))與骨量丟失相關(guān)，其機(jī)制考慮與氧化應(yīng)激有關(guān)[38]。在6個(gè)月的太空站任務(wù)中，鐵蛋白的變化與尿8-羥2-脫氧鳥苷(氧化損傷標(biāo)記物)的變化相似[37]。由于航天飛行時(shí)生理變化會(huì)影響組織鐵存儲(chǔ)量，ISS制定的航天飲食中鐵含量非常高。16天ISS食譜中鐵含量每天20±6 mg，并且個(gè)別航天員在更長的任務(wù)中會(huì)有幾周的鐵攝入量達(dá)47 mg/d。而航天飛行中鐵的參考攝入量為8～10 mg/d(男、女適用)[39]，這與實(shí)際應(yīng)用中差別較大。所以，航天飛行中適當(dāng)?shù)蔫F負(fù)荷仍有待進(jìn)一步研究、規(guī)范。

2.2.4磷：人體中大部分磷在骨骼中以羥磷灰石的形式存在。很多年，人們一直認(rèn)為磷的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)受鈣穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)的激素控制。隨著調(diào)磷因子FGF23的發(fā)現(xiàn)，已研究得出成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞分泌的FGF23調(diào)節(jié)磷酸鹽代謝，并且直接參與維生素D代謝。磷和骨化三醇促進(jìn)FGF23的轉(zhuǎn)錄、翻譯、合成，從而導(dǎo)致尿磷排泄增多，抑制腎臟1-α羥化酶、刺激腎臟24-羥化酶進(jìn)而進(jìn)一步抑制腎臟骨化三醇的合成。鐵儲(chǔ)備和氧利用率，在航天飛行中可能改變的因素[40]，也是FGF23的主要的調(diào)節(jié)因素。目前仍需要更多的航天飛行中磷穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)細(xì)節(jié)的研究。

2.3 其他-Ω-3脂肪酸

2010年Zwart等[44]發(fā)現(xiàn)宇航員太空中攝入較多的魚類，其骨量丟失程度減少。這一研究盡管沒有對照組，地面上的研究亦證實(shí)Ω-3脂肪酸可減少骨吸收、刺激骨生成[41]。2007年Griel等[42]經(jīng)隨機(jī)對照研究發(fā)現(xiàn)人類6周植物源Ω-3脂肪酸攝入組可明顯減少骨吸收；他們還發(fā)現(xiàn)骨吸收與腫瘤壞死因子-α(TNF-α)呈正相關(guān)，提示Ω-3脂肪酸可減少炎癥和核因子TNF-α的活動(dòng)，后者是DNA轉(zhuǎn)錄的重要調(diào)節(jié)蛋白復(fù)合體。在其他研究中，Hogstrom等[43]發(fā)現(xiàn)16～22歲人群中血清中高濃度Ω-3脂肪酸和骨密度增高相關(guān)、Ω-6脂肪酸/Ω-3脂肪酸比例與脊椎骨密度呈負(fù)相關(guān)。迄今，微重力和Ω-3脂肪酸的相關(guān)研究有限。Zwart等[44]還發(fā)現(xiàn)航天飛行后更大量的魚類攝入導(dǎo)致骨密度的變化較小。研究發(fā)現(xiàn)60 d臥床Ω-3脂肪酸攝入與尿N端肽呈負(fù)相關(guān)，后者是骨吸收的標(biāo)志物。RAW264.7細(xì)胞中的NFκB p65通路在微重力環(huán)境中被激活，而Ω-3脂肪酸抑制NFκB激活。不僅骨礦物質(zhì)含量丟失可引起骨承重力和密度降低，而且過量的骨吸收增加腎結(jié)石的危險(xiǎn)性,人們開始關(guān)注Ω-3脂肪酸對腎結(jié)石危險(xiǎn)性的相關(guān)性的研究。在幾項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)，魚油或Ω-3脂肪酸可減少反復(fù)腎結(jié)石患者的尿鈣分泌和腎結(jié)石的再發(fā)率[45]。

3 藥物

很明顯，由于失重狀態(tài)下鍛煉的負(fù)荷量和持續(xù)時(shí)間不足，由此得到的成骨刺激在維持骨量方面是不足夠的。因此在研究運(yùn)動(dòng)對骨的益處的同時(shí)，評價(jià)藥物對抗骨吸收的研究也在進(jìn)行。

3.1 雙膦酸鹽

研究較多的為雙膦酸鹽，雙膦酸鹽抑制骨吸收，延長成骨細(xì)胞的壽命，在一定程度上促進(jìn)骨生成。Lockwood等[46]應(yīng)用雙膦酸鹽、Chappard 等[47]應(yīng)用依替膦酸鈉、LeBlanc等[48]應(yīng)用阿侖膦酸鈉、Shapiro等[49]靜脈應(yīng)用唑來膦酸以及在航天試驗(yàn)中LeBlanc等[50]應(yīng)用阿侖膦酸鈉，均研究了相關(guān)藥物對抗骨吸收的作用。但是令人困惑的是部分研究試驗(yàn)組聯(lián)合應(yīng)用了ARED，而對照組應(yīng)用了iRED。目前正在研究來闡明是否藥物抗骨吸收的作用是獨(dú)立于鍛煉的。盡管如此，藥物短期和長期的副作用仍是人們關(guān)心的熱點(diǎn)。

