甲狀旁腺素促進成骨的研究

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(大連醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院 骨科，遼寧 大連 116011)

人體成骨作用的增強或是消退取決于體內(nèi)骨轉(zhuǎn)換過程中骨吸收與骨形成兩方面綜合作用的結(jié)果。現(xiàn)已知多種化學因素，包括激素及其受體、細胞因子、某些細菌代謝物、微量元素等都能參與調(diào)節(jié)成骨。郭世紱等[1]將促進成骨的生物活性物質(zhì)分為主要抑制骨吸收和主要促進骨形成的兩大類，前者主要有：雌激素及選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)劑、降鈣素、二磷酸鹽等；后者主要有甲狀旁腺素(PTH)、他汀類化合物、鍶劑、氟化物、護骨素等等。PTH對成骨作用的調(diào)節(jié)，并非象在甲狀旁腺功能亢進中所觀察到的只能引起骨質(zhì)疏松，在某些情況下也能促進骨質(zhì)形成，這一效應(yīng)近來引起醫(yī)學界的注意，目前的研究現(xiàn)狀簡述如下。

1 甲狀旁腺激素(PTH)

Keutmann等1978年首先報道，人PTH的一級結(jié)構(gòu)是由84個氨基酸殘基組成的一條多肽鏈分子[2]；其分子量為9427[3]，其生物活性取決于N端的第1～27位氨基酸。PTH在血循環(huán)中主要有4種存在形式:①由84個氨基酸組成的完整肽鏈(I-PTH)；②氨基端PTH(N-PTH)，1-34氨基酸片段；③羧基端PTH(C-PTH)，56-84氨基酸片段；④中段PTH(M-PTH)，18～48或28～48氨基酸片段。 研究表明，I-PTH和N-PTH具有PTH的生物活性。隨著對人PTH氨基端活性片段(N-PTH,hPTH1-34)的研究進展，發(fā)現(xiàn)其不同的作用方式對成骨有不同的調(diào)節(jié)作用。連續(xù)高濃度給予rhPTH1-34可使實驗動物成骨減少；而間歇性低劑量給予rhPTH1-34可使動物活體成骨作用增加。

2 PTH與骨代謝

PTH是重要的Ca、P平衡調(diào)節(jié)劑，PTH能迅速提高骨細胞膜對Ca2+的通透性,使骨細胞膜上的鈣泵活動增強，誘導Ca從基質(zhì)中快速釋放，將位于骨和骨細胞之間的骨液中的鈣轉(zhuǎn)運至血液中。

3 PTH與成骨細胞

3.1 現(xiàn)已證實，rhPTH1-34可活化腺苷酸環(huán)化酶(AC,參與活化PKA信號轉(zhuǎn)導通路)和磷脂酶C(PLC，參與活化PKC信號轉(zhuǎn)導通路)，并且都是通過與G蛋白偶聯(lián)的受體(GPCR)結(jié)合完成的。正常人血漿PTH濃度約1-5×10-12M。最近的研究表明，在PTH活性肽鏈的濃度為nmol(10-9M)水平時，主要激活PKA通路，而PTH激活PLC在pmol(10-12M)水平上即可發(fā)生，這一濃度更接近生理水平;因為在細胞膜上存在P1R(PTH低親和力受體)和P2R(PTH高親和力受體)兩種受體亞型[4],PTH與P1R作用時，羧基端螺旋區(qū)第25-34氨基酸殘基形成主要結(jié)合位點，10-27氨基酸殘基段形成次要結(jié)合位點，從而活化腺苷酸環(huán)化酶，激活PKA信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)，主要促進骨吸收[5]。

3.2 PTH在與P2R結(jié)合時，主要由PTH的第20-34氨基酸完成,20-34區(qū)域有一個很重要的兩性螺旋結(jié)構(gòu)，與受體結(jié)合，引導28-34氨基酸段激活磷脂酶C,發(fā)揮生物學作用[6]。磷脂酶C(PLC)催化細胞膜上的磷脂酰肌醇二磷酸(PIP2)裂解成三磷酸肌醇(IP3)和二酰基甘油(DAG),IP3與DAG作為第二信使，IP3打開細胞內(nèi)部鈣池的鈣離子通道，使鈣離子釋放到細胞質(zhì)，協(xié)同DAG進一步激活蛋白激酶C(PKC)[4],促進骨形成。多個研究印證適當?shù)腜TH刺激對成骨細胞具有促分裂增殖作用，PKC信號轉(zhuǎn)導通路激活與此密切相關(guān)；Erclik和Mitchell的研究表明，PTH可通過激活PKC提高骨肉瘤細胞株UMR 106-01表達IGF，而這一作用在PKC基因缺失的UMR106-01細胞中被抑制[7-8];IGF可激發(fā)成骨樣細胞增殖、融合和表達分化相關(guān)基因；這一作用可被PKC特異抑制劑完全阻斷[9]。Dehong Yang等[10]的研究表明，hPTH1-34不但可引起成骨細胞膜結(jié)合PKC激活，而且可通過時間和濃度依賴的方式引起胞漿內(nèi)磷酸化PKC的增加，從而引起骨鈣素表達增加；這一作用可被PKC特異抑制劑所阻斷。由此可見，介導PTH調(diào)節(jié)成骨作用的多種細胞信號分子中，PKC起重要作用。

