李昊然 高璐 遲湘胤 張東方 侯赫

1. 中國(guó)醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110122

2. 中國(guó)醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院中藥與生藥學(xué)教研室，遼寧 沈陽(yáng) 110122

骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis, OP)是最常見(jiàn)的骨骼疾病。OP患者的骨量減少、骨微結(jié)構(gòu)損壞、骨脆性增加，易發(fā)生骨折[1]。糖皮質(zhì)激素(glucocorticoid,GC)具有顯著的抗炎和免疫抑制作用，常用于自身免疫性疾病、支氣管哮喘等疾病的治療[2]。長(zhǎng)期使用GC易導(dǎo)致糖皮質(zhì)激素性骨質(zhì)疏松癥(glucocorticoid-induced osteoporosis,GIOP)[3]。本文擬對(duì)GIOP發(fā)病機(jī)制與藥物作用機(jī)制進(jìn)行綜述，為臨床治療與藥物開(kāi)發(fā)提供更多思路。

1 GIOP的發(fā)病機(jī)制

骨的穩(wěn)態(tài)依靠骨形成和骨吸收共同調(diào)節(jié)，成骨細(xì)胞(osteoblast,OB)參與骨形成，破骨細(xì)胞(osteoclast,OC)參與骨吸收。當(dāng)骨吸收大于骨形成時(shí)，出現(xiàn)骨量丟失。

Wnt/β-catenin信號(hào)通路與骨形成有關(guān)[4]，Wnt與細(xì)胞膜上的受體卷曲蛋白(sFrps)結(jié)合后，糖原合成酶激酶3β(GSK3β)發(fā)生磷酸化，進(jìn)而β-catenin進(jìn)入細(xì)胞核，促進(jìn)淋巴增強(qiáng)因子基因轉(zhuǎn)錄，維持正常的骨形成。Wnt拮抗劑DKK-1可與細(xì)胞膜另一受體低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白(LRP5/6)相結(jié)合，擾亂GSK3β的磷酸化，使得β-catenin磷酸化，磷酸化后的β-catenin則不能進(jìn)入到細(xì)胞核中調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄[5]。GC提高DKK1和硬化蛋白的表達(dá)，激活GSK3β，使β-catenin失去穩(wěn)定性，進(jìn)而抑制OB的分化[6-7]。GC也會(huì)抑制分化型胚胎軟骨發(fā)育基因1 (DEC1)的表達(dá)，DEC1可以通過(guò)調(diào)節(jié) β-catenin的表達(dá)，調(diào)節(jié)Wnt/β-catenin 信號(hào)通路，促進(jìn)成骨。DEC1表達(dá)增多，成骨活動(dòng)增加，DEC1的表達(dá)減少時(shí)，抑制充質(zhì)干細(xì)胞(MSC)向OB分化[8-9]。

OPG/RANK/RANKL信號(hào)通路是調(diào)節(jié)骨代謝的重要通路[10]。RANKL與OB上的受體RANK結(jié)合后抑制OB增殖分化，促進(jìn)OC分化成熟并抑制其凋亡，促進(jìn)骨吸收。骨保護(hù)素(osteoprotegerin,OPG)阻斷RANKL和RANK結(jié)合，抑制破骨細(xì)胞骨吸收[11]。GC會(huì)下調(diào)OPG，上調(diào)RANKL的mRNA和蛋白表達(dá)，促進(jìn)破骨細(xì)胞骨吸收[12]。

Notch信號(hào)通路在OB和OC的分化以及骨骼發(fā)育、重塑中起著關(guān)鍵作用。成骨細(xì)胞前體細(xì)胞中缺失Notch1和Notch2受體時(shí)，成骨細(xì)胞數(shù)量增加、骨形成增多、骨體積增加。GC會(huì)增強(qiáng)Notch1和Notch2受體的轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致GIOP[13]。

GC可影響鈣吸收，鈣通過(guò)離子通道進(jìn)入腸黏膜上皮細(xì)胞，進(jìn)入細(xì)胞的鈣與鈣結(jié)合蛋白結(jié)合后在胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)，最后經(jīng)過(guò)基底膜側(cè)的鈣泵，完成腸道對(duì)鈣的吸收。GC抑制腸粘膜上皮細(xì)胞上的細(xì)胞離子通道蛋白TRPV6和鈣結(jié)合蛋白CaBP-9k的表達(dá)，減少鈣進(jìn)入腸粘膜上皮細(xì)胞，并抑制鈣與鈣結(jié)合蛋白結(jié)合后在胞質(zhì)內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)，進(jìn)而減少腸道對(duì)鈣的吸收[14]。

GC可減少胰島素樣生長(zhǎng)因子(IGF-1)的合成，IGF-1可調(diào)節(jié)骨代謝，促進(jìn)骨膠原形成，增加成骨細(xì)胞的數(shù)量，增強(qiáng)OB的活性，減少或限制OC的分化[15]。過(guò)量GC可以使IGF-1合成減少，減少骨形成，并誘導(dǎo)OC分化，進(jìn)而誘發(fā)GIOP[16]。