3.2 激素

3.2.1雌激素：雌激素缺乏會(huì)刺激破骨細(xì)胞的生成，延長其壽命以及促進(jìn)其活力。破骨細(xì)胞的有害性激活可以被雌激素和選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)劑(SERMs，比如雷洛昔芬)抑制[51]。Siu等[52]應(yīng)用尾部懸吊大鼠模擬微重力條件進(jìn)行雷洛昔芬對抗骨量丟失的試驗(yàn)。他們將尾部懸吊大鼠分為5組，蒸餾水組(對照組)、高劑量雷洛昔芬組、中等劑量雷洛昔芬、低劑量雷洛昔芬組、阿倫磷酸鈉組，另外設(shè)立了地面卵巢切除組和假手術(shù)組。試驗(yàn)進(jìn)行28 d。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，尾部懸吊對照組和卵巢切除組骨小梁破壞和骨密度減低情況相仿，中等劑量雷洛昔芬組骨丟失程度及骨小梁破壞情況最輕，說明雷洛昔芬具有對抗廢用性骨量丟失的作用。但是這些藥物刺激刺激骨生成的能力有限，因?yàn)檎紦?jù)被抑制破骨細(xì)胞所挖掘的“骨穴”的是沒有活力的成骨細(xì)胞。這些藥物不能激活成骨細(xì)胞，也就是說，它們抗吸收但是不能促進(jìn)骨生成。當(dāng)然，某些雌激素因?yàn)榭裳娱L成骨細(xì)胞的工作壽命，故可一定程度上促進(jìn)骨生成。

3.2.2睪酮：有人提出睪酮能夠減輕航天飛行中骨量(和肌肉)丟失，這一理論基于在頭低位臥床試驗(yàn)及航天飛行中發(fā)現(xiàn)人體循環(huán)中睪酮水平降低[53]。然而，在長期航天試驗(yàn)或臥床試驗(yàn)中并未證實(shí)其骨保護(hù)作用[54]：盡管外源性睪酮會(huì)刺激肌肉和骨骼，但是對于睪酮的副作用和微重力下睪酮對其他組織的反應(yīng)仍不明了，所以還不能肯定睪酮是骨丟失的對抗措施。

3.2.3其他激素：甲狀旁腺素相關(guān)蛋白(PTHrP)調(diào)節(jié)包括骨骼發(fā)育等許多生理過程，被稱為力學(xué)感受器[55]。為了研究PTHrP在微重力環(huán)境下對骨丟失的作用，Camirand等[55]利用大鼠甲狀旁腺素基因敲除方法結(jié)合真實(shí)航天環(huán)境下以及模擬微重力狀態(tài)下細(xì)胞培養(yǎng)，證實(shí)PTHrP可以有效地阻止微重力誘導(dǎo)的骨小梁成骨細(xì)胞的死亡。另外，研究發(fā)現(xiàn)，微重力環(huán)境下瘦素水平升高，并且在頭低位臥床60 d時(shí)達(dá)到最高水平；通過Spearman相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)血清骨鈣蛋白與血清瘦素呈顯著正相關(guān)，而瘦素的進(jìn)一步應(yīng)用仍有待進(jìn)一步研究[56]。

3.3 其他

近期，人們發(fā)現(xiàn)他汀類藥物促進(jìn)嚙齒類動(dòng)物的骨形成功能并提高骨密度，具有促進(jìn)成骨和抑制破骨的雙向調(diào)節(jié)作用。他汀類藥物是經(jīng)典和有效地降脂藥物，具有抗炎、抑制腫瘤生長和轉(zhuǎn)移、促進(jìn)血管生成、減少淀粉樣肽、抑制T淋巴細(xì)胞等作用。國外關(guān)于他汀類藥物在微重力環(huán)境中對抗骨丟失的作用研究不多，主要集中在口腔科的應(yīng)用上，比如Arezoo等[57]發(fā)現(xiàn)辛伐他汀可以減小人類前牙正畸缺隙閉合術(shù)后在開放間隙的大小。國內(nèi)曹國龍等[58]利用尾部懸吊大鼠發(fā)現(xiàn)洛伐他汀體內(nèi)給藥不能阻止尾懸吊大鼠骨量丟失，且對骨髓基質(zhì)干細(xì)胞增殖能力和成骨分化能力無顯著影響。這與田發(fā)明等[59]的研究結(jié)論相反，后者認(rèn)為辛伐他汀體內(nèi)給藥可部分阻止股骨近端骨量丟失，但不能顯著促進(jìn)骨髓基質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化。因此，關(guān)于他汀類藥物對微重力狀態(tài)下骨量丟失的作用仍有很多探索空間。

