α硫辛酸對骨質(zhì)疏松的保護作用及研究進展

方玲娜 李翀* 陸榮柱 郝彥明 鐘紹 何大偉 張盼盼

1.江蘇大學附屬昆山醫(yī)院，江蘇 昆山 215300 2.江蘇大學醫(yī)學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000

骨質(zhì)疏松癥是一種以骨量減少、骨微結(jié)構(gòu)破壞、骨脆性增加、易發(fā)生骨折為特征的代謝性骨病，其發(fā)病率躍居世界常見病第7位，我國骨質(zhì)疏松癥患者已達1.2億。每年美國全社會因骨質(zhì)疏松骨折的花費為122億至179億美元[1]，骨質(zhì)疏松癥及病理性骨折也對我國社會造成沉重的經(jīng)濟負擔，因而如何預防和治療骨質(zhì)疏松已經(jīng)成為相關(guān)學科研究的重要任務(wù)。

α硫辛酸，也被稱為1，2-二硫戊環(huán)-3-戊酸酐或硫辛酸，是天然的二硫醇活性化合物。α硫辛酸可在生物線粒體中由辛酸合成[2]，也可以通過食物獲取，積聚在肝、心臟、骨骼肌等多種器官組織中。α硫辛酸在細胞中可通過β氧化分解或酶促轉(zhuǎn)換為二氫硫辛酸而降解[3]，后者釋放到細胞外或被細胞利用再轉(zhuǎn)換為α硫辛酸[4]，α硫辛酸和二氫硫辛酸形成強有力的氧化還原組合，能夠清除多種活性氧化物質(zhì)，并增加細胞內(nèi)輔酶和還原性谷胱甘肽的水平[5,6]。α硫辛酸在臨床上用于治療糖尿病性周圍神經(jīng)病變等疾病，近來研究發(fā)現(xiàn)α硫辛酸具有抗骨質(zhì)疏松作用，現(xiàn)就α硫辛酸對骨質(zhì)疏松的作用和機制綜述如下。

1 α硫辛酸對骨質(zhì)疏松的保護作用

骨細胞、成骨細胞和破骨細胞參與骨重建、骨礦化和骨微損傷的修復，維護骨強度和質(zhì)量。研究顯示α硫辛酸能夠保護骨細胞和成骨細胞，同時抑制破骨細胞。在饑餓誘導的骨細胞樣MLO-Y4細胞中，α硫辛酸抑制細胞內(nèi)氧化應(yīng)激水平，降低細胞內(nèi)H2O2濃度，同時抑制MLO-Y4細胞凋亡[7]。α硫辛酸同樣能夠抑制抗霉素A和H2O2誘導的MC3T3-E1成骨細胞凋亡[8,9]。α硫辛酸干預可劑量依賴性的延緩H2O2所引起的成骨細胞堿性磷酸酶表達的下降，提示α硫辛酸能夠保護氧化應(yīng)激狀態(tài)下成骨細胞活性[10]。此外，α硫辛酸可增加成骨細胞內(nèi)I型膠原蛋白、骨鈣素、骨形成蛋白-2基因和轉(zhuǎn)錄因子osterix等與成骨分化和骨形成相關(guān)的基因表達[9]，上調(diào)如Colala、Alp1與等骨形成相關(guān)的基因[11]。另一方面，α硫辛酸可抑制去甲腎上腺素激發(fā)的破骨細胞形成，減少破骨細胞的數(shù)量[12]。同時α硫辛酸下調(diào)如Mmp9、Ctsk等與骨吸收的相關(guān)基因[11]。

動物實驗顯示α硫辛酸能夠增加去卵巢大鼠股骨頭的骨密度[13]，進一步通過microCT掃描，發(fā)現(xiàn)松質(zhì)骨的骨小梁厚度、骨小梁數(shù)目增加，骨小梁的分離度則減少，骨微結(jié)構(gòu)性能和骨質(zhì)量均提高[9]。股骨頭骨折大鼠模型中，α硫辛酸治療可促進骨折愈合，并呈現(xiàn)劑量依賴性[14]。α硫辛酸能夠減少炎癥誘導骨質(zhì)疏松大鼠的骨吸收，增加骨密度[15]。

