OPG/RANK/RANKL 信号通路在骨质疏松症中的研究进展

刘慧兰，赵爱国，侯安丽，缪文斌

（中国科学院大学深圳医院<光明>妇科 广东 深圳 518106）

骨质疏松症（osteoporosis, OP）是临床上病发率较高的一种骨科病症，鉴于该病症病发率及病死率的逐年提高，其已经成为了全球关注的重要公共健康问题之一。有相关研究显示，现阶段全球OP 确诊人数已达到10 亿，因OP 所致的骨折患者也达到了数十万[1]。从我国来看，情况也不容乐观，目前我国40 岁以上OP 患者占比已达到了20%以上。故考虑到疾病的高发性及危害性，临床上对其病发机制也进行了更为深入的研究。现有研究发现，骨保护蛋白（osteoprotegerin, OPG）、核因子-Kβ 受体活化因子（receptor-activator of nuclear factor kappa beta, RANK）、核因子-Kβ 受体活化因子配体（receptor-activator of nuclear factor kappa beta ligand,RANKL）信号通路在骨代谢过程中发挥着重要的调节作用[2]。故基于该信号通路入手，搜集相关文献资料，对OP 的防治情况做如下综述。

1.骨重建机制

骨重建是在整个生命阶段以动态形式呈现的过程，该机制不仅可以确保骨骼完整性得到维持，也能够有助于骨骼有效地储存钙、磷等物质。骨重建机制中包含骨吸收与骨形成，二者间的转变即可促使净骨量呈现动态变化。基于细胞分子角度来看，骨细胞与破骨细胞（OC）是完成骨重建过程的重要依托，结合相关细胞功能一般可将其分为3 个阶段：①起始：破骨前体细胞（osteoclast precursor cells, OPC）分化、激活与骨吸收。②中间：OC 凋亡，骨陷窝聚集并形OB，细胞分化，形成新骨。③终止：形成类骨质、矿化；吸收。通常情况下，正常机体OC 导致的骨吸收需要的时间仅仅为几周，而OB-骨形成需要的时间则为数月。这显示防治骨量丢失需以对OC 作用的抑制为主；而在OC 功能调节中，OPG/RANK/RANKL 信号通路是关键通路之一[3]。RANK 可在辅助巨噬细胞集落刺激因子情况下与RANKL 结合，同时促使多种转录因子被激活；在相关因子激活后则可进一步诱导相关物质的表达，并对破骨基因表达起到调节作用，最终促进成熟多核OC 的形成。而OPG 则能够对OC 功能进行抑制，故在OP 防治中，合理掌握OPG-RANKRANKL 信号通路十分关键。

2.OPG/RANK/RANKL 信号通路作用机制

OPG 为OPG/RANK/RANKL 信号通路中发现的第一个蛋白，随后经临床研究证实，其为7 个结构域+3 个功能区构成的肿瘤坏死因子受体[4]。后续研究发现，OPG 的N端存在的D1-D4 区与抑制破骨细胞作用存在直接关联，D5、D6 区则可对细胞毒性产生介导效应，D7 区则为其功能维持的必要组成。相关研究证实，OPG 能够经Ca-p38-MAPK 信号通路诱导破骨细胞伪足拆卸，进而起到骨皮质保护效果。动物研究也显示，OPG 的高表达可促使骨硬化，对骨量维持具有重要作用。RANK 则属于TNF 超家族之一，其mRNA 可在多个组织中表达。在特异性结合破骨细胞表达RANK、RANKL，且经M-CSF 参与下，能够有效激活转录因子NF-Kβ，进而达到加速破骨细胞增殖、分化、成熟的作用。RANKL 蛋白则为破骨细胞活化增殖中必需的生物分子之一，其具有3 种亚型，均可促进破骨细胞增殖。大量研究证实，RANKL在破骨细胞分化中承担着重要作用，且能够有效激活成熟破骨细胞，使其存活时间延长，有效强化骨吸收能力。通过使用相关抗体、肽及天然化合物等对RANKL 进行抑制能够有效抑制破骨细胞形成及相关功能发挥，故其可作为骨质疏松症治疗的重要靶点。

在骨代谢平衡调节中，OPG/RANK/RANKL 为重要的信号通路之一，其能够有效调节OC 活化情况，进而对骨吸收、骨重建起到一定的促进效果[5]。在RANK、RANKL 结合后，可在肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor,TNF）受体相关因子参与下，促进下游级连信号传导。现阶段研究资料显示，RANK 能够结合TRAF2/5/6 等多种因子，这之中，OC 的生成与TRAF6 息息相关，对其途径进行分析可能如下：（1）NF-Kβ：RANK、TRAF6 结合后，激活NF-Kβ 诱导激酶，进而促使NF-Kβ 进入细胞核，增加核内c-Fox 表达，同时起到结合活化T 细胞核因子的效果，促使OC 生成基因转录、成熟[6]。（2）JNK 途径：RANK 结合TRAF6，促使细胞外存在的信号调节激酶、氨基末端激酶等被激活，进而提升OPC 功能活跃性，促进OC 生成。（3）蛋白激酶B（PKB）途径：在RANK 结合TRAF6 后，可导致磷脂酰肌醇被激活，进而参与NF-Kβ活化，加速OC 成熟。在多通路信号传导作用下，RANKL则可最终达到加快OC 分化、成熟的目的。