2 GIOP的藥物作用機(jī)制

預(yù)防和治療輕度GIOP時(shí)，可使用維生素D和鈣劑聯(lián)用，增加骨密度(bone mineral density, BMD)，降低骨折風(fēng)險(xiǎn)等[17-18]。治療中重度GIOP時(shí)，首選雙膦酸鹽。阿侖膦酸鈉可以提高GIOP患者的腰椎和股骨BMD，減少骨質(zhì)流失。如聯(lián)用維生素D和鈣劑，療效更為顯著[19-20]。如患者不能耐受阿侖膦酸鈉，則可選用二線藥物如甲狀旁腺素、狄諾塞麥等[21]。

2.1 維生素D和鈣劑

維生素D在肝和腎的作用下代謝為1,25(OH)2D3，可促進(jìn)鈣結(jié)合蛋白生成，增強(qiáng)鈣泵的作用，促進(jìn)鈣的吸收。研究[22]顯示，局部腎素-血管緊張素(RAS)的激活具有促進(jìn)OC增殖分化的作用，1,25(OH)2D3可下調(diào)GIOP模型鼠的RANKL和RAS系統(tǒng)中血管緊張素Ⅱ的受體AT2R基因的表達(dá)，抑制RAS系統(tǒng)的激活，進(jìn)而抑制OC增殖分化，抑制骨吸收，發(fā)揮治療GIOP作用。

2.2 雙膦酸鹽

雙膦酸鹽可與骨表面的羥磷灰石強(qiáng)有力地結(jié)合，雙膦酸鹽不易被水解，可沉積在骨組織內(nèi)被OC攝取，抑制OC的活性并誘導(dǎo)其凋亡，進(jìn)而抑制骨吸收[23]。雙膦酸鹽下調(diào)RANKL的表達(dá)，抑制OC增殖分化[24]。此外，雙膦酸鹽還可下調(diào)骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)拮抗劑和Wnt拮抗劑表達(dá)，調(diào)節(jié)BMP/Smad和Wnt/β-catenin 信號(hào)通路，抑制骨吸收，促進(jìn)骨形成，治療GIOP[23]。

2.3 甲狀旁腺素

甲狀旁腺素(PTH)是甲狀旁腺釋放的鈣調(diào)節(jié)激素，可以在腺苷酸環(huán)化酶(cAMP)的介導(dǎo)下，降低血磷、升高血鈣，促進(jìn)骨轉(zhuǎn)換。GC會(huì)增加小鼠骨細(xì)胞內(nèi)的活性氧(ROS)水平，特立帕肽(PTH的活性片段)可通過(guò)降低ROS水平，激活絲蘇氨酸蛋白激酶(AKT)通路，促進(jìn)絲蘇氨酸蛋白激酶(AKT)表達(dá)，AKT通過(guò)調(diào)節(jié)下游靶蛋白的磷酸化，促進(jìn)骨細(xì)胞增殖，活化的AKT可以抑制促進(jìn)骨吸收的蛋白水解酶半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶caspase-3的活性，抑制骨細(xì)胞中凋亡級(jí)聯(lián)反應(yīng)，促進(jìn)骨細(xì)胞增殖[25]。

2.4 狄諾塞麥

狄諾塞麥?zhǔn)荝ANKL單克隆抗體，與RANKL具有較高的親和力，狄諾塞麥與RANKL結(jié)合后，阻斷了RANKL與其受體RANK的結(jié)合，減少OC的數(shù)量[26]。狄諾塞麥通過(guò)作用于OPG/RANK/RANKL這一細(xì)胞通路，發(fā)揮治療GIOP的作用。