臨床研究發(fā)現(xiàn)帕金森患者通過一年α硫辛酸干預，經(jīng)體重指數(shù)校正后股骨大轉(zhuǎn)子的骨密度顯著增加[16]；另一項研究則發(fā)現(xiàn)α硫辛酸聯(lián)合鈣劑、維生素D治療可增加絕經(jīng)后骨量減少婦女的跟骨骨密度[17]。

2 α硫辛酸對骨質(zhì)疏松保護作用的機制

2.1 抑制氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激可導致骨質(zhì)疏松。研究顯示氧化應(yīng)激能夠誘導成骨細胞凋亡[18]，驅(qū)動破骨細胞的形成和招募[19]，促進骨吸收[20]。α硫辛酸可通過促進抗氧化物如谷胱甘肽的合成來支持成骨細胞功能[21]。在H2O2干預下的成骨細胞系MC3T3-E1細胞中，α硫辛酸能夠逆轉(zhuǎn)細胞內(nèi)谷胱甘肽下降，上調(diào)超氧化物歧化酶活性，降低乳酸脫氫酶含量，緩解細胞內(nèi)鈣質(zhì)流失，預防DNA裂解，從而增加成骨細胞活性和減少成骨細胞凋亡[10, 22]。α硫辛酸能夠顯著的降低核因子激動劑受體配體(receptor activator of NFκB ligand, RANKL)和TNF-α培育下骨髓來源巨噬細胞內(nèi)2’-7’-二氯熒光素的水平，其對破骨細胞的抑制作用較N-乙酰半胱氨酸和谷胱甘肽更強[23]。α硫辛酸能下調(diào)煙堿酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶2和煙堿酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4的表達，這兩種氧化酶均屬于ROS生成酶，在ROS產(chǎn)生過程中發(fā)揮重要作用[24]。此外，α硫辛酸促進多種細胞分泌核因子相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2, Nrf2)，Nrf2可促進如線粒體超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶3和硫氧還原蛋白還原酶1等多種抗氧化物基因的表達，提示α硫辛酸通過調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄清除氧化物質(zhì)[24,25]。

2.2 干擾核因子κB活化

核因子κB(Nuclear fator κB, NF-κB)屬于Rel蛋白家族，為同二聚體和異二聚體，包括5個亞基：RelA(p65)、RelB、c-Rel、NF-κB1(p50)和NF-κB2(p52)，是炎癥反應(yīng)通路中重要的調(diào)節(jié)因子。RANKL由成骨細胞、T細胞和基質(zhì)細胞產(chǎn)生，位于破骨細胞和前體細胞中，與核因子激動劑受體(receptor activator of NFκB, RANK)結(jié)合后，可誘導腫瘤壞死因子相關(guān)因子6的聚集和自動泛素化，使NF-κB二聚化，誘導下游靶基因，從而導致炎癥細胞招募，促進破骨細胞的分化[26,27]。

研究[28]發(fā)現(xiàn)NF-κB1和NF-κB2基因促進破骨細胞分化，這兩種基因敲除的小鼠會發(fā)展為石骨癥，表現(xiàn)為異常高骨密度，NF-κB可能是骨質(zhì)疏松治療的靶點。α硫辛酸能夠劑量依賴性的降低細胞內(nèi)NF-κB活性[29]，這可能是其對骨質(zhì)疏松保護的機制。對膠原誘導關(guān)節(jié)炎的雄性DBA/1小鼠進行腹腔注射α硫辛酸后，發(fā)現(xiàn)α硫辛酸能夠顯著性降低NF-κB結(jié)合DNA的活性，減少踝關(guān)節(jié)中TNF-α、IL-1β和IL-6濃度，劑量依賴性的抑制破骨細胞形成，防止骨侵蝕[30]。在低劑量RANKL/TNF-α混合物或高劑量RANKL干預下的破骨細胞前體細胞中，α硫辛酸可減少細胞內(nèi)NF-κB與DNA結(jié)合，抑制破骨細胞分化[23]。α硫辛酸可能通過以下方式干擾NF-κB活化：1)通過刺激谷胱甘肽合成和ROS淬火酶表達促進ROS清除，2)調(diào)節(jié)NF-κB級聯(lián)中半胱氨酸殘基[31]，3)抑制IkBs激酶2誘導環(huán)氧化酶2表達[32]。最后一種方式是獨立于α硫辛酸抗氧化應(yīng)激作用的。

