α硫辛酸对骨质疏松的保护作用及研究进展

方玲娜 李翀* 陆荣柱 郝彦明 钟绍 何大伟 张盼盼

1.江苏大学附属昆山医院，江苏 昆山 215300 2.江苏大学医学院，江苏 镇江 212000

骨质疏松症是一种以骨量减少、骨微结构破坏、骨脆性增加、易发生骨折为特征的代谢性骨病，其发病率跃居世界常见病第7位，我国骨质疏松症患者已达1.2亿。每年美国全社会因骨质疏松骨折的花费为122亿至179亿美元[1]，骨质疏松症及病理性骨折也对我国社会造成沉重的经济负担，因而如何预防和治疗骨质疏松已经成为相关学科研究的重要任务。

α硫辛酸，也被称为1，2-二硫戊环-3-戊酸酐或硫辛酸，是天然的二硫醇活性化合物。α硫辛酸可在生物线粒体中由辛酸合成[2]，也可以通过食物获取，积聚在肝、心脏、骨骼肌等多种器官组织中。α硫辛酸在细胞中可通过β氧化分解或酶促转换为二氢硫辛酸而降解[3]，后者释放到细胞外或被细胞利用再转换为α硫辛酸[4]，α硫辛酸和二氢硫辛酸形成强有力的氧化还原组合，能够清除多种活性氧化物质，并增加细胞内辅酶和还原性谷胱甘肽的水平[5,6]。α硫辛酸在临床上用于治疗糖尿病性周围神经病变等疾病，近来研究发现α硫辛酸具有抗骨质疏松作用，现就α硫辛酸对骨质疏松的作用和机制综述如下。

1 α硫辛酸对骨质疏松的保护作用

骨细胞、成骨细胞和破骨细胞参与骨重建、骨矿化和骨微损伤的修复，维护骨强度和质量。研究显示α硫辛酸能够保护骨细胞和成骨细胞，同时抑制破骨细胞。在饥饿诱导的骨细胞样MLO-Y4细胞中，α硫辛酸抑制细胞内氧化应激水平，降低细胞内H2O2浓度，同时抑制MLO-Y4细胞凋亡[7]。α硫辛酸同样能够抑制抗霉素A和H2O2诱导的MC3T3-E1成骨细胞凋亡[8,9]。α硫辛酸干预可剂量依赖性的延缓H2O2所引起的成骨细胞碱性磷酸酶表达的下降，提示α硫辛酸能够保护氧化应激状态下成骨细胞活性[10]。此外，α硫辛酸可增加成骨细胞内I型胶原蛋白、骨钙素、骨形成蛋白-2基因和转录因子osterix等与成骨分化和骨形成相关的基因表达[9]，上调如Colala、Alp1与等骨形成相关的基因[11]。另一方面，α硫辛酸可抑制去甲肾上腺素激发的破骨细胞形成，减少破骨细胞的数量[12]。同时α硫辛酸下调如Mmp9、Ctsk等与骨吸收的相关基因[11]。

动物实验显示α硫辛酸能够增加去卵巢大鼠股骨头的骨密度[13]，进一步通过microCT扫描，发现松质骨的骨小梁厚度、骨小梁数目增加，骨小梁的分离度则减少，骨微结构性能和骨质量均提高[9]。股骨头骨折大鼠模型中，α硫辛酸治疗可促进骨折愈合，并呈现剂量依赖性[14]。α硫辛酸能够减少炎症诱导骨质疏松大鼠的骨吸收，增加骨密度[15]。

临床研究发现帕金森患者通过一年α硫辛酸干预，经体重指数校正后股骨大转子的骨密度显著增加[16]；另一项研究则发现α硫辛酸联合钙剂、维生素D治疗可增加绝经后骨量减少妇女的跟骨骨密度[17]。

2 α硫辛酸对骨质疏松保护作用的机制

2.1 抑制氧化应激

氧化应激可导致骨质疏松。研究显示氧化应激能够诱导成骨细胞凋亡[18]，驱动破骨细胞的形成和招募[19]，促进骨吸收[20]。α硫辛酸可通过促进抗氧化物如谷胱甘肽的合成来支持成骨细胞功能[21]。在H2O2干预下的成骨细胞系MC3T3-E1细胞中，α硫辛酸能够逆转细胞内谷胱甘肽下降，上调超氧化物歧化酶活性，降低乳酸脱氢酶含量，缓解细胞内钙质流失，预防DNA裂解，从而增加成骨细胞活性和减少成骨细胞凋亡[10, 22]。α硫辛酸能够显著的降低核因子激动剂受体配体(receptor activator of NFκB ligand, RANKL)和TNF-α培育下骨髓来源巨噬细胞内2’-7’-二氯荧光素的水平，其对破骨细胞的抑制作用较N-乙酰半胱氨酸和谷胱甘肽更强[23]。α硫辛酸能下调烟碱酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶2和烟碱酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4的表达，这两种氧化酶均属于ROS生成酶，在ROS产生过程中发挥重要作用[24]。此外，α硫辛酸促进多种细胞分泌核因子相关因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2, Nrf2)，Nrf2可促进如线粒体超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶3和硫氧还原蛋白还原酶1等多种抗氧化物基因的表达，提示α硫辛酸通过调节基因转录清除氧化物质[24,25]。

