Wnt信號(hào)通路抑制因子骨硬化蛋白在骨質(zhì)疏松癥中的作用探討

金澤旭 唐芳 馬武開(kāi) 蔣總 蔡鑫 樊梅

【摘 要】 Wnt信號(hào)在多種組織及器官的病理及生理過(guò)程中發(fā)揮了重要的調(diào)節(jié)作用，隨著對(duì)Wnt信號(hào)通路的深入研究，其在調(diào)控骨代謝的重要性受到了廣泛的關(guān)注及認(rèn)可。骨硬化蛋白是Wnt信號(hào)通路的抑制因子，其與LRP5/6受體結(jié)合從而對(duì)Wnt信號(hào)通路起到負(fù)調(diào)節(jié)作用?，F(xiàn)對(duì)骨硬化蛋白在骨質(zhì)疏松癥中的作用及研究現(xiàn)況進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】 骨質(zhì)疏松癥;骨硬化蛋白;Wnt信號(hào)通路;骨代謝

骨質(zhì)疏松癥（osteoporosis，OP）是一種以骨量減少以及骨組織微結(jié)構(gòu)惡化為特點(diǎn)，最終導(dǎo)致骨質(zhì)量下降的骨骼疾病[1]。骨重建是成熟骨代謝的關(guān)鍵過(guò)程，其功能正常依賴于間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨細(xì)胞和造血干細(xì)胞發(fā)育而來(lái)的破骨細(xì)胞之間的成骨及骨吸收的平衡，若成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞分化失衡則會(huì)導(dǎo)致骨量丟失或增加相關(guān)疾病[2-3]。OP受多種因素影響且發(fā)病機(jī)制復(fù)雜[4]，目前其主要發(fā)病機(jī)制尚未完全發(fā)掘，但隨著對(duì)分子的深入研究，信號(hào)通路調(diào)控骨代謝的機(jī)制被逐漸闡明。自從證實(shí)低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白5（LRP5）上的G171V基因突變會(huì)引起骨代謝異常及相關(guān)疾病的發(fā)生，關(guān)于Wnt通路在骨骼疾病中作用的研究逐漸成為熱點(diǎn)[5]。骨硬化蛋白（SOST）對(duì)Wnt信號(hào)通路有抑制作用，了解SOST對(duì)骨細(xì)胞的特異性以及其與Wnt信號(hào)通路之間的相互性，為OP靶向藥物治療提供理論依據(jù)。

1 Wnt信號(hào)通路作用機(jī)制

NUSSE和VARMUS兩位科學(xué)家在小鼠乳腺腫瘤病毒中發(fā)現(xiàn)了Int-1基因，其后研究證實(shí)其與果蠅中的無(wú)翅基因（Wingless）具有同源性，故將其命名為Wnt（Wingless + Int-1）基因[6-8]。Wnt信號(hào)通路與多種人類疾病有關(guān)，具有調(diào)控細(xì)胞分化、增殖的作用，根據(jù)不同的信號(hào)傳導(dǎo)途徑分為經(jīng)典信號(hào)通路——Wnt/β-連環(huán)蛋白（β-catenin）通路和非經(jīng)典信號(hào)通路[9]。非經(jīng)典信號(hào)通路包括平面細(xì)胞極途徑、Wnt/Ca2+途徑、Wnt/酪氨酸激酶樣孤兒受體2（Ror2）途徑等，由Wnt5a族相關(guān)配體激活[10]。在Wnt/β-catenin通路中，當(dāng)Wnt信號(hào)分子與跨膜受體（Frizzled）、LRP5/6受體形成復(fù)合體時(shí)，LRP5/6胞質(zhì)尾端的絲氨酸殘基磷酸化形成一個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，以此募集軸蛋白（Axin）從而抑制糖原合成酶-3β對(duì)β-catenin的磷酸化。細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的β-catenin維持在穩(wěn)定水平，逐漸集聚并移到細(xì)胞核中，進(jìn)而與T細(xì)胞因子/淋巴增強(qiáng)因子復(fù)合物（TCF/LEF）相互作用，激活抑制狀態(tài)的下游靶基因如CD44、c-myc、細(xì)胞周期蛋白D1（cyclinD1）、RUNX2、骨保護(hù)素（OPG）、骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2（BMP-2）[11-14]。

