甲狀旁腺激素Ⅰ型受體在預(yù)防應(yīng)力性骨折中的研究進(jìn)展

封穎，顏澤棟，劉曦雨，魏敏惠，景達(dá)，蔡婧

1. 陜西中醫(yī)藥大學(xué)，陜西 西安712083；2. 空軍軍醫(yī)大學(xué) 軍事生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)系軍事醫(yī)學(xué)裝備與計(jì)量學(xué)教研室，陜西 西安710032

應(yīng)力性骨折（stress fracture，SF）是由于骨骼肌肉系統(tǒng)持續(xù)接受反復(fù)過(guò)度的應(yīng)力載荷刺激，使得骨組織微損傷的產(chǎn)生速率遠(yuǎn)超于其自身的修復(fù)速率導(dǎo)致的，又被稱為微損傷性骨折或疲勞性骨折[1]。應(yīng)力性骨折是士兵、運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練時(shí)最常見(jiàn)的骨科疾病之一，是造成軍隊(duì)非戰(zhàn)斗性減員、縮短運(yùn)動(dòng)員職業(yè)生涯的重要原因。因此，尋找有效預(yù)防應(yīng)力性骨折發(fā)生的方法，同時(shí)促進(jìn)骨骼微損傷修復(fù)，是當(dāng)前應(yīng)力性骨折研究的重點(diǎn)。

甲狀旁腺激素Ⅰ型受體（parathyroid hormone typeⅠreceptor，PTH1R）是廣泛表達(dá)于機(jī)體內(nèi)成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞中的基本細(xì)胞因子，在維持骨骼完整、骨內(nèi)平衡及調(diào)節(jié)鈣磷代謝等方面發(fā)揮著重要作用。Delgado-Calle 等在研究甲狀旁腺激素受體和機(jī)械加載調(diào)控骨合成代謝中發(fā)現(xiàn)，在生理狀態(tài)下，PTH1R 一方面能夠通過(guò)刺激骨細(xì)胞分泌核因子NF-κB 受體激活劑配體（RANKL）來(lái)增加破骨細(xì)胞的活性，以維持其對(duì)骨組織的基本吸收水平；另一方面，PTH1R 能夠在生理水平的應(yīng)力載荷刺激下通過(guò)抑制硬化蛋白（sclerostin）的產(chǎn)生水平而刺激Wnt/β-catenin 信號(hào)通路以促進(jìn)成骨細(xì)胞發(fā)揮骨形成作用[2]。邱濤等在研究成骨細(xì)胞向骨細(xì)胞轉(zhuǎn)化的信號(hào)機(jī)制中也發(fā)現(xiàn)PTH1R 促進(jìn)骨形成，即胰島素樣生長(zhǎng)因子（IGF-Ⅰ）誘導(dǎo)PTH1R 磷酸化促進(jìn)成骨細(xì)胞向骨細(xì)胞轉(zhuǎn)化來(lái)發(fā)揮骨形成的作用[3]。當(dāng)骨吸收與骨形成介導(dǎo)的骨重塑速率與微損傷產(chǎn)生的速率處于動(dòng)態(tài)平衡之中，才有效預(yù)防應(yīng)力性骨折的發(fā)生。在此，我們對(duì)預(yù)防應(yīng)力性骨折密切相關(guān)的PTH1R 的研究進(jìn)展做簡(jiǎn)要綜述，以期為應(yīng)力性骨折的臨床預(yù)防提供參考。

1 PTH1R

PTH1R 是位于第3 號(hào)染色體上一個(gè)14 外顯子基因編碼的G 蛋白偶聯(lián)受體，廣泛表達(dá)于成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞表面，以及腎小管上皮細(xì)胞[4]。刺激PTH1R 可導(dǎo)致Gs-α介導(dǎo)的cAMP/PKA 信號(hào)通路激活。激活的PKA 信號(hào)通路一方面可以增加成骨細(xì)胞的數(shù)量，促進(jìn)骨形成；另一方面可以提高破骨細(xì)胞的活性，促進(jìn)骨吸收，最終發(fā)揮調(diào)節(jié)骨重塑的作用。

