丙戊酸對骨代謝的影響及其機制

樊丹旸，孫美珍

0 引言

丙戊酸(Valproic acid，VPA)是一種多功能藥物，廣泛用于癲癇、雙相情感障礙、抑郁癥、偏頭痛等疾病[1]。近年來，有學者發(fā)現(xiàn)其可作為輔助抗癌劑，VPA作為組蛋白去乙?；?Histone deacetylases，HDAC)抑制劑，可抑制腫瘤生長和腫瘤血管生成[2]。惡心、嘔吐、腹瀉、體重增加、血小板降低和中性粒細胞減少是VPA最常見的不良反應，其中，針對骨質疏松癥和骨折風險增加的研究較為廣泛，但其結果不一致，且其潛在的機制目前仍不明確。本文概述了關于VPA對骨代謝的影響以及所涉及的分子機制的研究。

1 骨結構和代謝

骨骼是一個動態(tài)的組織，其在整個生命過程中不斷變化，以保持骨骼的大小、形狀和結構完整性，調(diào)節(jié)礦物質平衡。骨重塑通過骨細胞的高度調(diào)節(jié)和協(xié)同作用發(fā)生，包括破骨細胞激活、骨基質溶解、骨鈣移出，以及骨表面成骨細胞形成、骨基質合成、鈣沉積礦化2個方面。骨組織在合成與分解代謝過程中產(chǎn)生許多代謝產(chǎn)物，并以不同濃度和結構方式分布于骨骼、血液、尿液及體液中；調(diào)節(jié)骨代謝的內(nèi)分泌激素，不但影響骨重塑，也反饋調(diào)控骨代謝的多個環(huán)節(jié)，維持骨代謝平衡和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。

骨代謝標志物大致分為一般生化標志物、骨代謝調(diào)控激素和骨轉換標志物3類[3]。一般生化標志物主要指血鈣、血磷、尿鈣、尿磷等。骨代謝調(diào)控激素主要包括維生素D[25(OH)D]、甲狀旁腺激素(Parathormone，PTH)等。骨轉化標志物則反映骨形成標志物和骨吸收標志物2類。前者代表成骨細胞及骨形成狀態(tài)，后者主要反映破骨細胞活性與骨吸收水平。骨形成標志物有Ⅰ型前膠原N端前肽(N-terminal propeptide of type 1 precollagen，PINP)、Ⅰ型前膠原C端前肽(C-terminal propeptide of type 1 precollagen，PICP)、骨特異性堿性磷酸酶(Bone-specific alkaline phosphatase，BALP)、堿性磷酸酶(Alkaline phosphatase，ALP)、骨鈣素(Osteocalcin，OC)等。骨吸收標志物有Ⅰ型膠原交聯(lián)氨基端肽區(qū)(Type 1 collagen cross-linked N-telopeptide，NTX)及羧基端肽區(qū)(Type 1 collagen cross-linked C-telopeptide，CTX)、Ⅰ型膠原交聯(lián)羧基末端肽(Carboxyterminal cross linked telopeptide of type 1 collagen，ICTP)及羥脯氨酸(Hydroxyproline，HOP)等。

2 抗癲癇藥物對骨代謝的影響

抗癲癇藥物(Antiepileptic drugs，AEDs)對骨代謝影響的潛在病理-生理機制是多因素的，包括細胞色素P450酶的激活、骨轉換增加和尿鈣及尿磷的損失增加[4]。然而，AED類型與骨折風險之間的關系仍然是不確定的。

苯巴比妥、苯妥英鈉、卡馬西平等作為肝細胞色素P450酶的誘導劑，是降低骨密度(Bone mineral density，BMD)及影響骨代謝的主要機制。誘導細胞色素P450酶的AEDs促進維生素D分解代謝，維生素D水平下降導致鈣吸收減少，繼發(fā)甲狀旁腺激素增加，從而激活破骨細胞來增加骨轉換，并從骨骼中吸收鈣，最終導致骨質流失[5]。非酶誘導劑AEDs如拉莫三嗪、左乙拉西坦對骨代謝影響的數(shù)據(jù)較少[6]。酶抑制劑VPA對骨代謝的影響仍存在爭議。早期研究顯示，VPA的使用與骨丟失沒有關聯(lián)，而近期研究顯示，兒童和成人癲癇患者長期使用VPA治療后，出現(xiàn)骨及礦物質代謝生化指標異常，且骨折發(fā)生率較高[7-9]。

3 VPA對骨的影響

3.1 臨床試驗

3.1.1 VPA對骨密度的影響 關于VPA對骨密度影響的臨床試驗結果并不一致。有報道，兒童或成年人的VPA 單藥治療對股骨頸和腰椎BMD值沒有影響[10-11]，而在其他研究中，使用VPA治療超過6個月后，腰椎、股骨頸的BMD顯著降低[7-9]，見表1。Guo等[12]發(fā)現(xiàn)，兒童癲癇患者全身BMD的變化似乎不是由VPA引起的，而是由于體力活動水平下降引起的。如果懷疑活動量低這個原因，全身骨量的測量就尤為重要，因為負重區(qū)域骨骼部位在不同的生活方式中是不同的，而很多研究只進行了諸如前臂、腰椎等區(qū)域骨骼的測量，需要更多的研究進一步支持。一項Meta分析中，研究者納入了對兒童進行長期VPA治療(0.5～6年)的研究，結果表明，VPA可導致腰椎、股骨頸、大轉子BMD顯著下降[13]。