4 PTH濃度時相變化對成骨的影響

常人PTH分泌呈日節(jié)律波動，6AM最高，4PM最低，PTH濃度于10-50ng/L(約1-5×10-12M)之間波動。人體內(nèi)PTH的分泌遵循兩種時相原則:①PTH分泌量在頻繁活動中，這種模式可以調(diào)節(jié)血鈣平衡。②PTH分泌狀態(tài)高度穩(wěn)定,每天的分泌次數(shù)、分泌量都有一定規(guī)律，這一模式有助于維持正常骨量及骨代謝。此兩種時相被某種生理“開關(guān)”控制，在需要時會相互轉(zhuǎn)換，因而不同的PTH刺激會有不同的影響成骨的效果[11]。Toshinori以成骨細胞為研究對象得出結(jié)論:rhPTH1-34在以48 h為一循環(huán)的前6 h給藥時刺激細胞增殖作用最強。韓志巖等[12]的研究表明:PTH刺激成骨細胞增殖與給藥方式及藥物濃度有關(guān)，10-11M rhPTH1-34在每24 h為一循環(huán)的前12 h給藥,循環(huán)3次后，能刺激成骨細胞增殖，而濃度升高至10-7M對成骨細胞增殖卻無影響；而10-7M rhPTH(1-34)72 h持續(xù)作用于細胞明顯抑制其增殖,這些結(jié)論也與上述理論相符合,但其具體分子機制并未探明。

[1]郭世紱,骨質(zhì)疏松癥的藥物治療及其理論基礎(chǔ)[J].中華骨科雜志,2004,24:691-695.

[2]Keutmann HT,Sauer MM,Hendy GN etal.Complete amino acid sequence of human parathyroid hormone[J].Biochemistry,1978,17:5723.

[3]Monier,Faugere MC,Geng Z,Mawad H.Improved assessment of bone turnover by the PTH(1-84)/large C-PTH fragments ratio in ESRD patients[J].Kidney Int,2001,60:1460-1468.

[4]Dunlay B and Hruska K.PTH receptor coupling to phospholipase C is An alternate pathway of signal transduction in bone and kidney[J].Am J Physiol,1990,258:F223.

[5]Julie MR,Amareshwar TK,Paula HS.Role of protein kinase A,phospholipase C and phospholipase D in parathyroid hormone receptor regulation of protein kinase Ca and interleukin-6 in UMR-106 osteoblastic cells.Cellular Signalling,2004,16:105-114.

[6]Neugebauer W,Gagnon L,Whitfield J etal.Structure and proteinkinase C stimulating activities of Lactam analogues of human parathyroid hormone fragment[J].Int J Peptide Protein Res,1994,43:555.

[7]Harvey AK,Yu XP,Frolik CA.Parathyroid hormone(1-34) enhances aggrecan synthesis via an insulin-like growth factor-1 pathway.J Biol Chem,1999,13:274.

[8]Kikkawa U,Matsuzaki H,Yamamoto T.Protein kinase C delta (PKC delta):activation mechanisms and functions.J Biochem (Tokyo),2002;132:831-9.

[9]Gabriella C,István BT,Rita M,etal.Insulin-like growth factor-I-coupledmitogenic signaling in primary cultured human skeletal muscle cells and in C2C12 myoblasts[J].A central role of protein kinase Cδ,Cellular Signalling,2006,18:1461-1472.

[10]Yang DH,Guo J,Paola D,Bringhurst FR.Parathyroid hormone activates PKC-δ and regulates osteoblastic differentiation via a PLC-independent pathway.Bone,2006,38:485-496.

[11]Swarthout JT,Doggett TA,Lemker JL,et al.Stimulation of extracellular signal-related kinases and proliferation in rat osteoblastic cells by parathyroidhormone is protein kinase C-independent[J].J Biol Chem,2001:276,7586-7592.

[12]韓志巖.劉景生.人甲狀旁腺素(1-34)對新生Wistar大鼠成骨細胞增殖作用的影響[J].基礎(chǔ)醫(yī)學與臨床,1998,18:33-37.