2 PTH1R 促進(jìn)骨重塑的作用機(jī)制及現(xiàn)狀

2.1 PTH1R 促進(jìn)骨吸收的作用機(jī)制及研究現(xiàn)狀

OPG-RANKL-RANK通路在PTH1R誘導(dǎo)的骨吸收中起重要作用。Lee 等用小鼠骨髓培養(yǎng)研究甲狀旁腺激素與破骨細(xì)胞樣細(xì)胞形成的相關(guān)性時(shí)發(fā)現(xiàn)，PTH1R 通過(guò)調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞中RANKL 及其可溶性誘導(dǎo)受體骨保護(hù)素（OPG）的表達(dá)而調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞的生物活性，從而調(diào)節(jié)其骨吸收能力[5]。Kanzawa 等研究OPG 與甲狀旁腺激素刺激小鼠骨細(xì)胞破骨細(xì)胞形成的關(guān)系以及O'Brien 等研究骨細(xì)胞調(diào)控破骨細(xì)胞的發(fā)生也有類似報(bào)道[6-7]。PTH1R 促進(jìn)骨吸收的作用機(jī)制是，當(dāng)機(jī)體受到外界生理水平的應(yīng)力刺激時(shí)，PTH1R表達(dá)升高，cAMP/PKA 信號(hào)通路被激活，一方面導(dǎo)致骨細(xì)胞內(nèi)RANKL 的mRNA 水平升高，RANKL與破骨細(xì)胞造血前體表面的核因子NF-κB 受體激活物（RANK）結(jié)合，促進(jìn)破骨細(xì)胞分化和存活，在完全形成的破骨細(xì)胞中刺激其活性；另一方面導(dǎo)致OPG 的mRNA 水平降低，OPG 通過(guò)與RANKL結(jié)合抑制RANKL 誘導(dǎo)的骨吸收，從而阻止RANKL 與RANK 的結(jié)合[8-11]。最 終通過(guò)RANKL 和OPG 濃度的平衡來(lái)調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞的生成[12]。劉雙馨等通過(guò)培養(yǎng)C57BL/6 小鼠骨髓單核細(xì)胞研究牛甲狀旁腺激素對(duì)破骨細(xì)胞的影響，其結(jié)果顯示牛甲狀旁腺激素濃度越高則破骨細(xì)胞吸收能力越強(qiáng)，并用RT-qPCR、Western 印跡和免疫熒光染色3 種方法證實(shí)破骨細(xì)胞中存在PTH1R，還證實(shí)了PTH1R 介導(dǎo)破骨細(xì)胞，從而促進(jìn)骨重塑[13]。由此可見(jiàn)PTH1R 在促進(jìn)骨吸收方面至關(guān)重要。

2.2 PTH1R 促進(jìn)骨形成的作用機(jī)制及研究現(xiàn)狀

除了促進(jìn)骨吸收外，骨細(xì)胞內(nèi)磷酸化/非磷酸化的PTH1R 還能夠通過(guò)促進(jìn)骨形成來(lái)激活骨重塑。PTH1R 能夠通過(guò)激活cAMP/PKA 信號(hào)通路而降低骨細(xì)胞源性Wnt 拮抗劑硬蛋白的表達(dá)，從而激活Wnt 信號(hào)通路，調(diào)節(jié)成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子23（FGF23）的表達(dá)，使完整的FGF23 在循環(huán)和骨中局部升高，進(jìn)而與骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞中表達(dá)的FGFR1/KLOTHO 復(fù)合物結(jié)合并激活細(xì)胞內(nèi)信號(hào)，從而增加骨形成[14]。

