骨质疏松发病机制及治疗药物研究进展

罗丽梅 李杰 杨帆 吴翔宇 胥秀英 郑一敏*

1.重庆理工大学药学与生物工程学院，重庆 400054 2.西南药业股份有限公司，重庆 400038

骨质疏松(osteoporosis，OP)是以骨量减少，骨密度降低易发生骨折为特征的全身性代谢性骨病[1]。全世界OP患者超过2亿，发病率超过25%，位居常见病和多发病第6位。我国 OP发病率50岁以下人群为15%～50%，60岁以上老年人为56%[2]。OP临床表现为骨痛和脆性骨折，患者生活质量降低，甚至导致瘫痪，成为严重影响中老年人群健康的慢病之一。

OP分为原发性、继发性和特发性三类，以原发性OP最常见。烟酒过量，长期服用激素类药物是引起OP的主要原因。OP药物包括抑制骨吸收药、促进骨形成药等。本文在OP发病机制的基础上对OP治疗药物进行综述。

1 OP发病机制

1.1细胞水平

骨细胞、成骨细胞(osteoblast，OB)和破骨细胞(osteoclast，OC)凋亡与OP有密切关系。雌激素下降导致骨细胞凋亡，促进OP发生。OB的凋亡可能与Fas/Fas-L系统有关，TNF-α和IL-1促进OB的凋亡，OB的异常凋亡可能是骨质疏松的发病机制之一[3]。IL-1和M-CSF通过抑制破骨细胞caspases激活NF-κB促进破骨细胞增殖，导致骨吸收形成负平衡状态和OP的发生[4]。

1.2信号通路水平

1.2.1OPG/RANK/RANKL通路

骨保护素/核因子-κB受体活化因子/核因子-κB受体活化因子配体信号通路(图1)，是调节骨重建过程中破骨细胞功能的重要通路[5]。

OC是造血干细胞多核细胞在RANKL的介导下形成的[6]。OB由间充质细胞分化而成。RANK来自TNF受体超家族的I型糖蛋白，表达于OC表面，介导OC的发育和成熟。OPG是OC分化和活化的有效抑制剂，通过螯合RANKL阻断其与RANK的结合，抑制OC的形成[7]。间充质细胞产生的M-CSF是OC祖细胞增殖和分化的绝对要求，在M-CSF存在下，RANKL诱导脾细胞和单核细胞形成OC[8]。肿瘤坏死因子受体相关因子(TNF receptor associated factor，TRAFs)是诱导OC分化的关键，TRAFs与RANK胞内区结合激活该通路。

RANK与OB表面RANKL的结合是OPG/RANK/RANKL信号通路的第一步，在TRAF6的作用下启动下游信号通路。RANKL与受体RANK结合诱导TRAF的激活和累积[9]，TRAFs与RANK的胞质结构域结合，激活下游NF-κB、MAPK、PI3K/Akt、CN/NFAT通路，引起一系列的细胞生物学效应。

图1 OPG/RANK/RANKL信号通路Fig.1 OPG/RANK/RANKL signaling pathway

1.2.2Wnt/β-catenin通路

Wnt/β-catenin通路(图2)在骨重建、细胞的生长、发育、凋亡等方面发挥着重要作用。抑制剂SOST(硬化蛋白)、Krm(跨膜蛋白)、Dickkopfs与Wnt竞争性结合由OC分泌的LRP5/6。OB表达的WIF(Wnt抑制因子)、sFRP(分泌型卷曲相关蛋白)与Wnt结合，阻断Wnt、LRP5/6和Frizzled复合物的形成[10-11]。

Wnt是该信号通路的关键启动因子。缺乏Wnt时，β-catenin在AXIN(支架蛋白)、APC(肠腺瘤息肉蛋白)、CK、GSK(糖原合酶激酶)复合物的作用下被磷酸化，最后被β-TRCP(泛素蛋白酶体)降解[12-13]。当Wnt存在时，LRP5/6、Wnt和Frizzled形成的复合物将GSK从磷酸化β-catenin转移至LRP5/6，有助β-catenin的稳定性。β-catenin进入胞核后，与TCF/LEF相互作用促进靶基因表达，刺激OB形成。绑定在β-catenin C端的核内蛋白Chibby通过抑制β-catenin和TCF/LEF相互作用，拮抗Wnt/β-catenin通路。

图2 Wnt/β-catenin信号通路Fig.2 Wnt/β-catenin signaling pathway

1.3基因多态性

目前已发现并报道了大量与发生OP危险的相关候选基因。维生素D受体基因(VDR)位于12q13-14，有FokI、BsmI等酶切位点多态性，研究发现FokI多态性与BMD降低相关[14]，被认为是调控骨量的候选基因之一。雌激素受体(ER)主要有ERα和ERβ亚型，仅与腰椎BMD相关[15]。I型胶原(COL1)是骨基质的重要构成成分，G-T突变导致胶原合成受阻，影响BMD合成引起OP[16]。降钙素受体(CTR)位于人类7号染色体，基因多态性位于核苷酸序列1 377 bp，该位点上C-T突变是影响CTR与配体结合及其信号通路的主要原因。但大多数候选基因仍还处在筛选确认阶段，研究结果也不完全一致。

2 临床现有药物

2.1雌激素类

骨组织中存在雌激素受体(ER)[17-18]。联合使用共轭马雌激素(图3)与醋酸甲羟孕酮(图3)可改善BMD并预防OP性骨折[19]。戊酸雌二醇联合阿仑膦酸钠能显著改善绝经后骨质疏松[20]，但长期服用雌激素将增加女性患乳腺癌风险[17]。

