維生素D相關信號通路干預對骨質(zhì)疏松癥的影響

謝興文 林德民 李鼎鵬 徐世紅 黃睿 趙建偉 姜朝陽 羅鵬飛 鐘建春

1.西北民族大學附屬醫(yī)院，甘肅 蘭州 730000 2.甘肅省第二人民醫(yī)院，甘肅 蘭州 730000 3.甘肅中醫(yī)藥大學，甘肅 蘭州 730000 4.甘肅省中醫(yī)院，，甘肅 蘭州 730000

骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis，OP)是好發(fā)于50～70歲的婦女群體的，以骨密度(bone mineral density，BMD)下降、骨質(zhì)變脆、易出現(xiàn)骨折為主要癥狀的一種全身代謝性骨骼疾病[1-2]。部分患者常由扭傷、摔傷等輕微損傷即可誘發(fā)骨質(zhì)疏松性椎體壓縮骨折(osteoporotic vertebral compression fractures，OVCF)、骨質(zhì)疏松性髖部骨折等嚴重并發(fā)癥[3-4]。大量動物實驗及體內(nèi)、外研究指出，活性維生素D (vitamin D) 及其代謝的中間產(chǎn)物水平與OP性骨折有顯著相關性[5]。因此，通過研究維生素D及其代謝的中間產(chǎn)物的相關信號通路，或許能夠為進一步的系統(tǒng)探究OP發(fā)病機制及OP治療方案提供一個新的思路。

1 維生素D與骨質(zhì)疏松癥

維生素D作為體內(nèi)關鍵的一種鈣調(diào)節(jié)激素，在抑制甲狀旁腺素分泌、促進骨組織礦化方面具有關鍵效用。其中，維生素D在血液中的主要存在形式25-(OH) 維生素D，在促進鈣吸收利用程度、OB生物活性、骨鹽沉積和骨形成中具有顯著作用[6]。

研究指出，骨折危險性會隨著體內(nèi)25-(OH)2-D3水平下降，骨形成下降，BMD降低明顯[7]。一項針對于絕經(jīng)后女性BMD的研究中，通過對比髖關節(jié)骨折、未發(fā)生髖部骨折兩組患者的N-MID、25-(OH) D、Ca2+、髖部整體、Ward三角區(qū)、股骨頸以及股骨大轉(zhuǎn)子BMD后提出，絕經(jīng)期OP所致髖骨骨折患者BMD降低更加顯著，并與血清25-(OH) D水平降低有明顯相關性[8]。其他文獻也提出相似結(jié)論，絕經(jīng)后女性的血清中25- (OH) D水平越低，OVCF發(fā)生的風險隨之增加，因此，相對于BMD的檢查，其他骨代謝生化指標的檢測，或許也能夠為骨代謝相關性疾病預后提供重要的參考依據(jù)[9-10]。也有研究[11]指出，無論男女，25-(OH) D水平降低均會對BMD產(chǎn)生影響。

在對老年OP患者的相關研究[12-13]中也發(fā)現(xiàn)，老年人較少接觸陽光及戶外活動量不足導致體內(nèi)血清25-(OH) D水平較低，致使老年人BMD、肌力、平衡力等均有不同程度下降，同時，髖部脆性骨折的風險也隨之增加。還有研究[14]指出，體內(nèi)血清25-(OH) D水平與胰島素水平有較大的關系。因此，老年人體內(nèi)血清25-(OH) D的定期監(jiān)測，在老年人群OP性骨折預防及治療中有較為重要的指導意義。同時，體內(nèi)血清25-(OH) D水平在OP的早期預防及治療相對于單純BMD檢查、X線片檢查具有顯著的優(yōu)勢和便捷性。

2 與維生素D相關的信號通路

2.1 Wnt/β-catenin信號通路

Wnt/β-catenin通路能夠以多種方式直接或間接影響骨細胞代謝，包括激活細胞內(nèi)Fas基因轉(zhuǎn)錄誘導骨細胞凋亡、激活多種蛋白酶引起軟骨基質(zhì)溶解及介導多種蛋白過度表達(如Wnt3a、BMP-2等)從而抑制相關細胞增殖[15]。