3.1.2 VPA對骨代謝標志物的影響 在VPA治療期間，一般生化標志物，如血鈣、血磷、骨代謝調(diào)控激素25(OH)D和PTH增加、降低、不變均有，但大多數(shù)研究報道，VPA治療并未顯著改變血Ca、P、25(OH)D、PTH濃度(表2)。在骨轉化標志物中，Verrotti等[20]研究表明，兒童患者使用VPA治療后，骨形成標志物PICP增加，而血清OC、ALP及BALP水平增加、降低或不變均有，且血清BALP值并不一定總伴隨著ALP變化，因為ALP值的變化受肝和骨代謝共同影響，骨吸收標志物血清ICTP增加，表明VPA加快了骨轉化。

3.2 動物實驗 有報道，VPA治療癲癇大鼠90 d后，股骨、股骨頸、大轉子及腰椎BMD均下降，骨鈣素升高，表明骨轉換增加[28]，且觀察到VPA治療大鼠BMD下降與骨轉換增加有關，骨吸收程度超過骨形成。Anwar等[29]用100、300 mg/kg劑量VPA處理小鼠4個月后，發(fā)現(xiàn)腰椎BMD顯著降低，且其尿鈣排泄顯著增多。Parveen等[30]用VPA對健康小鼠處理10周，結果顯示，股骨和腰椎的BMD顯著降低，RANKL增加，表明骨吸收增加。而RANKL參與破骨細胞形成和骨重建的調(diào)節(jié)，并通過破骨細胞生成或多核成熟破骨細胞的活化促進骨吸收[31]。李欣等[32]用海人酸注射入大鼠腹腔制作癲癇模型后，使用VPA灌胃治療，結果顯示，與正常對照組及模型組比較，大鼠血清PICP降低，NTX增加，表明采用丙戊酸鈉治療不但起到抑制骨形成作用，還能促進骨吸收。VPA對骨密度及骨代謝影響的動物實驗結果顯示，VPA可加快骨轉換，且骨吸收程度大于骨形成程度，導致腰椎、股骨頸等骨密度降低。

表1 使用VPA治療的BMD研究

表2 使用VPA治療的患者的骨代謝標志物研究

3.3 VPA對骨代謝影響的機制

3.3.1 對骨細胞的直接影響 有報道，VPA作為HDAC抑制劑對骨細胞有直接作用。HDAC參與染色體結構修飾和基因表達的調(diào)節(jié)，組蛋白乙?；梢蚤_放染色質結構，促進基因的轉錄；反之，當組蛋白處于去乙?；癄顟B(tài)時，染色質結構變得致密，阻礙轉錄復合體的結合，抑制基因的轉錄表達[33]。

VPA通過增強Runx2基因轉錄來調(diào)節(jié)成骨細胞分化和骨形成。Runx2基因是成骨細胞分化所必需的轉錄因子，且受HDAC調(diào)控[34]。盡管成骨細胞分化增強，但在成骨細胞系hFOB1.19的分化過程中，用VPA處理后可顯著降低Ⅰ型膠原和骨黏連蛋白的合成。Ⅰ型膠原蛋白是骨骼的主要蛋白質成分，骨黏連蛋白是維持骨量和正常骨重塑所必需的膠原結合糖蛋白[35]，這2種關鍵骨蛋白減少可能是癲癇和其他疾病使用丙戊酸治療后相關的骨質流失和骨折風險增加的機制。因此，VPA可能增強成骨細胞分化，但是可能不會形成成熟的成骨細胞。 骨不僅由成骨細胞和骨細胞組成，還由軟骨細胞和脂肪細胞組成，其組織、整合以維持骨穩(wěn)態(tài)，這些不同類型的細胞均來自間充質細胞(Mesenchymal stem cells，MSCs)。Hatakeyama等[36]在小鼠胚胎間質細胞系C3H10T1/2 中進行了實驗，觀察VPA對MSCs的影響，結果顯示，VPA在細胞外基質蛋白如纖維連接蛋白和Ⅰ型膠原蛋白下抑制MSCs增殖；之后，有學者也發(fā)現(xiàn)，VPA可抑制大鼠MSCs中的細胞增殖[37]，提示VPA以抑制MSCs增殖為前提，促進骨的前成骨細胞的分化。

根據(jù)目前的證據(jù)，雖然VPA可能對成骨細胞分化產(chǎn)生積極影響，但其抑制成熟成骨細胞活性，提示可能與臨床研究中顯示的骨質流失和骨折風險增加有關。