图3 各类抗骨质疏松药物Fig.3 Various types of anti-osteoporosis drugs

2.2降钙素

降钙素(图4)是甲状腺滤泡旁细胞分泌的单链多肽。研究表明鲑鱼降钙素联合钙剂能抑制骨吸收，改善骨密度[21]。降钙素基因相关肽(图5)参与骨生长及修复[22]。少数患者使用降钙素后会出现不良反应[23]。

图4 降钙素Fig.4 Calcitonin

图5 降钙素基因相关肽Fig.5 Calcitonin gene-related peptide (CGRP)

2.3双膦酸盐类

双膦酸盐类药物(表1)是没有禁忌症的老年OP的首选药物，可减少骨痛和骨折发生[24]。以P-C-P基团取代焦磷酸盐结构中P-O-P基团，使双膦酸盐保持稳定。研究表明女性服用阿仑膦酸钠(图3)后OP有明显好转，但唑来膦酸(图3)作为新一代的双膦酸盐类药物注射后有发热等不良反应[25-27]。

2.4钙剂和维生素类

维生素D是一种类固醇激素，主要包括VD2(图3)和VD3(图3)。钙是骨形成所必需的元素，VD和钙剂是两种不同的物质，两者单独使用不能抗OP。肾功能不全患者可选择VK2维持骨健康。长期服用钙剂和维生素[28]易致高钙血症、尿路结石[29]等。

表1各代双膦酸盐类药物名称及结构式

Table1The name and structure of each generation of bisphosphonate drugs

药物名称代数化学式依替膦酸钠第1代C2H6Na2O7P2氯屈膦酸钠第1代CH2Cl2Na2O6P2帕米膦酸钠第2代C7H9ClO6P2S阿仑膦酸钠第2代C4H12NNa2O7P2.3H2O利塞膦酸钠第3代C7H10NNaO7P2.2.5H2O唑来膦酸钠第3代C5H10N2O7P2.H2O

2.5甲状旁腺素(PTH)

PTH是甲状旁腺主细胞分泌的单链多肽，调节脊椎动物体内钙磷代谢。PTH通过增加DNA修复，抑制OB凋亡[30]。间断使用可刺激骨形成，但长期使用易致骨吸收增强，骨量丢失。

2.6锶盐

锶盐具有促进骨形成和抑制骨吸收的双向作用[31]。研究发现，雷奈酸锶组出现骨折的风险较安慰剂组低20%[32]，但长期使用会增加绝经后妇女心肌梗死的风险[33]，其临床价值需进一步研究。

2.7雷诺昔芬

雷诺昔芬是第一个被美国FDA批准用于绝经后OP的选择性雌激素受体调节剂，不增加子宫内膜癌的危险[34]。临床试验表明患者在使用雷诺昔芬后骨折发生率减少[35]。但面部潮红和血栓栓塞等不良反应[36]影响了该药的推广应用。

2.8氟化物

含氟较高的地区OP发生率低[37]。氟对OB的增殖和分化有双向调节作用，高浓度抑制OB导致骨软化病；低浓度促进骨形成降低骨折发生。氟化物用于OP疗效不明显，需进一步研究。

2.9中药

《中国老年骨质疏松症诊疗指南》[39]推荐龙牡壮骨颗粒、仙灵骨葆胶囊和强骨胶囊等用于骨质疏松的治疗，临床上有一定效果。植物雌激素木质素类、异黄酮类和白藜芦醇等可直接抑制骨吸收、促进骨形成[38]，对绝经后妇女骨质疏松发挥着有益作用，是值得关注研究方向[39]。

3 临床研究中的药物

3.1RANKL抑制剂

研究表明注射RANK竞争性抑制剂OPG能减少骨转换，呈剂量依赖性地抑制骨吸收，因此OPG作为一种有效的抗骨吸收剂具有广泛的应用前景。在3期临床研究中，RANKL抑制剂Denosumab与安慰剂相比显著减少椎骨与髋部骨折[40]。

3.2Src激酶抑制剂

Saracatinib是一种选择性Src激酶抑制剂，对孕激素受体阴性和转移性乳腺癌患者的治疗没有显著的单药活性[41]。在剂量耐受下显著减少健康男性的骨吸收[42]。

3.3组织蛋白酶K抑制剂

组织蛋白酶K(Cathepsin K)是表达于OC中的半胱氨酸蛋白酶。Odanacatib可逆性地抑制Cathepsin K并迅速降低骨吸收。ONO-5334是人工合成的Cathepsin K抑制剂，可增加患者骨密度，但未对其临床安全性进行评价[43]，需进一步完善。

3.4Dickkopf-1抗体

Dickkopf-1桥接LRP5/6和跨膜蛋白Krm，触发细胞表面LRP5/6的内化和消耗，阻断经典Wnt信号传导。研究表明DKK-1抗体的抑制作用阻止溶骨性病变的发生，增加骨形成[43]。长期使用Wnt抑制剂需对骨骼安全进行监测。

3.5硬化蛋白抗体

骨硬化蛋白(sost)是一种骨细胞分泌蛋白。在一项随机双盲的实验中，健康男性和绝经妇女服用sost单克隆抗体AMG785后，骨形成标志物呈剂量相关性增加[44]。但sost作为一种外源性抗体易加重免疫系统紊乱患者的病情。

4 结语和展望

OP患病人数在逐年增加，雷诺昔芬是治疗绝经后妇女OP的较好选择；腕部骨折患者首选甲状旁腺素；骨痛患者可选择降钙素，并联合使用基础药物钙剂、维生素D和维生素K。临床用于治疗OP的药物种类繁多，目前没有根治药物，筛选安全有效的抗OP药物已是当务之急，基于细胞信号通路和基因水平调控筛选安全有效治疗OP的新药是今后努力方向。