2 Wnt信號(hào)通路對(duì)骨代謝的影響

Wnt信號(hào)通路在骨生長(zhǎng)、發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。Wnt家族蛋白基因突變則會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)骨代謝疾病的發(fā)生，LAINE等[15]研究發(fā)現(xiàn)，Wnt1基因雜合突變會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與表型分離的新突變體C218G，抑制Wnt配體激活Wnt信號(hào)通路的能力，最終導(dǎo)致OP發(fā)生，而純合突變則會(huì)導(dǎo)致成骨不全癥發(fā)生。在經(jīng)典信號(hào)通路中，β-catenin是骨形成的關(guān)鍵因子，其促進(jìn)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化，并抑制破骨細(xì)胞達(dá)到調(diào)節(jié)骨量的效果，CHEN等[16]研究證實(shí)了這一觀點(diǎn)，在敲除β-catenin的小鼠中發(fā)現(xiàn)，破骨細(xì)胞數(shù)量及活性大于成骨細(xì)胞，導(dǎo)致小鼠骨質(zhì)下降。同時(shí)，Wnt通路能夠抑制脂肪形成，而促進(jìn)骨形成，過(guò)氧化物酶體增殖因子激活受體（pparg）是脂肪形成的關(guān)節(jié)調(diào)控因子，Wnt3a可以通過(guò)下調(diào)過(guò)氧化物酶體增殖因子激活受體表達(dá)，抑制成骨細(xì)胞向脂肪分化[17]。

3 SOST與Wnt/β-catenin通路

SOST是一種由骨硬化蛋白基因表達(dá)的分泌蛋白，來(lái)源于骨細(xì)胞，在骨細(xì)胞嵌入礦化基質(zhì)后開(kāi)始分泌SOST[18]。SOST在硬化性骨病及Van Buchem病患者中被首先發(fā)現(xiàn)，染色體17q12-21的基因突變導(dǎo)致硬化性骨病的發(fā)生，因此該基因被命名為SOST。而Van Buchem病則是由于SOST下游的基因片段缺失而發(fā)生，兩種疾病都表現(xiàn)出高骨量的形成[19]。SOST、Dkk1蛋白均是Wnt通路上的重要抑制因子。SOST與Lrp5/6競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合是抑制Wnt/β-catenin通路的關(guān)鍵。Lrp5/6由4個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)域組成，與DKK1不同，SOST結(jié)合Lrp5前兩個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)域，而DKK1則需要4個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)域同時(shí)作用才能與Lrp5結(jié)合;SOST通過(guò)短肽與Lrp6上的第一螺旋結(jié)構(gòu)域結(jié)合[20]。SOST會(huì)優(yōu)先與Lrp6結(jié)合，從而維持部分Lrp5/Wnt信號(hào)傳導(dǎo)途徑，雖然SOST與Lrp5/6結(jié)合并不能完全阻斷Wnt/β-catenin下游信號(hào)，SOST仍可通過(guò)對(duì)Wnt/β-catenin下游信號(hào)的直接調(diào)控而抑制骨形成，如BMP-2、OPG、核轉(zhuǎn)錄因子-κB受體活化因子配體（RANKL）[21-23]。

