骨質(zhì)疏松發(fā)病機(jī)制及治療藥物研究進(jìn)展

羅麗梅 李杰 楊帆 吳翔宇 胥秀英 鄭一敏*

1.重慶理工大學(xué)藥學(xué)與生物工程學(xué)院，重慶 400054 2.西南藥業(yè)股份有限公司，重慶 400038

骨質(zhì)疏松(osteoporosis，OP)是以骨量減少，骨密度降低易發(fā)生骨折為特征的全身性代謝性骨病[1]。全世界OP患者超過2億，發(fā)病率超過25%，位居常見病和多發(fā)病第6位。我國 OP發(fā)病率50歲以下人群為15%～50%，60歲以上老年人為56%[2]。OP臨床表現(xiàn)為骨痛和脆性骨折，患者生活質(zhì)量降低，甚至導(dǎo)致癱瘓，成為嚴(yán)重影響中老年人群健康的慢病之一。

OP分為原發(fā)性、繼發(fā)性和特發(fā)性三類，以原發(fā)性O(shè)P最常見。煙酒過量，長期服用激素類藥物是引起OP的主要原因。OP藥物包括抑制骨吸收藥、促進(jìn)骨形成藥等。本文在OP發(fā)病機(jī)制的基礎(chǔ)上對OP治療藥物進(jìn)行綜述。

1 OP發(fā)病機(jī)制

1.1細(xì)胞水平

骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞(osteoblast，OB)和破骨細(xì)胞(osteoclast，OC)凋亡與OP有密切關(guān)系。雌激素下降導(dǎo)致骨細(xì)胞凋亡，促進(jìn)OP發(fā)生。OB的凋亡可能與Fas/Fas-L系統(tǒng)有關(guān)，TNF-α和IL-1促進(jìn)OB的凋亡，OB的異常凋亡可能是骨質(zhì)疏松的發(fā)病機(jī)制之一[3]。IL-1和M-CSF通過抑制破骨細(xì)胞caspases激活NF-κB促進(jìn)破骨細(xì)胞增殖，導(dǎo)致骨吸收形成負(fù)平衡狀態(tài)和OP的發(fā)生[4]。

1.2信號通路水平

1.2.1OPG/RANK/RANKL通路

骨保護(hù)素/核因子-κB受體活化因子/核因子-κB受體活化因子配體信號通路(圖1)，是調(diào)節(jié)骨重建過程中破骨細(xì)胞功能的重要通路[5]。

OC是造血干細(xì)胞多核細(xì)胞在RANKL的介導(dǎo)下形成的[6]。OB由間充質(zhì)細(xì)胞分化而成。RANK來自TNF受體超家族的I型糖蛋白，表達(dá)于OC表面，介導(dǎo)OC的發(fā)育和成熟。OPG是OC分化和活化的有效抑制劑，通過螯合RANKL阻斷其與RANK的結(jié)合，抑制OC的形成[7]。間充質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的M-CSF是OC祖細(xì)胞增殖和分化的絕對要求，在M-CSF存在下，RANKL誘導(dǎo)脾細(xì)胞和單核細(xì)胞形成OC[8]。腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子(TNF receptor associated factor，TRAFs)是誘導(dǎo)OC分化的關(guān)鍵，TRAFs與RANK胞內(nèi)區(qū)結(jié)合激活該通路。

RANK與OB表面RANKL的結(jié)合是OPG/RANK/RANKL信號通路的第一步，在TRAF6的作用下啟動(dòng)下游信號通路。RANKL與受體RANK結(jié)合誘導(dǎo)TRAF的激活和累積[9]，TRAFs與RANK的胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域結(jié)合，激活下游NF-κB、MAPK、PI3K/Akt、CN/NFAT通路，引起一系列的細(xì)胞生物學(xué)效應(yīng)。

圖1 OPG/RANK/RANKL信號通路Fig.1 OPG/RANK/RANKL signaling pathway

1.2.2Wnt/β-catenin通路

Wnt/β-catenin通路(圖2)在骨重建、細(xì)胞的生長、發(fā)育、凋亡等方面發(fā)揮著重要作用。抑制劑SOST(硬化蛋白)、Krm(跨膜蛋白)、Dickkopfs與Wnt競爭性結(jié)合由OC分泌的LRP5/6。OB表達(dá)的WIF(Wnt抑制因子)、sFRP(分泌型卷曲相關(guān)蛋白)與Wnt結(jié)合，阻斷Wnt、LRP5/6和Frizzled復(fù)合物的形成[10-11]。

