骨密度及骨代谢指标与同型半胱氨酸关系的研究进展

董丽娟 高飞

1.山西医科大学第一临床医学院，山西 太原 030000

2.山西医科大学第一医院，山西 太原 030000

骨骼是由有机物(主要是骨胶原)和无机矿物质(主要是钙和磷酸盐)构成，骨胶原提供韧性，无机矿物质提供强度，两者有机结合，骨骼才能既坚固又有韧性。但是随着机体衰老、体内激素的变化，两种物质的流失就会引起“骨量减少”，发展到一定程度就会发生“骨质疏松”。骨质疏松症可发生于任何年龄任何性别的人，多见于绝经后女性及老年男性。高危因素包括：种族(白种人>黄种人>黑种人)、家族史、绝经、老年、女性、吸烟、饮酒、低体重、运动少、长期服用影响骨代谢的药物、骨骼畸形及骨折等。目前有研究发现对于骨质疏松症患者来说，高同型半胱氨酸血症是其一大高危因素。

1 同型半胱氨酸及其代谢

同型半胱氨酸(homocysteine，Hcy)是一种含硫氨基酸，由必需氨基酸蛋氨酸(Met) 向半胱氨酸(Cys)代谢过程中形成的。Hcy主要通过两条途径代谢：甲硫氨酸循环和转硫化过程。其中亚甲基-4氢叶酸还原酶(methylenetetrap-hydrofolate ruductase，MTHFR) 和胱硫醚-β-合成酶(cystathionineβ synthase，CBS)是上述两个途径中的酶，这两个代谢关键酶活性的改变都可以影响Hcy水平。MTHFR是叶酸代谢中的关键酶，随着年龄的增高，血管弹性下降，该酶的活性下降。研究显示，MTHFR基因发生突变，血中Hcy的代谢受阻，Hcy在血浆中堆积，从而产生高同型半胱氨酸血症[1]。以往的研究都是高同型半胱氨酸血症(HHcy)，或Hcy循环水平升高，是冠状动脉、大脑和周围动脉粥样硬化的独立危险因素。近年来几项研究的重点是同型半胱氨酸(Hcy)血浆浓度升高、骨密度降低和骨折风险增加之间的关系。影响其代谢的因素主要有遗传和非遗传因素，后者主要包括环境、药物、生活方式、其他基础疾病等，均有可能引起Hcy代谢通路的异常，导致Hcy的堆积。

2 同型半胱氨酸与骨质疏松的关系

2.1 同型半胱氨酸与骨细胞的关系

Hcy可能通过降低成骨细胞活性，使骨形成减少，增加破骨细胞活性，骨吸收增加，影响骨的血液灌注，进而干扰破骨细胞和成骨细胞功能，并与细胞外基质蛋白相互作用导致结构改变而影响骨的结构。以前的研究表明氧化应激机制可导致骨质疏松症的发生。其机制是通过影响成骨和破骨细胞活性来降低骨密度和引起骨质疏松症的。骨质疏松症的主要风险就是骨折，其脆性增加的主要原因是骨的吸收大于骨的形成，导致骨的破坏增加。同型半胱氨酸可以导致骨髓基质细胞雌激素受体α基因启动子A区甲基化，骨髓基质细胞雌激素受体α基因表达减少，从而引起成骨细胞的增殖和分化减少使其脆性增加，易发生骨折[2]。近期研究表明破骨细胞和成骨细胞的活性均与HCY有关。Herrmann等[3]通过将30岁左右的健康男子的外周单核细胞放在不同浓度的Hcy培养皿中将其分化出破骨细胞，Hcy浓度与破骨细胞的活性成正比。Koh等[4]更进一步提出了Hcy是如何影响破骨细胞的活性，是通过生成细胞内活性氧(reactive oxygen species，ROS)，通过氧化应激来影响破骨细胞的形成与破坏。Kim等[5]进一步研究发现，Hcy通过细胞内活性氧机制，可以促进成骨细胞的凋亡，从而使骨的吸收大于骨的形成，导致骨质疏松的发生。有几项研究报道Hcy水平升高是骨质疏松性骨折的危险因素[6]。van Meurs等[7]未发现Hcy与脊柱骨密度之间有任何关系，但发现Hcy与骨折发生率有很强的关系。他们推测Hcy水平与骨折风险之间的关联机制可能与Hcy干扰胶原交联有关，而与骨中矿物质含量无关，这可能是Hcy与骨密度之间缺乏关联的原因。

2.2 同型半胱氨酸与骨胶原的关系

胶原交联作为一种稳定骨基质强度的物质，同型半胱氨酸(Hcy)可以干扰胶原交联，并且降低骨血流量，增加组织蛋白酶，导致骨质疏松的发生。组织蛋白酶-k(Cathepsin-K，CathK)主要在破骨细胞中表达，对骨吸收起重要作用。研究表明，高胱氨酸尿病患者胶原纤维交联紊乱和纤原蛋白-1、纤原蛋白-2沉积减少导致骨基质结构紊乱[4，8]。生理的Hcy浓度直接激活破骨细胞形成和活动通过刺激p38 MAPK和整合素α3。Hcy还能上调TRACP+多核细胞和TRACP活性，刺激肌动蛋白环的形成，增加每个细胞的细胞核数量。体外研究表明，Hcy干扰胶原交联的形成，阻止胶原纤维的不溶性，抑制lysyl氧化酶，维生素B6是该氧化酶的辅酶，从而产生晚期糖基化终产物，并可能延迟胶原中更复杂的交联的合成[9-10]，从而导致骨质疏松的发生。胶原交联作为一种骨的稳定物，是骨质量的决定因素。另外，胶原交联还受组织成熟程度和矿化程度的影响。