2.2 干扰核因子κB活化

核因子κB(Nuclear fator κB, NF-κB)属于Rel蛋白家族，为同二聚体和异二聚体，包括5个亚基：RelA(p65)、RelB、c-Rel、NF-κB1(p50)和NF-κB2(p52)，是炎症反应通路中重要的调节因子。RANKL由成骨细胞、T细胞和基质细胞产生，位于破骨细胞和前体细胞中，与核因子激动剂受体(receptor activator of NFκB, RANK)结合后，可诱导肿瘤坏死因子相关因子6的聚集和自动泛素化，使NF-κB二聚化，诱导下游靶基因，从而导致炎症细胞招募，促进破骨细胞的分化[26,27]。

研究[28]发现NF-κB1和NF-κB2基因促进破骨细胞分化，这两种基因敲除的小鼠会发展为石骨症，表现为异常高骨密度，NF-κB可能是骨质疏松治疗的靶点。α硫辛酸能够剂量依赖性的降低细胞内NF-κB活性[29]，这可能是其对骨质疏松保护的机制。对胶原诱导关节炎的雄性DBA/1小鼠进行腹腔注射α硫辛酸后，发现α硫辛酸能够显著性降低NF-κB结合DNA的活性，减少踝关节中TNF-α、IL-1β和IL-6浓度，剂量依赖性的抑制破骨细胞形成，防止骨侵蚀[30]。在低剂量RANKL/TNF-α混合物或高剂量RANKL干预下的破骨细胞前体细胞中，α硫辛酸可减少细胞内NF-κB与DNA结合，抑制破骨细胞分化[23]。α硫辛酸可能通过以下方式干扰NF-κB活化：1)通过刺激谷胱甘肽合成和ROS淬火酶表达促进ROS清除，2)调节NF-κB级联中半胱氨酸残基[31]，3)抑制IkBs激酶2诱导环氧化酶2表达[32]。最后一种方式是独立于α硫辛酸抗氧化应激作用的。

2.3 下调RANKL/RANK

α硫辛酸在RANKL/RANK信号通路中的作用也得到众多学者的研究。体外实验发现α硫辛酸能够抑制RANKL对巨噬细胞集落刺激因子依赖性骨髓巨噬细胞的促破骨形成作用，体内实验中啮齿类动物颅骨注射含α硫辛酸的胶原蛋白后，同样观察到α硫辛酸对RANKL诱导的破骨形成的抑制作用[23]。在饥饿诱导的骨细胞凋亡实验模型中，α硫辛酸能够下调骨细胞RANKL的表达和释放、硬骨素的表达和RANKL/OPG比值，α硫辛酸通过JNK信号通路抑制骨细胞凋亡，通过JNK和ERK1/2调节RANKL等因子表达[7]。在H2O2干预下的成骨细胞系MC3T3-E1细胞中，α硫辛酸干预可增加OPG/RANKL比值[9]。小鼠通过高脂肪饮食补充α硫辛酸后，股骨近端的RANKL/OPG的mRNA比值下降[24,33]。以上研究提示α硫辛酸可通过抑制RANKL活性和下调RANKL表达来减少破骨形成。

另有研究则发现α硫辛酸干预对RANKL有不同的结果。通过异丙肾上腺素和α硫辛酸注射，C57BL/6J小鼠股骨中RANKL/OPG的mRNA比值明显升高[12]。在IL-1干预的成骨细胞中，α硫辛酸能够阻断RANKL表达的持续上调，但是对IL-1诱导的RANKL转录的起始上调无作用[15]。α硫辛酸能够有效的抑制破骨形成，但是0.1mmol/L浓度的α硫辛酸却能增加RANKL的表达，对OPG则无影响[19]。这些数据表明，α硫辛酸能够有效的阻断破骨细胞分化，但是其作用机制并非完全靠下调RANKL表达，具体机制需要进一步研究。

2.4 调节Wnt信号通路

Wnt信号通路对骨细胞的分化、增值和凋亡有重要影响，维持骨形成和骨重建。Wnt/β-catenin是经典Wnt信号通路，β-catenin是调节成骨细胞分化和骨形成的关键因子[34]，Wnt蛋白可通过Wnt信号通路调节骨代谢，也能通过OPG和RANKL影响成骨细胞和破骨细胞活性[35]。大剂量α硫辛酸干预可增加去卵巢骨质疏松大鼠体内β-catenin、Lp5和Wnt3a的mRNA表达，其中Wnt3a是Wnt蛋白，可上调OPG表达抑制破骨细胞形成，下调RANKL抑制破骨细胞分化[36]。DKK1是一种Wnt抑制剂，在去卵巢大鼠中表达明显升高，α硫辛酸干预后则降低DKK1的表达[15]。另外在骨关节炎大鼠模型中，α硫辛酸则通过抑制Wnt/β-catenin活性，减少软骨分解，保护软骨[37]。以上研究显示α硫辛酸可以调节Wnt信号通路，但对不同骨细胞的作用和机制还需要更多的研究明确。

3 总结和展望

细胞和动物实验显示α硫辛酸能够促进骨形成和抑制骨吸收，具有治疗骨质疏松的作用，但是有关的临床研究很少，α硫辛酸最佳治疗剂量、疗程以及与其他抗骨质疏松药物联合治疗是否具有累加效应，需要进一步的研究证实。目前α硫辛酸抗骨质疏松机制研究主要集中在氧化应激方面，α硫辛酸是否具有抗氧化应激以外的机制，对RANKL/RANK、Wnt信号通路的调节作用，也待更多研究的阐明。