3.3.2 VPA對維生素D代謝的影響 盡管VPA是細胞色素P450抑制酶，仍有一些研究表明VPA可誘導維生素D分解代謝。

人肝細胞和人胚胎腎細胞的體外研究顯示，VPA增加了CYP24mRNA表達[38]，CYP24是參與維生素D分解代謝的主要酶，可加快維生素 D代謝，這可能是藥物誘導的骨軟化的原因。在另一項研究中，VPA可以通過CYP3A4誘導維生素D分解代謝[39]，且發(fā)現(xiàn)VPA可作為孕烷X受體(Pregnane X receptor，PXR)和雄甾烷受體(Androstane receptor，CAR)的激活劑，PXR和CAR可通過調(diào)節(jié)CYP24和CYP3A4基因表達改變VD3激素活性。

3.3.3 VPA通過性腺功能減退間接影響骨代謝 VPA治療可導致性腺功能減退，這也可能是這些患者骨質流失的原因。女性的雌激素和男性的睪酮可作用于破骨細胞并減少骨吸收[40]。VPA治療可引起女性明顯的生殖內(nèi)分泌改變、多囊卵巢綜合征、月經(jīng)紊亂和排卵障礙等；VPA治療的男性表現(xiàn)出雄激素血液濃度降低、精子活力和勃起功能障礙的異常[41]。

雄激素對男性的骨骼生長及骨量維持具有重要作用[42]。目前，雄激素對骨代謝的調(diào)控有2條途徑：一是通過與骨細胞、成骨細胞上的雄激素受體結合來調(diào)控成骨、破骨細胞的功能；二是雄激素芳香化為雌激素，通過雌激素受體實現(xiàn)其調(diào)控骨代謝的作用[43]。有研究表明，女性骨質疏松癥與雌激素減少密切相關：當女性進入絕經(jīng)期時，女性性腺分泌雌激素尤其是雌二醇明顯減少，相應骨代謝中出現(xiàn)骨吸收大于骨形成[44]。AEDs可刺激雌二醇和雌酮的微粒體分解代謝以及性激素結合球蛋白合成，增加的性激素結合球蛋白水平可導致C19類固醇的血清水平降低，導致C19類固醇向相應的雌激素的轉化率降低。雌激素減少可增強骨中白細胞介素-7的產(chǎn)生，進一步激活T細胞并釋放干擾素、腫瘤壞死因子和RANKL，從而介導破骨細胞生成[45]。

3.3.4 遺傳因素 有學者發(fā)現(xiàn)某些基因與骨轉換加快、骨密度降低或骨折有關[46]。Senn等[47]使用VPA處理不同品種的小鼠，處理8周后，評估其總骨礦物質含量、小梁體積及數(shù)目，發(fā)現(xiàn)不同品系的小鼠總骨礦物質含量、小梁體積及數(shù)目不同，表明長期VPA治療對骨的不良反應易感性可能與遺傳基因有關。Lambrinoudaki等[48]發(fā)現(xiàn)，維生素D受體基因多態(tài)性中，B等位基因與使用VPA及其他AEDs治療患者的骨密度降低有關，且這種作用可能是通過維生素D-甲狀旁腺素途徑介導的。還有研究顯示，在COL1A1 Sp1多態(tài)性s等位基因與接受VPA治療的癲癇患者中腰椎及股骨 BMD降低有關[49]。今后需更多的相關研究以發(fā)現(xiàn)參與這種疾病的易感基因。

4 小結

VPA是目前臨床上使用最廣泛的AEDs之一，研究表明，長期使用VPA可能會對骨代謝產(chǎn)生影響。上述臨床試驗中結果尚不一致，大多為陰性結果，考慮試驗中可能存在重要的混雜因素，如膳食、攝入鈣及維生素D、日光照射量和運動水平并不能完全控制；也可能出現(xiàn)其他共存病及相關藥物使用影響；年齡也可能影響骨密度及骨代謝指標。在骨密度研究中，骨密度明顯降低大多發(fā)生在兒童患者中。與成人相比，兒童尚處于生長發(fā)育期，骨代謝調(diào)控體系可能尚未發(fā)育成熟，因此，兒童患者骨密度等更易受影響[50]。大多數(shù)研究總樣本量偏小，尚需大樣本的病例對照研究來闡明VPA可能影響骨密度和骨代謝的時間、劑量和其他因素。VPA對骨骼的作用機制是多方面的，總體效果是骨折風險增加。VPA在骨中的主要作用包括通過降低成骨細胞增殖、抑制成骨細胞活性和誘導維生素D分解代謝而直接影響骨細胞；也可通過性腺機能減退間接導致骨質流失增加；此外，VPA治療對骨的不良反應易感性可能與遺傳基因有關，如維生素D受體基因多態(tài)性中B等位基因及COL1A1 Sp1多態(tài)性s等位基因等。在臨床中使用VPA時，要長期監(jiān)測BMD及骨代謝標志物，有異常時要及時調(diào)整VPA劑量，必要時補充鈣及維生素D。