Wnt是該信號通路的關(guān)鍵啟動(dòng)因子。缺乏Wnt時(shí)，β-catenin在AXIN(支架蛋白)、APC(腸腺瘤息肉蛋白)、CK、GSK(糖原合酶激酶)復(fù)合物的作用下被磷酸化，最后被β-TRCP(泛素蛋白酶體)降解[12-13]。當(dāng)Wnt存在時(shí)，LRP5/6、Wnt和Frizzled形成的復(fù)合物將GSK從磷酸化β-catenin轉(zhuǎn)移至LRP5/6，有助β-catenin的穩(wěn)定性。β-catenin進(jìn)入胞核后，與TCF/LEF相互作用促進(jìn)靶基因表達(dá)，刺激OB形成。綁定在β-catenin C端的核內(nèi)蛋白Chibby通過抑制β-catenin和TCF/LEF相互作用，拮抗Wnt/β-catenin通路。

圖2 Wnt/β-catenin信號通路Fig.2 Wnt/β-catenin signaling pathway

1.3基因多態(tài)性

目前已發(fā)現(xiàn)并報(bào)道了大量與發(fā)生OP危險(xiǎn)的相關(guān)候選基因。維生素D受體基因(VDR)位于12q13-14，有FokI、BsmI等酶切位點(diǎn)多態(tài)性，研究發(fā)現(xiàn)FokI多態(tài)性與BMD降低相關(guān)[14]，被認(rèn)為是調(diào)控骨量的候選基因之一。雌激素受體(ER)主要有ERα和ERβ亞型，僅與腰椎BMD相關(guān)[15]。I型膠原(COL1)是骨基質(zhì)的重要構(gòu)成成分，G-T突變導(dǎo)致膠原合成受阻，影響B(tài)MD合成引起OP[16]。降鈣素受體(CTR)位于人類7號染色體，基因多態(tài)性位于核苷酸序列1 377 bp，該位點(diǎn)上C-T突變是影響CTR與配體結(jié)合及其信號通路的主要原因。但大多數(shù)候選基因仍還處在篩選確認(rèn)階段，研究結(jié)果也不完全一致。

2 臨床現(xiàn)有藥物

2.1雌激素類

骨組織中存在雌激素受體(ER)[17-18]。聯(lián)合使用共軛馬雌激素(圖3)與醋酸甲羥孕酮(圖3)可改善BMD并預(yù)防OP性骨折[19]。戊酸雌二醇聯(lián)合阿侖膦酸鈉能顯著改善絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松[20]，但長期服用雌激素將增加女性患乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)[17]。

圖3 各類抗骨質(zhì)疏松藥物Fig.3 Various types of anti-osteoporosis drugs

2.2降鈣素

降鈣素(圖4)是甲狀腺濾泡旁細(xì)胞分泌的單鏈多肽。研究表明鮭魚降鈣素聯(lián)合鈣劑能抑制骨吸收，改善骨密度[21]。降鈣素基因相關(guān)肽(圖5)參與骨生長及修復(fù)[22]。少數(shù)患者使用降鈣素后會(huì)出現(xiàn)不良反應(yīng)[23]。

圖4 降鈣素Fig.4 Calcitonin

圖5 降鈣素基因相關(guān)肽Fig.5 Calcitonin gene-related peptide (CGRP)

2.3雙膦酸鹽類

雙膦酸鹽類藥物(表1)是沒有禁忌癥的老年OP的首選藥物，可減少骨痛和骨折發(fā)生[24]。以P-C-P基團(tuán)取代焦磷酸鹽結(jié)構(gòu)中P-O-P基團(tuán)，使雙膦酸鹽保持穩(wěn)定。研究表明女性服用阿侖膦酸鈉(圖3)后OP有明顯好轉(zhuǎn)，但唑來膦酸(圖3)作為新一代的雙膦酸鹽類藥物注射后有發(fā)熱等不良反應(yīng)[25-27]。

2.4鈣劑和維生素類

維生素D是一種類固醇激素，主要包括VD2(圖3)和VD3(圖3)。鈣是骨形成所必需的元素，VD和鈣劑是兩種不同的物質(zhì)，兩者單獨(dú)使用不能抗OP。腎功能不全患者可選擇VK2維持骨健康。長期服用鈣劑和維生素[28]易致高鈣血癥、尿路結(jié)石[29]等。

表1各代雙膦酸鹽類藥物名稱及結(jié)構(gòu)式

Table1The name and structure of each generation of bisphosphonate drugs

藥物名稱代數(shù)化學(xué)式依替膦酸鈉第1代C2H6Na2O7P2氯屈膦酸鈉第1代CH2Cl2Na2O6P2帕米膦酸鈉第2代C7H9ClO6P2S阿侖膦酸鈉第2代C4H12NNa2O7P2.3H2O利塞膦酸鈉第3代C7H10NNaO7P2.2.5H2O唑來膦酸鈉第3代C5H10N2O7P2.H2O

2.5甲狀旁腺素(PTH)