2.5 中藥

2.5.1中藥提取物及其活性成分：①淫羊藿提取物淫羊藿苷可以抑制OB凋亡，減輕GC引起的鈣代謝紊亂和骨吸收失衡程度，增加血清堿性磷酸酶(ALP)、減少促進(jìn)骨吸收的羧基末端膠原蛋白，維持骨的正常礦化速度，刺激小鼠的骨重建[27-28]。OC釋放的組織蛋白酶K(CTSK)在骨重塑的過(guò)程中參與降解骨基質(zhì)，促進(jìn)骨吸收。淫羊藿苷通過(guò)增加miRNA-186的表達(dá)，下調(diào)CTSK的表達(dá)，從而發(fā)揮保護(hù)骨骼的作用[29]。此外，淫羊藿苷可與RUNT相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2(RUNX2)受體結(jié)合，促進(jìn)MSC向OB分化，促進(jìn)骨形成[30]；②熟地黃提取物會(huì)上調(diào)RUNX2和骨橋蛋白(osteopotin,OPN)表達(dá)，增強(qiáng)ALP的活性，提高成骨活性，促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)礦化，提高BMD，改善骨微結(jié)構(gòu)。代謝組學(xué)分析顯示：熟地黃提取物通過(guò)上調(diào)甾體激素合成過(guò)程中的關(guān)鍵蛋白細(xì)胞色素P450 17A1 和芳香化酶CYP19A1表達(dá)，下調(diào)11β-羥類固醇脫氫酶HSD11B1表達(dá)，提高雌激素水平，預(yù)防GIOP[31]；③梔子中提取物梔子苷會(huì)提高ALP的活性，促進(jìn)骨形成。梔子苷也可以促進(jìn)小鼠成骨細(xì)胞前體細(xì)胞MC3T3-E1細(xì)胞向OB分化。使用GC處理MC3T3-E1細(xì)胞后，OPN、RUNX2、成骨相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子(OSX)等表達(dá)下調(diào)，治療組中均有上調(diào)。提示梔子苷可通過(guò)提高RUNX2和OSX等轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)，增強(qiáng)成骨活動(dòng)。有研究[32]指出梔子苷是胰高血糖素樣肽1(GLP-1)受體激動(dòng)劑，梔子苷可以通過(guò)GLP-1受體激活細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK)通路，ERK磷酸化后激活RUNX2，從而促進(jìn)OB增殖分化，治療GIOP；④巴戟天及其主要成分水晶蘭苷和甲基異茜草素可促進(jìn)OB增殖，提高ALP的活性，增強(qiáng)其礦化能力。巴戟天下調(diào)脂氧合酶(5-LOX)、白三烯A4水解酶(LTA4H)等代謝酶的表達(dá)，干擾花生四烯酸的代謝，促進(jìn)MSC向OB分化，促進(jìn)骨形成，減少骨量丟失[33]；⑤龜板提取物(PTE)可增加BMD和骨礦物含量(BMC)，改善骨微結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)骨強(qiáng)度。PTE可通過(guò)上調(diào)OPG的表達(dá)，抑制破骨細(xì)胞骨吸收來(lái)發(fā)揮治療GIOP的作用[34]。還可通過(guò)調(diào)節(jié)絲裂原激活蛋白激酶MAPK通路中的p38MAPK及其相關(guān)基因和蛋白表達(dá)，上調(diào)STE20樣激酶(STE20)、IGF-1受體、p38MAPK蛋白表達(dá)，下調(diào)腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6(TRAF6)蛋白表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSC)的分化成熟，促進(jìn)骨形成、增加骨骼礦化、維持骨量[35]；⑥川續(xù)斷的主要活性成分木通皂苷D通過(guò)激活BMP/Smad信號(hào)通路，上調(diào)成骨相關(guān)因子RUNX2、BGP、Smad1和Smad5的mRNA表達(dá)，磷酸化的Smad1、Smad5和Smad8形成復(fù)合物后與Smad4結(jié)合，進(jìn)入細(xì)胞核與轉(zhuǎn)錄因子RUNX2作用，促進(jìn)BMSC向OB分化，治療GIOP[36]；⑦菟絲子提取物增加IGF-1和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF-β)等生長(zhǎng)因子的表達(dá)， TGF-β增強(qiáng)I型膠原蛋白的表達(dá)，促進(jìn)骨形成，IGF-1調(diào)節(jié)β-catenin的穩(wěn)定性，促進(jìn)骨形成。菟絲子提取物會(huì)上調(diào)OPG、下調(diào)RANKL基因和蛋白的表達(dá)，通過(guò)OPG/RANK/RANKL信號(hào)通路，治療GIOP[12]；⑧川芎的活性成分川芎嗪通過(guò)AMPK/mTOR途徑，促進(jìn)AMPK磷酸化，抑制mTOR磷酸化，進(jìn)而促進(jìn)BMSC自噬，保護(hù)BMSC，提高GIOP小鼠的BMD[37]。

2.5.2中成藥：①左歸丸可提高GIOP模型鼠BMD，增加骨小梁數(shù)量，顯著下調(diào)DKK1 mRNA表達(dá)，通過(guò)Wnt/β-catenin信號(hào)通路促進(jìn)OB增殖分化進(jìn)而治療GIOP[38]；②復(fù)方貞術(shù)調(diào)脂膠囊由女貞子、白術(shù)、丹參、佛手、杜仲組成，可提高β-catenin轉(zhuǎn)錄活性，上調(diào)β-catenin和促分裂原活化蛋白激酶激酶激酶2(MEKK2)蛋白表達(dá)，MEKK2可有效維持β-catenin的穩(wěn)定，抑制MSC向脂肪細(xì)胞分化，穩(wěn)定成骨細(xì)胞，治療GIOP[39]。

3 小結(jié)

一些藥物如雙膦酸鹽、菟絲子、左歸丸和復(fù)方貞術(shù)調(diào)脂膠囊等通過(guò)Wnt/β-catenin信號(hào)通路治療GIOP；川續(xù)斷通過(guò)BMP/Smad信號(hào)通路治療GIOP；淫羊藿、熟地黃、梔子和川續(xù)斷等會(huì)通過(guò)影響RUNX2調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄，影響OB增殖分化。一些藥物也會(huì)通過(guò)影響糖類、脂質(zhì)、花生四烯酸的代謝，治療GIOP，但通路并不十分清晰。治療GIOP藥物的作用機(jī)制是否有更多，仍需要更多深入的研究。