4 SOST與骨質(zhì)疏松

SOST抑制Wnt/β-catenin通路，負(fù)調(diào)控成骨細(xì)胞，導(dǎo)致骨密度降低、骨脆性增加，最終進(jìn)展為OP[24]，同時(shí)SOST可以抑制OPG的表達(dá)，并上調(diào)RANKL最終促進(jìn)破骨細(xì)胞生成[22]。此外，SOST的基因與BMP的拮抗劑具有同源性，因此SOST與BMP結(jié)合以抑制成骨細(xì)胞礦化[23]。LI等[25]敲除小鼠SOST基因，利用放射技術(shù)及病理分析，分別對(duì)基因敲除組及對(duì)照組的同齡小鼠進(jìn)行檢測(cè)。雙能X線、微型CT、骨組織形態(tài)學(xué)測(cè)定結(jié)果與對(duì)照組相比，基因敲除組小鼠整個(gè)骨架的骨密度及骨小梁、骨皮質(zhì)體積顯著增加。且基因敲除組小鼠血清成骨細(xì)胞標(biāo)志物骨鈣素水平升高，而破骨細(xì)胞標(biāo)志物TRACP 5b水平不變，這可能提示SOST不僅作用于破骨細(xì)胞，而且對(duì)成骨細(xì)胞也有抑制作用。ARDAWI等[26]檢測(cè)了707例絕經(jīng)后女性血清SOST及骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物，結(jié)果表明，絕經(jīng)后婦女患OP以及骨折風(fēng)險(xiǎn)增加與SOST高表達(dá)相關(guān)。SOST特異性調(diào)控Wnt信號(hào)通路的作用逐步被證實(shí)，為治療OP提供了新的靶點(diǎn)。

在骨組織代謝過(guò)程中，抗SOST抗體（Scl-Ab）可以間接降低破骨細(xì)胞活性，減少骨吸收并且參與調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞增殖和分化，抑制成骨細(xì)胞凋亡[27]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)抗SOST抗體治療的絕經(jīng)后OP小鼠骨密度增加，且組織形態(tài)學(xué)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，骨形成的關(guān)鍵指標(biāo)成骨細(xì)胞表面和礦化表面，在骨小梁表面、骨膜、皮質(zhì)內(nèi)表面顯著增加，表明抗SOST抗體可延長(zhǎng)成骨細(xì)胞的功能壽命[28]。CHANDRA等[29]發(fā)現(xiàn)，抗SOST抗體可以減少DNA雙鏈斷裂標(biāo)志物γ-H2AX并增加DNA修復(fù)蛋白ku70，通過(guò)DNA修復(fù)的方式減少成骨細(xì)胞程序性死亡;此外，抗SOST抗體還可以修復(fù)骨細(xì)胞微結(jié)構(gòu)，達(dá)到骨保護(hù)作用。因此，抗SOST抗體可以多層次調(diào)節(jié)骨代謝，促進(jìn)骨形成。