PTH是甲狀旁腺主細(xì)胞分泌的單鏈多肽，調(diào)節(jié)脊椎動(dòng)物體內(nèi)鈣磷代謝。PTH通過增加DNA修復(fù)，抑制OB凋亡[30]。間斷使用可刺激骨形成，但長期使用易致骨吸收增強(qiáng)，骨量丟失。

2.6鍶鹽

鍶鹽具有促進(jìn)骨形成和抑制骨吸收的雙向作用[31]。研究發(fā)現(xiàn)，雷奈酸鍶組出現(xiàn)骨折的風(fēng)險(xiǎn)較安慰劑組低20%[32]，但長期使用會(huì)增加絕經(jīng)后婦女心肌梗死的風(fēng)險(xiǎn)[33]，其臨床價(jià)值需進(jìn)一步研究。

2.7雷諾昔芬

雷諾昔芬是第一個(gè)被美國FDA批準(zhǔn)用于絕經(jīng)后OP的選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)劑，不增加子宮內(nèi)膜癌的危險(xiǎn)[34]。臨床試驗(yàn)表明患者在使用雷諾昔芬后骨折發(fā)生率減少[35]。但面部潮紅和血栓栓塞等不良反應(yīng)[36]影響了該藥的推廣應(yīng)用。

2.8氟化物

含氟較高的地區(qū)OP發(fā)生率低[37]。氟對OB的增殖和分化有雙向調(diào)節(jié)作用，高濃度抑制OB導(dǎo)致骨軟化病；低濃度促進(jìn)骨形成降低骨折發(fā)生。氟化物用于OP療效不明顯，需進(jìn)一步研究。

2.9中藥

《中國老年骨質(zhì)疏松癥診療指南》[39]推薦龍牡壯骨顆粒、仙靈骨葆膠囊和強(qiáng)骨膠囊等用于骨質(zhì)疏松的治療，臨床上有一定效果。植物雌激素木質(zhì)素類、異黃酮類和白藜蘆醇等可直接抑制骨吸收、促進(jìn)骨形成[38]，對絕經(jīng)后婦女骨質(zhì)疏松發(fā)揮著有益作用，是值得關(guān)注研究方向[39]。

3 臨床研究中的藥物

3.1RANKL抑制劑

研究表明注射RANK競爭性抑制劑OPG能減少骨轉(zhuǎn)換，呈劑量依賴性地抑制骨吸收，因此OPG作為一種有效的抗骨吸收劑具有廣泛的應(yīng)用前景。在3期臨床研究中，RANKL抑制劑Denosumab與安慰劑相比顯著減少椎骨與髖部骨折[40]。

3.2Src激酶抑制劑

Saracatinib是一種選擇性Src激酶抑制劑，對孕激素受體陰性和轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者的治療沒有顯著的單藥活性[41]。在劑量耐受下顯著減少健康男性的骨吸收[42]。

3.3組織蛋白酶K抑制劑

組織蛋白酶K(Cathepsin K)是表達(dá)于OC中的半胱氨酸蛋白酶。Odanacatib可逆性地抑制Cathepsin K并迅速降低骨吸收。ONO-5334是人工合成的Cathepsin K抑制劑，可增加患者骨密度，但未對其臨床安全性進(jìn)行評價(jià)[43]，需進(jìn)一步完善。

3.4Dickkopf-1抗體

Dickkopf-1橋接LRP5/6和跨膜蛋白Krm，觸發(fā)細(xì)胞表面LRP5/6的內(nèi)化和消耗，阻斷經(jīng)典Wnt信號傳導(dǎo)。研究表明DKK-1抗體的抑制作用阻止溶骨性病變的發(fā)生，增加骨形成[43]。長期使用Wnt抑制劑需對骨骼安全進(jìn)行監(jiān)測。

3.5硬化蛋白抗體

骨硬化蛋白(sost)是一種骨細(xì)胞分泌蛋白。在一項(xiàng)隨機(jī)雙盲的實(shí)驗(yàn)中，健康男性和絕經(jīng)婦女服用sost單克隆抗體AMG785后，骨形成標(biāo)志物呈劑量相關(guān)性增加[44]。但sost作為一種外源性抗體易加重免疫系統(tǒng)紊亂患者的病情。

4 結(jié)語和展望

OP患病人數(shù)在逐年增加，雷諾昔芬是治療絕經(jīng)后婦女OP的較好選擇；腕部骨折患者首選甲狀旁腺素；骨痛患者可選擇降鈣素，并聯(lián)合使用基礎(chǔ)藥物鈣劑、維生素D和維生素K。臨床用于治療OP的藥物種類繁多，目前沒有根治藥物，篩選安全有效的抗OP藥物已是當(dāng)務(wù)之急，基于細(xì)胞信號通路和基因水平調(diào)控篩選安全有效治療OP的新藥是今后努力方向。