2.3 下調(diào)RANKL/RANK

α硫辛酸在RANKL/RANK信號通路中的作用也得到眾多學者的研究。體外實驗發(fā)現(xiàn)α硫辛酸能夠抑制RANKL對巨噬細胞集落刺激因子依賴性骨髓巨噬細胞的促破骨形成作用，體內(nèi)實驗中嚙齒類動物顱骨注射含α硫辛酸的膠原蛋白后，同樣觀察到α硫辛酸對RANKL誘導的破骨形成的抑制作用[23]。在饑餓誘導的骨細胞凋亡實驗模型中，α硫辛酸能夠下調(diào)骨細胞RANKL的表達和釋放、硬骨素的表達和RANKL/OPG比值，α硫辛酸通過JNK信號通路抑制骨細胞凋亡，通過JNK和ERK1/2調(diào)節(jié)RANKL等因子表達[7]。在H2O2干預下的成骨細胞系MC3T3-E1細胞中，α硫辛酸干預可增加OPG/RANKL比值[9]。小鼠通過高脂肪飲食補充α硫辛酸后，股骨近端的RANKL/OPG的mRNA比值下降[24,33]。以上研究提示α硫辛酸可通過抑制RANKL活性和下調(diào)RANKL表達來減少破骨形成。

另有研究則發(fā)現(xiàn)α硫辛酸干預對RANKL有不同的結(jié)果。通過異丙腎上腺素和α硫辛酸注射，C57BL/6J小鼠股骨中RANKL/OPG的mRNA比值明顯升高[12]。在IL-1干預的成骨細胞中，α硫辛酸能夠阻斷RANKL表達的持續(xù)上調(diào)，但是對IL-1誘導的RANKL轉(zhuǎn)錄的起始上調(diào)無作用[15]。α硫辛酸能夠有效的抑制破骨形成，但是0.1mmol/L濃度的α硫辛酸卻能增加RANKL的表達，對OPG則無影響[19]。這些數(shù)據(jù)表明，α硫辛酸能夠有效的阻斷破骨細胞分化，但是其作用機制并非完全靠下調(diào)RANKL表達，具體機制需要進一步研究。

2.4 調(diào)節(jié)Wnt信號通路

Wnt信號通路對骨細胞的分化、增值和凋亡有重要影響，維持骨形成和骨重建。Wnt/β-catenin是經(jīng)典Wnt信號通路，β-catenin是調(diào)節(jié)成骨細胞分化和骨形成的關(guān)鍵因子[34]，Wnt蛋白可通過Wnt信號通路調(diào)節(jié)骨代謝，也能通過OPG和RANKL影響成骨細胞和破骨細胞活性[35]。大劑量α硫辛酸干預可增加去卵巢骨質(zhì)疏松大鼠體內(nèi)β-catenin、Lp5和Wnt3a的mRNA表達，其中Wnt3a是Wnt蛋白，可上調(diào)OPG表達抑制破骨細胞形成，下調(diào)RANKL抑制破骨細胞分化[36]。DKK1是一種Wnt抑制劑，在去卵巢大鼠中表達明顯升高，α硫辛酸干預后則降低DKK1的表達[15]。另外在骨關(guān)節(jié)炎大鼠模型中，α硫辛酸則通過抑制Wnt/β-catenin活性，減少軟骨分解，保護軟骨[37]。以上研究顯示α硫辛酸可以調(diào)節(jié)Wnt信號通路，但對不同骨細胞的作用和機制還需要更多的研究明確。

3 總結(jié)和展望

細胞和動物實驗顯示α硫辛酸能夠促進骨形成和抑制骨吸收，具有治療骨質(zhì)疏松的作用，但是有關(guān)的臨床研究很少，α硫辛酸最佳治療劑量、療程以及與其他抗骨質(zhì)疏松藥物聯(lián)合治療是否具有累加效應(yīng)，需要進一步的研究證實。目前α硫辛酸抗骨質(zhì)疏松機制研究主要集中在氧化應(yīng)激方面，α硫辛酸是否具有抗氧化應(yīng)激以外的機制，對RANKL/RANK、Wnt信號通路的調(diào)節(jié)作用，也待更多研究的闡明。