4 細(xì)胞因子與基因治療

細(xì)胞因子與基因治療早在2005年就已經(jīng)有學(xué)者提出，比如LRP5、Wnt和BMP2信號通路，以及RANK-L骨保護(hù)素信號通路(在骨轉(zhuǎn)換中調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞的形成和成熟)[60]。這里，介紹一下新近的研究情況。Cazzaniga等[61]在模擬微重力下培養(yǎng)骨間充質(zhì)干細(xì)胞(bMSC)，發(fā)現(xiàn)HSP60、HSP70、環(huán)氧合酶2、超氧化物岐化酶2表達(dá)上調(diào)，某些促進(jìn)成骨基因(RUNX2, OSX, OSP和 OSC)表達(dá)上調(diào)，但是并沒有發(fā)現(xiàn)有骨晶體的增加。事實(shí)上，只有加入成骨混合刺激物(OM，含有維生素D3、磷酸甘油、維生素C),才能激活成骨細(xì)胞的分化，無論微重力環(huán)境還是正常1 g條件下均是如此。在此試驗(yàn)中，Cazzaniga等發(fā)現(xiàn)模擬微重力環(huán)境下培養(yǎng)bMSC I型膠原(COL1A1)基因表達(dá)沒有上調(diào)。I型膠原組成骨基質(zhì)的90%，并且是鈣沉積的必備因素。他們的研究提示模擬微重力環(huán)境下培養(yǎng)基中無OM導(dǎo)致成骨細(xì)胞充分分化失敗，是因?yàn)闆]有誘導(dǎo)COL1A1的表達(dá)。無論在模擬微重力環(huán)境下還是正常1 g重力下，只有當(dāng)bMSC暴露于OM時(shí)，其基因表達(dá)水平才足夠促使成骨細(xì)胞分化，進(jìn)而有鈣化的骨基質(zhì)沉積。值得注意的是，bMSC鈣的沉積和重力環(huán)境似乎無關(guān)，提示在這些基因中，只有COL1A1不是機(jī)械傳感反應(yīng)通路的基因。

Han等[62]在模擬微重力環(huán)境下含鈣離子培養(yǎng)基中應(yīng)用轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)轉(zhuǎn)染成年兔第三代骨髓髓核樣細(xì)胞(BMMSCs)。在轉(zhuǎn)染后第14天，發(fā)現(xiàn)了多邊形髓核樣細(xì)胞，上清液中的TGF-β以及BMMSCs中DNA含量均明顯增加，免疫組化檢驗(yàn)方法發(fā)現(xiàn)了II型膠原，RT-PCR方法發(fā)現(xiàn)了BMMSCs中蛋白多糖和II型膠原的mRNA表達(dá)。與對照組相比，TGF-β轉(zhuǎn)染BMMSCs組在模擬微重力環(huán)境下有更強(qiáng)的蛋白多糖和II型膠原的合成能力，提示TGF-β可促進(jìn)骨的生成。

Sun等[63]發(fā)現(xiàn)模擬微重力環(huán)境抑制成骨細(xì)胞樣細(xì)胞MC3T3-E1，應(yīng)用定量RT-PCR，他們發(fā)現(xiàn)微RNA-103(miR-103)表達(dá)上調(diào)，而且上調(diào)或下調(diào)miR-103可以抑制或者促進(jìn)成骨細(xì)胞的增生。進(jìn)一步試驗(yàn)表明模擬微重力下敲除或者過度表達(dá)miR-103，Cav1.2(L-型電壓敏感鈣離子通道(LTCC)的亞組)水平和LTCC電流也隨之增強(qiáng)或減弱，提示模擬微重力下miR-103是成骨細(xì)胞Cav1.2通道的內(nèi)源性衰減器。同時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)共同轉(zhuǎn)染miR-103拮抗劑、Cav1.2小片段干擾RNA時(shí)，miR-103對成骨細(xì)胞增生的抑制作用消失。所以，Sun等認(rèn)為miR-103在模擬微重力下通過抑制Cav1.2表達(dá)而抑制成骨細(xì)胞增生。這為失重狀態(tài)下防治骨丟失提供了新的治療靶點(diǎn)——miR-103。

另外，骨形態(tài)蛋白(BMP)是具有多種骨保護(hù)作用的原生骨形成信號分子。Siamwala等[64]基于對BMP的研究認(rèn)識，構(gòu)建出航天飛行中BMP信號通路模型，這將有助于微重力狀態(tài)下以及模擬微重力狀態(tài)下骨質(zhì)疏松的防治。

5 未來發(fā)展方向

綜上可知，失重狀態(tài)下單純依靠阻力訓(xùn)練等物理對抗措施是不足夠的，營養(yǎng)支持必不可少，藥物、基因治療有很大前景和許多未知的領(lǐng)域，并且可能存在尚未發(fā)現(xiàn)的副作用，同時(shí)，航天飛行中尚有宇宙射線等其他情況同時(shí)影響骨的代謝過程。所以，未來研究微重力狀態(tài)下骨量丟失的對抗措施應(yīng)著重注意盡可能模擬航天飛行環(huán)境，采取綜合對抗措施，精準(zhǔn)量化飲食中關(guān)鍵成分以及應(yīng)用藥物、細(xì)胞因子、基因防治將成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。