OPG 则能够竞争性对RANK、RANKL 结合产生抑制，且具有较强的亲和力，能够抑制RANKL 结合OPC 上的RANK，抑制前体OC 活化及骨吸收。沈丽英等[7]研究发现，RANK 能够在肿瘤上皮细胞中大量表达，RANKL 则与之相反；同时，在肿瘤上皮中检测到OPG 的概率对比基质有显著提升，这显示OPG 能够在一定程度上达到诱使RANKL功能性失活的作用。由此可见，在OPG/RANK/RANKL 信号通路，只要有任何一种基因发生突变，均会导致多种骨代谢疾病发生，这也显示在骨代谢中，OPG/RANK/RANKL可发挥关键作用。

3.OPG/RANK/RANKL 信号通路相关药物

尽管有大量研究显示天然OPG 可起到调节OC 分化的作用，但在小鼠实验中显示，若要起到骨保护效果，需要较高的OPG 剂量（一般＞30 mg/kg）[8]。故基于OPG/RANK/RANKL 研发的OP 防治药物随之而出。现阶段临床上已经发现了多种天然或人工合成药物，其能够在一定程度上影响OPG/RANK/RANKL 信号通路的OC 生成功能，如锶类化合物、重组人骨保护素以及天然橄榄油提取物——橄榄苦苷等。这之中，重组人骨保护素是一种基于天然OPG 增加了新药物结构形成的药物，具有更强的生物活性及半衰期。有研究显示，该药物能够有效抑制OC 活性，并对早期骨折端骨质吸收产生抑制，可促使骨生成、骨吸收动态平衡被打破，进而增加骨痂，加速骨成熟，抑制骨吸收，提升骨密度水平[9]。目前研究显示，重组人骨保护素能够预防并治疗骨丢失性疾病，且能够在牙周炎牙槽骨吸收过程中起到抑制作用；但是其具有较大的分子量，故长时间应用有引发免疫反应率[10]。锶则同时能够发挥促进骨形成及抗骨吸收效果。有相关研究显示，锶类在抗骨吸收中主要经OPG/RANK/RANKL 发挥效用。狄诺塞麦则属于人源性IgG2 单克隆抗体的一种，其能够特异性与RANKL 结合，进而对OC 形成、活化及存活产生抑制，有效规避骨折的发生。此外，其对RANKL的亲和力也较高，故可在较低浓度下降低骨重建循环，对OC 作用产生抑制，提升骨密度与强度。有相关人员在研究中发现，狄诺塞麦在降低绝经后OP 近端股骨皮质孔隙方面具有良好效果[11]。在既往以绝经期女性为研究对象的研究中，通过3 年临床研究证实，该药物能够有效促进患者股骨关键部位骨皮质骨量的增加，进而规避骨折的发生[12]。但是由于OPG/RANK/RANKL 信号通路在机体免疫反应中也有参与，故作为该通路抑制剂，狄诺塞麦在应用中可能存在引发免疫性疾病的风险，故其该药物长期服用的安全性还需进一步探析[13]。

除上述药物外，在雌激素下降引发的骨质疏松症治疗中，多可使用激素替代治疗（HRT）加以干预。但HRT尽管能够有效降低骨质疏松及骨折发生的危险，却为卵巢癌的发生发展埋下了危险隐患。对此，有相关研究显示，天然橄榄油中含有的橄榄苦苷在进入机体后能够有效起到降低骨量丢失，抗炎、抗氧化以及抗乳腺癌、抗子宫内膜癌等功效，在预防绝经后骨质疏松症方面具有较为显著的应用效果[14]。有相关研究人员在橄榄苦苷在防治骨质疏松中发挥作用的研究中发现，该作用成分能够有效通过促进OBOPG 的表达，对RANKL 表达进行抑制，进而阻断骨吸收信号传递，抑制OC 分化、激活以及成熟OC 骨吸收活性，以加速诱导OC 调亡，达到治疗骨质疏松的效果[15]。故推测橄榄苦苷在相关骨疾病治疗中能够发挥较好的疗效，但其实际应用价值还有待进一步研究。

另外，相关研究还显示，多种中药成分在OPG/RANK/RANKL 信号通路中也可发挥显著效果。淫羊藿即为一种补肾阳、强筋骨的补阳药物[16]。现阶段药理学研究显示，其化学成分主要为淫羊藿黄酮、淫羊藿多糖及淫羊藿苷，这之中，淫羊藿苷既能够发挥促进骨形成，提升细胞内钙离子浓度的效果，同时也能够促进OPG 基因表达量的升高，进而抑制破骨细胞的骨吸收。补骨脂则具有温脾肾、补阳气的作用，其包含的黄酮类、香豆素类等成分可有效发挥抗骨质疏松效果；其黄酮类成分具有与植物雌激素样相似作用，可对破骨细胞分化及活性产生抑制，临床上针对绝经后骨质疏松具有较好的治疗效果，且毒副作用较低，用药安全性高。骨碎补属于一种活血疗伤药，其提取物主要包含柚皮苷及骨碎补总黄酮，该有效成分可有效抑制破骨细胞。除上述药物，巴戟天、地黄、红景天等药物也可有效发挥抑制骨吸收的作用。但针对具体药物的实际临床作用，还需在进一步研究中作针对性分析。

综上所述，在骨代谢调整中，OPG/RANK/RANKL 是十分重要的途径之一，其与OC 功能存在紧密联系，故进一步了解该通路对了解包含OP 在内的多种骨代谢性病症病发机制有一定的促进价值。现阶段临床上针对该通路的研究较多，但对其精准作用机制的分析尚未明确。结合近年研究显示，OPG/RANK/RANKL 对OC 分化成熟的调节与Notch 可能存在一定关联，而OPG 在OB 中的表达则受到Wnt/β-catenin 调节，这显示骨重建过程中参与的信号通路可能有多种。在OP 治疗中，OPG/RANK/RANKL 相关药物可发挥显著价值，但由于其在免疫系统调节中也有参与，故针对该类药物的使用安全性仍有待深究。