維生素D通過抑制細胞生長和Wnt/β-catenin通路抑制細胞增殖[16]。在一項基于骨鈣素(OCN)水平，評估骨關節(jié)炎(OA)OB產(chǎn)生Wnt/β-catenin通路分子能力研究中發(fā)現(xiàn)，人原發(fā)性骨關節(jié)炎(OA)OB暴露于50 nm的1,25-二羥維生素D3[1，25-Dihydroxyvitamin D3，1,25 (OH)2D3]作用24 h后，所有樣本均對1,25(OH)2D3有反應；同時，研究[17]還發(fā)現(xiàn)維生素D3有利于Wnt激動劑的表達。1,25(OH)2D3發(fā)揮生物學效應需要與VDR結(jié)合[18]。當VDR與β-catenin結(jié)合形成復合體，降低β-catenin濃度，抑制β-catenin/TCF復合體的形成，影響下游基因的表達，從而阻滯Wnt通路發(fā)揮作用[19]。配體依賴的VDR通路可通過增加經(jīng)典Wnt通路抑制劑DKK-1 mRNA表達，抑制LRP5/6與Frizzed結(jié)合，影響β-catenin于細胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄與聚集活性，進而阻斷Wnt通路[20]。Muralidhar等[21]研究還發(fā)現(xiàn)，維生素D能夠通過抑制黑色素瘤Wnt/β-catenin通路，使癌細胞侵襲能力下降。Wnt/β-catenin通路作為OP發(fā)病機制中經(jīng)典通路之一，在骨量影響因素中也有重要作用。因此與1,25 (OH)2D3的相關性研究或許是研究OP防治之中重要的一環(huán)。

2.2 TLR信號通路

Toll樣受體(toll-like receptors，TLR)作為一種模式識別受體，在骨細胞中表達時，有助于TLR配體誘導的OC生成及分化。目前研究[22]發(fā)現(xiàn)，TLR4可通過髓系分化初級反應基因88(myeloiddifferentiationfactor88，My D88)激活核因子κB，在促進OC前體細胞分化的同時，提高成熟OC存活率。研究[23]指出，TLR4中的rs4986790 G>A和rs4986791 T>C與維生素D水平呈負相關，有動物實驗研究[24]發(fā)現(xiàn)，維生素D3能夠通過抑制部分TLR2與TLR4表達而抑制腸道炎癥反應，可減輕潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis，UC)臨床癥狀。

目前有較多研究指出，TLR通路與減少OC前體細胞的生成有著較大的相關性。因此，對該通路相關效應分子的藥物加以研究，可能在OP防治中具有顯著的效果。

2.3 TGF-βSmad信號通路

轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)在細胞增殖、分化中具有重要作用。骨骼中TGF-β1含量豐富，能通過促進間充質(zhì)細胞(mesenchymal stem cells，MSCs)及OB增殖分化，促進骨形成。研究[25]指出，TGF-β1通過啟動Smads通路以介導OB生理功能，影響骨形成。實驗研究[26]發(fā)現(xiàn)，1,25 (OH)2D3可降低TGF-β1、Smad3和NF-κB的表達，同時誘導抗纖維化因子Smad7表達，維生素D能夠逐步降低心肌組織TGF-β1、Col-I、Col-III、α-actin、Myom-1的水平并影響大鼠體內(nèi)心血管重構的程度。

2.4 MAPK信號通路

絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)屬于絲/蘇氨酸蛋白激酶家族。目前研究[27]表明，MAPK信號通路主要有：p38通路、JNK通路、ERK1/2通路、ERK5通路。

2.4.1p38信號通路：p38 MAPK能夠通過影響相關基因，誘導OB增殖、凋亡。當OB p38 MAPK磷酸化被抑制時，能夠保護OB并促進其增殖、抑制凋亡，當OB p38 MAPK過度磷酸化時，將會引起OB凋亡[28-29]。研究[30-31]提示，維生素D可能通過過氧化物酶體增殖物活化受體α (PPAR-α) 通路影響p38 MAPK。同時有實驗研究[32]指出，1,25 (OH)2D3能上調(diào)AdipoR2、p38 MAPK、 LPL目的基因及蛋白水平。