目前抗SOST抗體主要有3種：Romosozumab、Blosozumab、BPS804。Romosozumab（AMG785人源化的骨硬化蛋白單克隆抗體）是目前研究較為成熟的抗SOST抗體。PADHI等[30]首次將Romosozumab用于人體實(shí)驗(yàn)，對(duì)健康男性和絕經(jīng)后女性共72例受試者，采用隨機(jī)雙盲對(duì)照法，給予不同劑量的Romosozumab或安慰劑，發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，骨轉(zhuǎn)化標(biāo)志物Ⅰ型膠原N-端前肽（p1np）等濃度增加，且腰椎及全髖關(guān)節(jié)的骨密度分別增加了5.3%和2.8%，單劑量Romosozumab耐受較好，6例受試者出現(xiàn)了Romosozumab抗體，其中2例為中和抗體，對(duì)藥代動(dòng)力學(xué)和藥效學(xué)沒(méi)有明顯影響。常見(jiàn)不良反應(yīng)為注射部位紅斑、背痛、頭痛等，其中1例出現(xiàn)嚴(yán)重非特異性肝炎，已治愈。目前Romosozumab臨床研究已進(jìn)入Ⅲ期階段，LANGDAHL等[31]將436例經(jīng)雙膦酸鹽類治療1年以上絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松女性納入研究范圍，隨機(jī)分為2組，2組患者分別經(jīng)Romosozumab或特立帕肽治療1年，發(fā)現(xiàn)Romosozumab可顯著增加患者骨密度且效果優(yōu)于特立帕肽，2組不良事件發(fā)生率平衡。Blosozumab是人源化的Ig4 SOST單克隆抗體，在Ⅰ期臨床試驗(yàn)中MCCOLM等[32]對(duì)119例健康絕經(jīng)后女性采用單劑量或多次劑量遞增的方式皮下或靜脈給藥，結(jié)果顯示，在單次或多次給藥85 d后，腰椎骨密度分別上調(diào)3.41%或7.71%。未出現(xiàn)與藥物相關(guān)的嚴(yán)重不良反應(yīng)，常見(jiàn)不良反應(yīng)有背痛、關(guān)節(jié)痛、疲勞、注射部位反應(yīng)，藥物耐受性良好，數(shù)據(jù)支持Blosozumab的Ⅱ期臨床試驗(yàn)。在Ⅱ期臨床試驗(yàn)中，RECKER等[33]將Blosozumab應(yīng)用于骨量減少的絕經(jīng)后婦女，分為Blosozumab組和安慰劑組，分別采用皮下注射180 mg，4周1次;180 mg，2周1次;270 mg，2周1次的方式給藥。結(jié)果顯示，Blosozumab組受試者腰椎和股骨頸部骨密度呈劑量依賴型增加，同時(shí)骨生成標(biāo)志物上調(diào)而骨吸收標(biāo)志物下調(diào)。與安慰劑組比較，Blosozumab組較容易出現(xiàn)注射部位反應(yīng)，但2組不良事件發(fā)生率相似。接受Blosozumab治療的患者中，有35%出現(xiàn)抗藥物抗體，多數(shù)分布在Blosozumab 180 mg，4周1次組及180 mg，2周1次組，這可能提示產(chǎn)生抗藥物抗體概率與給藥劑量及頻率呈負(fù)相關(guān)。目前關(guān)于BPS804的臨床研究已進(jìn)入第二階段，該項(xiàng)目主要觀察BPS804用于成骨不全患者的療效、安全性、耐藥性，發(fā)現(xiàn)BPS804可刺激骨形成并抑制骨吸收，耐藥良好，14例受試者中9例出現(xiàn)不良事件[34]。

5 討 論

OP多發(fā)于絕經(jīng)后女性和老年男性，隨著人口老齡化，OP已成為一項(xiàng)公共健康問(wèn)題。雖然OP是可防治的疾病，但在我國(guó)OP整體診治率較低[1]。目前雙膦酸鹽類是使用最廣泛的OP治療方案，其通過(guò)抑制破骨細(xì)胞形成，從而減少骨量的丟失。但雙膦酸鹽類藥物并不能促進(jìn)骨形成，從而改善骨重建。特立帕肽是甲狀旁腺素類似物，其促進(jìn)骨形成的同時(shí)也伴隨著骨吸收的發(fā)生。通過(guò)對(duì)骨重建調(diào)控因子深入認(rèn)識(shí)，治療OP的方式也將更多樣化。SOST是Wnt通路的負(fù)調(diào)控因子，其高特異性的表達(dá)形式和獨(dú)特的骨表型，為治療骨代謝疾病以及骨折后修復(fù)開(kāi)辟了新途徑[22，24]。大量研究證明，抗SOST抗體在促進(jìn)骨生成的同時(shí)可以抑制骨吸收，Romosozumab是最具前景的抗SOST抗體，但是目前臨床研究只能支持其短期效果，且也應(yīng)密切監(jiān)測(cè)不良事件的發(fā)生。Wnt通路與多種疾病的發(fā)生緊密聯(lián)系[9]，因此，抗SOST抗體激活Wnt通路是否會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)疾?。[瘤、其他骨骼疾病）的發(fā)生還需進(jìn)一步的研究以及更多的數(shù)據(jù)支持。隨著SOST/Wnt通路的機(jī)制闡明，相信OP防治中的收益和風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)取得平衡。

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收稿日期：2019-09-01;修回日期：2019-10-18