甲状旁腺激素Ⅰ型受体在预防应力性骨折中的研究进展

封颖，颜泽栋，刘曦雨，魏敏惠，景达，蔡婧

1. 陕西中医药大学，陕西 西安712083；2. 空军军医大学 军事生物医学工程学系军事医学装备与计量学教研室，陕西 西安710032

应力性骨折（stress fracture，SF）是由于骨骼肌肉系统持续接受反复过度的应力载荷刺激，使得骨组织微损伤的产生速率远超于其自身的修复速率导致的，又被称为微损伤性骨折或疲劳性骨折[1]。应力性骨折是士兵、运动员训练时最常见的骨科疾病之一，是造成军队非战斗性减员、缩短运动员职业生涯的重要原因。因此，寻找有效预防应力性骨折发生的方法，同时促进骨骼微损伤修复，是当前应力性骨折研究的重点。

甲状旁腺激素Ⅰ型受体（parathyroid hormone typeⅠreceptor，PTH1R）是广泛表达于机体内成骨细胞和骨细胞中的基本细胞因子，在维持骨骼完整、骨内平衡及调节钙磷代谢等方面发挥着重要作用。Delgado-Calle 等在研究甲状旁腺激素受体和机械加载调控骨合成代谢中发现，在生理状态下，PTH1R 一方面能够通过刺激骨细胞分泌核因子NF-κB 受体激活剂配体（RANKL）来增加破骨细胞的活性，以维持其对骨组织的基本吸收水平；另一方面，PTH1R 能够在生理水平的应力载荷刺激下通过抑制硬化蛋白（sclerostin）的产生水平而刺激Wnt/β-catenin 信号通路以促进成骨细胞发挥骨形成作用[2]。邱涛等在研究成骨细胞向骨细胞转化的信号机制中也发现PTH1R 促进骨形成，即胰岛素样生长因子（IGF-Ⅰ）诱导PTH1R 磷酸化促进成骨细胞向骨细胞转化来发挥骨形成的作用[3]。当骨吸收与骨形成介导的骨重塑速率与微损伤产生的速率处于动态平衡之中，才有效预防应力性骨折的发生。在此，我们对预防应力性骨折密切相关的PTH1R 的研究进展做简要综述，以期为应力性骨折的临床预防提供参考。

1 PTH1R

PTH1R 是位于第3 号染色体上一个14 外显子基因编码的G 蛋白偶联受体，广泛表达于成骨细胞和骨细胞表面，以及肾小管上皮细胞[4]。刺激PTH1R 可导致Gs-α介导的cAMP/PKA 信号通路激活。激活的PKA 信号通路一方面可以增加成骨细胞的数量，促进骨形成；另一方面可以提高破骨细胞的活性，促进骨吸收，最终发挥调节骨重塑的作用。

2 PTH1R 促进骨重塑的作用机制及现状

2.1 PTH1R 促进骨吸收的作用机制及研究现状

OPG-RANKL-RANK通路在PTH1R诱导的骨吸收中起重要作用。Lee 等用小鼠骨髓培养研究甲状旁腺激素与破骨细胞样细胞形成的相关性时发现，PTH1R 通过调节成骨细胞和骨细胞中RANKL 及其可溶性诱导受体骨保护素（OPG）的表达而调节破骨细胞的生物活性，从而调节其骨吸收能力[5]。Kanzawa 等研究OPG 与甲状旁腺激素刺激小鼠骨细胞破骨细胞形成的关系以及O'Brien 等研究骨细胞调控破骨细胞的发生也有类似报道[6-7]。PTH1R 促进骨吸收的作用机制是，当机体受到外界生理水平的应力刺激时，PTH1R表达升高，cAMP/PKA 信号通路被激活，一方面导致骨细胞内RANKL 的mRNA 水平升高，RANKL与破骨细胞造血前体表面的核因子NF-κB 受体激活物（RANK）结合，促进破骨细胞分化和存活，在完全形成的破骨细胞中刺激其活性；另一方面导致OPG 的mRNA 水平降低，OPG 通过与RANKL结合抑制RANKL 诱导的骨吸收，从而阻止RANKL 与RANK 的结合[8-11]。最 终通过RANKL 和OPG 浓度的平衡来调节破骨细胞的生成[12]。刘双馨等通过培养C57BL/6 小鼠骨髓单核细胞研究牛甲状旁腺激素对破骨细胞的影响，其结果显示牛甲状旁腺激素浓度越高则破骨细胞吸收能力越强，并用RT-qPCR、Western 印迹和免疫荧光染色3 种方法证实破骨细胞中存在PTH1R，还证实了PTH1R 介导破骨细胞，从而促进骨重塑[13]。由此可见PTH1R 在促进骨吸收方面至关重要。