2.4.2JNK信號通路：JNK通路激活后，能夠影響caspase-3、Bad及BcL-2表達，誘使OB通過線粒體途徑凋亡[33]。當JNK通路被抑制時，OB凋亡也將被顯著影響。有研究[34]提示，1,25 (OH)2D3可通過抑制T淋巴細胞JNK/AP-1通路促進磷酸化糖皮質(zhì)激素受體表達。也有研究[35]發(fā)現(xiàn)，1,25 (OH)2D3可以顯著抑制細菌內(nèi)毒素脂多糖(LPS)誘導p38、ERK和JNK-MAPK磷酸化。1,25 (OH)2D3通過抑制MAPK途徑和下游炎癥分子的產(chǎn)生，降低LPS刺激神經(jīng)元膠質(zhì)細胞中炎癥分子的生成。

2.4.3ERK1/2及ERK5信號通路：ERK1/2通路可受到激素、生長因子等多種來源刺激所激活，繼而激活ERK，從而促進OB增殖[27]。有實驗研究[36]發(fā)現(xiàn)，ERK1/2通路激活可被體外1,25 (OH)2D3干預而受到抑制。有研究[37]指出，流體剪切力能夠通過ERK5通路抑制TNF-α誘導OB凋亡。由于ERK1/2及ERK5通路對OB及OC具體作用的研究較少，因此維生素D能否通過該通路影響B(tài)MD仍需要進一步研究。

2.5 NF-κB信號通路

NF-κB通路作為OP研究中一個經(jīng)典通路，主要具有降低OB代及增殖分化能力的作用，同時，在OB凋亡中也具有重要的影響。研究發(fā)現(xiàn)，1,25 (OH)2D3與VDR結(jié)合后，能夠抑制NF-κB轉(zhuǎn)錄因子信號，并且因為維生素D3本身具有的抗炎效果，1,25 (OH)2D3可通過抑制VDR/IkBa/NF-kB通路，減輕炎癥反應[38]。有研究[39]指出，1,25 (OH)2D3能夠誘導VDR表達并促進VDR與NF-κB p50亞單位的相互作用，從而減弱KLF5與NF-κB p50亞基的關聯(lián)，對巨噬細胞發(fā)揮抗炎和抗增殖作用。也有研究指出，1,25 (OH)2D3能介導阻斷MAPK及NF-κB通路調(diào)節(jié)細胞因子的表達，降低RANKL及OC相關基因表達[40]。

2.6 Runx2信號通路

Runx2作為MSCs成骨分化、骨生成和骨發(fā)育標志，高表達則標志MSC處于骨形成初階段[41]。有研究指出，1,25 (OH)2D3可以通過BMP信號通路促進Runx2、OCN、COLⅠ和ALP等相關基因的表達，加速MSC的成熟和礦化[42]。同時，1,25 (OH)2D3引起的OB分化抑制和脂肪細胞分化促進作用被Runx2過度表達所補償，即1,25 (OH)2D3通過下調(diào)OB中Runx2來誘導OB向脂肪細胞的轉(zhuǎn)化[43]。

3 總結(jié)與展望

OP作為臨床骨科領域常見的全身代謝性骨骼疾病和研究中的熱點，其發(fā)病機制受到多種體內(nèi)、體外機制及因素共同作用。每年都不斷有大量的實驗研究和基礎性研究提出新的假說及發(fā)病機制，但是OP確切的、系統(tǒng)的發(fā)病機制仍未被完全闡述清楚。就此而已，單純從某一個或者是某幾個通路作用治療OP的方案可能仍存在較大的限制，但通過多通路共同作用來治療OP的角度分析，治療效果是否會因為某些信號之間相互作用而增強或減弱也是亟待解決的問題。

維生素D不僅在OP治療中具有很好地療效，在高血壓、糖尿病、腫瘤 、免疫功能失調(diào)等疾病中也表現(xiàn)出來較大的優(yōu)勢；但維生素D用于OP治療中存在的不良反應，如促進腎結(jié)石形成等也是不可忽略的問題。因此，如何合理有效地規(guī)避維生素D在治療中不良反應的同時將維生素D及其有效成分效用最大程度地發(fā)揮也是在OP治療中一個不可避免的問題。因此，通過維生素D相關通路治療OP仍然有著不少需要解決的問題，但可以相信，隨著更多基礎實驗及系統(tǒng)性試驗研究的探究，在OP發(fā)病機制相關信號通路將會有更加全面、深入的認識，通過分子水平介導信號通路來治療OP也將有著更多的可能性。