硬化蛋白抗体在骨骼疾病中的治疗及机制研究新进展

许 琳，徐静晨 综述，黄 炎 审校

(口腔疾病研究国家重点实验室/国家口腔疾病临床医学研究中心/四川大学华西口腔医院：1.正畸科；2.种植科，成都 610041)

硬化蛋白(sclerostin，Scl)是Sost基因的表达产物，于1958年由Van Hul和Balemans在骨硬化病和Van Buchem病研究中发现并分离获得[1]。Scl主要由骨细胞分泌，在成骨细胞的分化、增殖、迁移过程中具有抑制骨形成、促进骨吸收的作用[2]。有研究发现，Scl抗体(Scl-antibody，Scl-Ab)能降低Scl水平并阻止其与相关受体结合，从而产生相反作用，在一定程度上促进成骨[3]。

骨骼疾病类型较多，包括骨质疏松症、骨折、骨关节疾病等，对患者的生活及生存质量造成不同程度的影响。近年来研究显示，应用Scl-Ab可增加临床前动物模型及骨质疏松症患者的骨量，且被评价是绝经后骨质疏松症等骨疾病的潜在治疗方法之一[4]。除此之外，Scl-Ab在骨折、骨发育不良、关节疾病、多发性骨髓瘤等其他骨骼疾病的治疗过程中也有一定积极影响。本文就Scl-Ab针对骨骼疾病所发挥的治疗作用和涉及的分子机制进行概述。

1 Scl-Ab的生物学机制

在骨组织代谢过程中，Scl-Ab参与调节骨髓间充质干细胞(mesenchymal stem cell，MSC)向成骨细胞分化、促进成骨细胞增殖和分化，同时抑制成骨细胞的程序性死亡，间接影响破骨细胞的功能[5]。

1.1Scl-Ab与成骨相关细胞 (1)Wnt-β-Catenin信号通路在促成骨效应中具有关键的作用。Scl是Wnt信号通路的负性调控因子，与成骨细胞表面受体低密度脂蛋白受体相关蛋白(low-density lipoprotein receptor-related proteins 5/6，LRP5/6)和Frizzled受体结合，解除了Scl对Wnt信号通路的抑制，在T细胞因子和淋巴增强因子的作用下启动靶基因Lef和Tcf转录因子的转录和翻译，提高骨相关基因RUNX2和Osterix等的表达[6]，激活成骨细胞分泌骨基质，促进骨形成。(2)Scl-Ab与骨形成蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)通路关系的相关研究。Scl氨基酸序列远端与BMP-7的Cerebus/DAN蛋白相似，而后者是BMP信号通路的经典拮抗分子[7]。TINSLEY等[8]发现系统性注射Scl-Ab结合局部注射BMP-2可明显促进大鼠股骨愈合。这表明Scl-Ab与BMP-2的信号通路存在交叉，可能有协同作用。(3)成骨细胞功能异常与其自噬作用受到抑制有关[9]。Scl-Ab可逆转糖皮质激素对骨形成的抑制作用，通过提高成骨细胞的自噬作用而维持成骨细胞活性，促进骨形成[10]。(4)Scl-Ab对成骨细胞的作用在DNA水平方面的研究。Scl-Ab可加速修复成骨细胞的DNA，减少DNA双链破坏标记蛋白(gamma-H2AX protein，γ-H2AX)的数量，提高DNA修复蛋白Ku70的表达，进而减少成骨细胞的凋亡[11]。Scl-Ab可通过改变基因转录和表达来促进成骨，但体内药物浓度和抗体活性的精细调控机制及与其他信号分子、激素的交互作用还有待进一步研究。

1.2Scl-Ab与破骨细胞 临床和动物实验表明Scl-Ab对成骨和破骨可能具有双重作用，其不但提高骨形成效应，同时一定程度抑制了骨代谢活动，降低破骨细胞活性，减少骨吸收[12-13]。Scl-Ab的抗骨吸收效应主要是通过核因子κ B受体活化因子及其配体(receptor activator for nuclear factor-κ B and ligand，RANK/RANKL)信号通路发挥作用。Scl-Ab通过提高骨细胞表达RANK/RANKL和骨保护素，进而降低破骨细胞的活性，发挥抗骨代谢的作用[14]。此外，越来越多的实验发现，Scl-Ab对破骨细胞有直接作用。老年鼠的破骨细胞会分泌一定的Scl而导致骨质流失，Scl-Ab可一定程度上直接抑制破骨细胞的骨代谢效应[15]。

以往实验发现，对绝经骨质疏松大鼠应用Scl-Ab后发生骨吸收标志物抗酒石酸酸性磷酸酶5b(tartrate-resistant acid phosphatase-5b，TRAP-5b)、β氨噻肟头孢菌素(β-cefotaxime)等水平降低，并在中后期维持较低的水平[16]，这表明破骨细胞的功能受到一定抑制。部分临床前研究在灵长类猿猴中应用Scl-Ab后并未出现骨吸收标记物的降低和明显的破骨效应[17]，故有学者认为，Scl-Ab更多的是“骨改建”，即不需先激活破骨细胞而进行骨吸收；而特里帕肽等治疗骨骼疾病的促合成药物，是“骨重建”，即在破骨细胞激活后再进行骨合成活动[18]。Scl-Ab在治疗中后期可持续而温和地发挥抗骨吸收的作用，这在某种意义上提示其较低的致癌性和更高的安全性。