2.2 PTH1R 促进骨形成的作用机制及研究现状

除了促进骨吸收外，骨细胞内磷酸化/非磷酸化的PTH1R 还能够通过促进骨形成来激活骨重塑。PTH1R 能够通过激活cAMP/PKA 信号通路而降低骨细胞源性Wnt 拮抗剂硬蛋白的表达，从而激活Wnt 信号通路，调节成纤维细胞生长因子23（FGF23）的表达，使完整的FGF23 在循环和骨中局部升高，进而与骨细胞和成骨细胞中表达的FGFR1/KLOTHO 复合物结合并激活细胞内信号，从而增加骨形成[14]。

刺激PTH1R 可导致Gs-α 介导的cAMP/PKA信号通路激活，从而使SIK2 去磷酸化，使得SIK2下游去磷酸化蛋白HDAC4、HDAC5 及CRTC2 由细胞质进入细胞核，调节SOST 和RANKL 的表达，最终达到促进骨重塑的目的[15-16]。

目前PTH1R 作为骨细胞靶点药物广泛用于骨科疾病（尤其是骨质疏松症）的治疗。PTH1R还在成骨细胞存活和转化中发挥重要作用。Maycas 等通过以低渗性休克为代表的机械刺激作用于成骨细胞MLO-Y4，研究PTH1R 对成骨细胞的作用，发现低渗性休克机械刺激可以迅速刺激PTH1R 过表达的HEK-293 和MLO-Y4 细胞中的钙信号传导，从而促进成骨细胞存活[17]。邱涛等在甲状旁腺激素（PTH）和IGF-Ⅰ协同促进成骨细胞向骨细胞分化的研究中发现，IGF-Ⅰ受体（IGF1R）可以在PTH1R 细胞质结构域上特异性地磷酸化酪氨酸残基Y494，PTH1R 与磷酸化的PTH1R 完全重叠，每个骨细胞中的成骨细胞和树突的数目减少，结果表明通过IGF1R 直接磷酸化PTH1R 来促进成骨细胞向骨细胞的转变[3]。其次，PTH1R 还通过cAMP 信号通路使促凋亡蛋白磷酸化及抗凋亡蛋白转录来参与抑制成骨细胞的凋亡过程[18]。

3 结语

由于骨骼的持续疲劳载荷，致使骨组织微损伤产生速率超过自我修复速率，骨组织产生的微损伤慢慢积累，引起损伤部位骨细胞的凋亡，最终启动靶向性骨重塑[19]。凋亡的骨细胞释放ATP，促使骨细胞分泌RANKL，RANKL 促进破骨细胞分化，从而使破骨细胞数量增加[20-21]。破骨细胞通过分泌酸和酶来分解与消化骨矿物及蛋白质，从而发挥骨吸收作用，最终使骨吸收能力增强。破骨细胞移除受损骨组织，成骨细胞生成新骨进行填充以取代损伤部位，即静止的骨衬里细胞激活后转变为活跃的成骨细胞，活跃的成骨细胞通过分泌新骨的前驱物——骨样基质来补充骨吸收形成的空洞，从而实现靶向性骨重塑。PTH1R 通过多种途径调控骨吸收与骨形成完全符合骨重塑的具体作用机制，还通过提高成骨细胞存活率来促进骨形成，从而达到提高骨组织自我修复的速率，这将有力地预防应力性骨折的发生。因此，探索有效刺激PTH1R 水平提高的方法将降低应力性骨折的发病率，具有十分重要的军事意义及社会、经济意义。