刺激PTH1R 可導(dǎo)致Gs-α 介導(dǎo)的cAMP/PKA信號(hào)通路激活，從而使SIK2 去磷酸化，使得SIK2下游去磷酸化蛋白HDAC4、HDAC5 及CRTC2 由細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞核，調(diào)節(jié)SOST 和RANKL 的表達(dá)，最終達(dá)到促進(jìn)骨重塑的目的[15-16]。

目前PTH1R 作為骨細(xì)胞靶點(diǎn)藥物廣泛用于骨科疾?。ㄓ绕涫枪琴|(zhì)疏松癥）的治療。PTH1R還在成骨細(xì)胞存活和轉(zhuǎn)化中發(fā)揮重要作用。Maycas 等通過(guò)以低滲性休克為代表的機(jī)械刺激作用于成骨細(xì)胞MLO-Y4，研究PTH1R 對(duì)成骨細(xì)胞的作用，發(fā)現(xiàn)低滲性休克機(jī)械刺激可以迅速刺激PTH1R 過(guò)表達(dá)的HEK-293 和MLO-Y4 細(xì)胞中的鈣信號(hào)傳導(dǎo)，從而促進(jìn)成骨細(xì)胞存活[17]。邱濤等在甲狀旁腺激素（PTH）和IGF-Ⅰ協(xié)同促進(jìn)成骨細(xì)胞向骨細(xì)胞分化的研究中發(fā)現(xiàn)，IGF-Ⅰ受體（IGF1R）可以在PTH1R 細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域上特異性地磷酸化酪氨酸殘基Y494，PTH1R 與磷酸化的PTH1R 完全重疊，每個(gè)骨細(xì)胞中的成骨細(xì)胞和樹(shù)突的數(shù)目減少，結(jié)果表明通過(guò)IGF1R 直接磷酸化PTH1R 來(lái)促進(jìn)成骨細(xì)胞向骨細(xì)胞的轉(zhuǎn)變[3]。其次，PTH1R 還通過(guò)cAMP 信號(hào)通路使促凋亡蛋白磷酸化及抗凋亡蛋白轉(zhuǎn)錄來(lái)參與抑制成骨細(xì)胞的凋亡過(guò)程[18]。

3 結(jié)語(yǔ)

由于骨骼的持續(xù)疲勞載荷，致使骨組織微損傷產(chǎn)生速率超過(guò)自我修復(fù)速率，骨組織產(chǎn)生的微損傷慢慢積累，引起損傷部位骨細(xì)胞的凋亡，最終啟動(dòng)靶向性骨重塑[19]。凋亡的骨細(xì)胞釋放ATP，促使骨細(xì)胞分泌RANKL，RANKL 促進(jìn)破骨細(xì)胞分化，從而使破骨細(xì)胞數(shù)量增加[20-21]。破骨細(xì)胞通過(guò)分泌酸和酶來(lái)分解與消化骨礦物及蛋白質(zhì)，從而發(fā)揮骨吸收作用，最終使骨吸收能力增強(qiáng)。破骨細(xì)胞移除受損骨組織，成骨細(xì)胞生成新骨進(jìn)行填充以取代損傷部位，即靜止的骨襯里細(xì)胞激活后轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S的成骨細(xì)胞，活躍的成骨細(xì)胞通過(guò)分泌新骨的前驅(qū)物——骨樣基質(zhì)來(lái)補(bǔ)充骨吸收形成的空洞，從而實(shí)現(xiàn)靶向性骨重塑。PTH1R 通過(guò)多種途徑調(diào)控骨吸收與骨形成完全符合骨重塑的具體作用機(jī)制，還通過(guò)提高成骨細(xì)胞存活率來(lái)促進(jìn)骨形成，從而達(dá)到提高骨組織自我修復(fù)的速率，這將有力地預(yù)防應(yīng)力性骨折的發(fā)生。因此，探索有效刺激PTH1R 水平提高的方法將降低應(yīng)力性骨折的發(fā)病率，具有十分重要的軍事意義及社會(huì)、經(jīng)濟(jì)意義。