1.3Scl-Ab对其他细胞的作用 Scl-Ab不仅对成骨细胞有极大的促进作用，还参与调节MSC向成骨细胞的分化，促进骨细胞的成熟和基质矿化。刺激性因素(如辐射)可使MSC成脂向分化，Scl-Ab可减少关键转录因子CCAAT增强结合蛋白α(CCAAT-enhancer-binding protein-alpha，C/EBP-α)和过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR-β)的表达，提高骨髓造血微环境中的活性氧类(reactive oxygen species,ROS)分子水平，激活Wnt信号通路，中断MSC的脂向转化，进而促进MSC的成骨向分化[11,19]。Scl-Ab通过Tomato信号使骨细胞维持良好的骨小管结构，增加骨形成终末细胞的分化和成熟，对骨基质矿化起到关键作用[20]。

2 Scl-Ab在骨骼疾病中的临床应用

传统治疗骨骼类疾病的药物主要分为两类，一种通过不受成骨细胞直接抑制作用的内源性甲状旁腺功能，间接刺激骨形成；另一种是由药物自身直接刺激成骨细胞。但这些药物在临床应用中存在着诸如无法修复及改善已受损的骨微结构、应用不便、费用较高、潜在骨肉瘤发病风险等问题。Scl-Ab因其在促进骨合成、抑制骨吸收方面的高效性和靶向性而成为近来骨骼疾病治疗的研究热点。目前，Scl-Ab在骨质疏松方面的研究资料最为丰富，其在骨质疏松的短期疗效已经得到证实，在早期即立即启动骨生成效应，晚期降低骨吸收效应[21]。

目前，临床和科研中使用的Scl-Ab主要有3种， Amgen(Romosozumab)、Eli Lilly(Blosozumab)和Novartis(BPS804)。Blosozumab是免疫球蛋白G4(immunoglobulin G4，IgG4)，而Novartis(BPS804)是IgG2。Romosozumab的研究较深入，具有极大的应用潜力，已进入Ⅲ期临床试验。以下将根据各类骨骼疾病进行分述。

2.1骨质疏松

2.1.1绝经后骨质疏松 Scl-Ab对于绝经后骨质疏松效果较好，且相关药物已进入临床试验阶段，安全性较高。动物实验表明，Scl-Ab能够通过形成促进骨合成，抑制骨吸收，有效治疗卵巢摘除大鼠的骨质疏松并在此过程中呈现出剂量依赖性效应[22]。此外，目前已有临床试验对Scl-Ab应用于人体的疗效及安全性进行研究，如Blosozumab和Romosozumab。RECKER等[23]对Blosozumab进行的随机双盲安慰剂对照的Ⅱ期临床试验中，共纳入120名绝经后骨质密度低的女性，分别给予不同剂量的Blosozumab及安慰剂，结果表明，该药能够明显提高脊柱、股骨颈及髋骨的骨质密度，且有剂量依赖性；在此过程中，骨形成标志物如TRAP-5b等有明显提高，而骨吸收标志物则明显下降。PADHI等[24]同样采用随机双盲对照的方法，纳入32名绝经后女性和16名骨质密度降低的健康男性，分别采用不同剂量的Romosozumab和安慰剂治疗，结果显示Blosozumab可使腰椎骨密度增加4%～7%，并且试验组的不良事件的发生率与对照组比较差异无统计学意义(P>0.05)。

2.1.2其他亚型的骨质疏松 Scl-Ab在治疗糖皮质激素、肾病和脊髓损伤诱导的骨质疏松症中的作用。有研究表明，Scl-Ab通过提高成骨细胞的自噬功能来维持自身活性，进而抑制糖皮质激素所致骨质疏松的进展[10]。Wnt信号通路在慢性肾病动物模型中表达异常，Scl水平升高。而Scl-Ab可提高慢性肾病大鼠骨的生物力学特性，增加骨量，增强骨的机械性能，但在甲状旁腺素(parathyroid hormone，PTH)水平较高时效果不明显[25]。以上研究提示，若要通过Scl-Ab改善慢性肾病患者骨骼性能和降低骨骼风险，必须控制患者体内的PTH水平。QIN等[26]研究发现，Scl-Ab可阻止脊髓损伤大鼠股骨远端骨矿物质密度和小梁骨体积的明显下降，并使骨形成增加。故Scl-Ab有望为急性完全性脊髓损伤后的骨质丧失或由于神经系统疾病所致的骨质疏松症提供新的思路和方法。