既往研究报道血浆Hcy可通过增加活性氧的产生，使破骨细胞活性增加，抑制成骨细胞活性，激活基质金属蛋白酶活性，从而干扰胶原交联，导致细胞外骨基质降解，骨的灌注减少，骨微结构强度降低，导致骨生物力学性能的破坏，降低骨质量，从而增加骨折风险。研究发现血浆Hcy与S-CTX呈弱相关。血清S-CTX是一种相对敏感的骨吸收标志物，本研究中报道的Hcy与S-CTX的相关性也支持了之前的发现，即Hcy可以增加成骨细胞活性。一些研究认为，Hcy可以通过线粒体介导的途径改变骨的性质。已证实高同型半胱氨酸血症存在线粒体异常，线粒体在活性氧的处理过程中起着非常重要的作用。Saito1等[11]和Kimura等[12]发现减少同型半胱氨酸水平和骨氧化应激的药物，如雷洛昔芬和bazedoxifene[13-14]，可降低高同型半胱氨酸血症患者的骨折风险。另有研究表明，骨的周转率高(骨吸收和骨形成转化率高)也是骨折的危险因素。在高Hcy水平的个体中，较高的骨周转率导致骨密度下降，从而易发生骨折。

2.3 同型半胱氨酸与骨骼肌的关系

Hcy可能会限制肝脏肌酐的供应，降低肌肉耐力，增加肌肉损伤[15-16]。过量的Hcy可能影响一氧化氮信号传导，使肌肉和血管的血液流动减慢，导致机体缺氧、疲劳、缺血和身体耐力下降。研究发现，高血浆Hcy水平的老年人运动耐受性较差。Petras等[17]研究指出，高同型半胱氨酸的神经毒性、血管内皮氧化应激损伤、自身过氧化、脂质过氧化、蛋白质过氧化以及钙离子调节紊乱、微小RNA可使神经细胞凋亡和血脑屏障破坏，从而诱发微小动脉硬化和栓塞，均可影响神经轴索和髓鞘蛋白的代谢。近年来，有报道称Hcy可降低骨骼肌血管连接蛋白的表达，使血管舒张和组织灌注功能受到影响[18]。Hcy还能引起内质网应激异常，导致肌肉疾病。对Hcy在肌肉疾病中的作用进行深入的研究，将为老年患者骨或骨骼肌无力引起的骨折跌倒提供新的治疗方法。

2.4 同型半胱氨酸及维生素与骨折的关系

骨质疏松症是一种复杂的多因素疾病，具有骨量低、易骨折的特点。强大的遗传成分和生活方式因素也参与维持骨量。营养是维持骨骼健康的因素之一。在生命的25～30岁以前，充足的营养摄入(Ca2+和维生素D)是建立骨质峰值的必要条件。儿童时期营养缺乏会导致儿童骨骼发育受损。在成年人中，骨骼受损主要与骨质流失有关。以前，人们发现关键的维生素，如维生素B12、B6和叶酸，可以使同型半胱氨酸向蛋氨酸转换。缺乏这些关键维生素负调控蛋氨酸循环将导致血浆Hcy的积累。许多流行病学研究报告说，血浆Hcy水平与关键维生素摄入量的减少有关，与骨质量下降有关。大约几十年前，血浆中同型半胱氨酸(Hcy)水平被发现与骨质疏松性骨折的发生呈正相关[7，19]。维生素B12和(或)叶酸作为Hcy向蛋氨酸转换的重要辅助材料，维生素B12和(或)叶酸缺乏往往导致血浆中同型半胱氨酸的升高[20]。随后补充这些维生素已被证明是有效降低Hcy[21]的水平。因此，补充维生素D也被假设与较低的骨折发生率有关。然而，补充B族维生素的干预骨折的研究发现其预防骨折的效果并不一致[22]。Hcy与骨折之间的潜在联系机制仍有待进一步确定。Bahtiri等[23]通过研究139名绝经后妇女血清Hcy与维生素B12与骨密度的关系，血清Hcy水平骨质疏松妇女明显高于其他骨密度组，且与腰椎骨密度和股骨颈骨密度呈负相关。体重指数和血清Hcy水平是预测腰椎、股骨颈和全髋关节骨密度的重要指标。荟萃分析显示，骨质疏松患者血清Hcy水平明显高于正常骨密度患者。这项研究表明，Hcy水平而不是维生素B12水平，与绝经后妇女的骨密度有关。说明可以通过提前干预Hcy的水平，来预防骨质疏松症的发生。

综上所述，骨质疏松症最根本的病理生理基础是骨质吸收过多和骨质成骨减少两方面，前者为主要原因，导致骨的吸收与形成失衡，尽管目前已有大量的实验表明体内Hcy的水平与骨质疏松症存在密切的关系，主要是通过影响骨胶原的交联，降低骨质量，刺激破骨细胞的形成和活性增加，及通过氧化应激产生ROS促进成骨细胞的凋亡从而导致骨质疏松甚至骨折的发生，以及降低肌肉耐力，导致肌肉疾病，但也可能有部分机制尚未发现。因此，对于其确切作用机制仍有待于未来工作者的进一步研究与探索，对于高同型半胱氨酸血症的患者，通过降低其水平进行干预，可能早期预防骨质疏松的发生，降低骨质疏松性骨折的发生率，为骨质疏松症患者提供新的治疗方案。