2.1.3Scl-Ab与其他治疗方式的联用方案 多项研究表明，Scl-Ab与治疗骨骼疾病的传统药物联用，可能会提高治疗效果，使患者受益。GAD等[27]发现，Scl-Ab与雷洛昔芬联合用药较单独用药对于血清TRAP-5b、骨钙素及胰岛素样生长因子的提高更为明显。WU等[28]也发现，Scl-Ab与PTH对卵巢摘除大鼠的骨质疏松症的治疗具有叠加作用。在保证安全的情况下，将Scl-Ab与雷洛昔芬或PTH联用，或者配合身体训练等传统方法，均可使骨质疏松症的治疗受益。

2.2骨折 目前大多数学者认为，Scl-Ab对各种类型骨折的治疗具有良好效果。SHAH等[29]认为，Scl-Ab治疗可改善肩袖破裂修补术后的疗效，因其除了修复骨折部位，还可促进干骺端及未受损伤骨的骨形成，增加肌肉附着位点的骨矿物质密度，从而改善骨的生物力学性质。Scl-Ab对复杂性骨折及伴1型糖尿病的骨折愈合和骨骼质量也有积极影响[30]。TINSLEY等[8]的研究证实，局部重组BMP-2结合全身Scl-Ab治疗能够更强地促进骨质缺损愈合，故提出将骨诱导剂与Scl-Ab结合可以进一步促进骨折修复。目前Scl-Ab在骨折临床前动物实验中基本表现出良好地效果，这为前期临床试验奠定了基础。

2.3成骨不全症 成骨不全症是以骨质减少为特征的遗传性骨发育不良，易导致骨折，儿童时期症状最明显。虽然双磷酸盐已经广泛用于治疗儿童成骨不全症，但其对椎体参数的改善作用及长骨骨折率的影响尚不肯定，而Scl-Ab在动物实验及临床试验中初步展示出了促进骨合成代谢良好的应用前景[31]。 GLORIEUX等[32]对Novartis(BPS804)所进行的Ⅱ期临床试验提示，其可以促进骨形成，减少骨吸收，同时提高成骨不全症患者的脊柱密度。

2.4关节疾病 目前的研究显示，Wnt和BMP信号通路已经成为调节风湿性疾病骨转移的关键途径，这些途径涉及类风湿性关节炎的骨丢失和强直性脊柱炎的骨形成。WEHMEYER等[33]研究发现，在慢性肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor，TNF-α)依赖性关节炎中，缺乏Scl-Ab的抑制作用可导致类风湿性关节炎的加速进展；在小鼠疾病模型中，抑制Scl虽未能改善其临床体征，但减轻了其严重性。CHEN等[34]的研究显示，Scl-Ab完全阻止了hTNFtg小鼠中骨侵蚀的进展，同时保护关节软骨，提示Scl-Ab可能成为增强炎症性关节炎骨修复的有效工具。故推测将TNF-α抑制剂与Scl-Ab联用可能在关节炎的治疗中具有积极前景，但具体应用尚需进一步研究证实。

2.5转移性骨肿瘤和癌症引起的骨丢失 Scl-Ab在干扰乳腺癌的骨转移和恶性骨病中也取得了积极的成果。ZHU等[35]的研究发现,Scl在乳腺癌肿瘤组织和细胞系中过表达，可促进乳腺癌细胞的迁移，侵袭，最终导致骨质溶解。将Scl-Ab与抗肿瘤药物如蛋白酶体抑制剂Carfilzomib和唑来膦酸等联合用于多发性骨髓瘤治疗，能够一定程度地抑制肿瘤，减少患者骨折风险[3,36]。使用Scl-Ab作为辅助手段来治疗和预防恶性骨病已有一定的效果，需要进一步的研究来确定可能从早期受益的患者亚群。

3 展 望

Scl-Ab主要通过Wnt信号通路作用于成骨细胞、破骨细胞、骨细胞等多种细胞，具有优异的骨合成代谢的效应和一定的抑制破骨效应。相比于以特里帕德为代表的合成代谢药物，临床前动物实验和临床试验均表明以Romosozumab为代表的Scl-Ab在治疗骨质疏松疾病中有望成为一线治疗药物，同时在其他骨骼疾病中也具有极大的应用潜力。DAS等[37]通过啮齿类动物应用Scl-Ab的系统评价证明Scl-Ab治疗和改善骨形成、骨密度、骨量和小梁厚度之间的明显联系，这为指导Scl-Ab在临床中的应用提供了一定的理论依据。一项关于Scl-Ab骨组织工程的系统评价证明了其对次级骨折的预防性作用，同时指出目前的研究有一定局限性，例如缺乏机械性能和剂量反应的研究[38]。PUNDOLE等[39]通过Cochrane系统评价发现其疾病分型、药物剂量、对初级骨折和次级骨折的效果还有待进一步探究。虽然目前临床试验尚未发现Scl-Ab有骨肿瘤风险，但仍有一些短期出现的不良反应，例如头痛、便秘、注射部位的超敏反应等[24]，故Scl-Ab的长期疗效和安全性仍有待进一步探究与证实。未来将需要更多高质量、大样本的临床研究，来确定Scl-Ab的安全性和最佳应用方案，例如疗程、联用方案、长期疗效等，以达到高效性、个体化和靶向性的治疗目标。