骨轉(zhuǎn)換生化標志物的研究新進展

周衛(wèi)東 常九州 程力

1. 長沙市中醫(yī)醫(yī)院(長沙市第八醫(yī)院)內(nèi)分泌科，長沙 410100 2. 湖南中醫(yī)藥大學(xué)，長沙 410100

骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis，OP)是一種以骨量低下、骨微結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致骨脆性增加，易發(fā)生骨折為特征的全身性骨病。目前國際上診斷骨質(zhì)疏松癥的金標準是采用雙能量X線吸收法測定骨密度[1]。骨轉(zhuǎn)換生化標志物是反映骨吸收和骨形成狀況，并能夠在血液和尿液及人體分泌物檢測出來的活性物質(zhì)。通過骨轉(zhuǎn)換生化標志物聯(lián)合骨密度可以使我們更早的了解骨轉(zhuǎn)換的動態(tài)，對骨轉(zhuǎn)換平衡狀態(tài)的評估、骨代謝疾病的鑒別診斷、抗骨質(zhì)疏松治療療效監(jiān)測等方面有重要意義。在過去的十年中，傳統(tǒng)的骨轉(zhuǎn)換生化標志物已廣泛應(yīng)用于臨床骨質(zhì)疏松的療效跟蹤，及代謝性骨病的鑒別診斷[2]。隨著現(xiàn)代生物醫(yī)藥技術(shù)的發(fā)展，逐步發(fā)現(xiàn)更多的骨轉(zhuǎn)換生化標志物，現(xiàn)就對骨轉(zhuǎn)換生化標志物的研究新進展做一個綜述。

1 傳統(tǒng)的骨轉(zhuǎn)換生化標志物

目前一些骨轉(zhuǎn)換生化標志物已經(jīng)廣泛應(yīng)用到臨床診療、研究中，我們可以稱它們?yōu)閭鹘y(tǒng)的骨轉(zhuǎn)換生化標志物。傳統(tǒng)的骨轉(zhuǎn)換生化標志物分為骨形成標志物和骨吸收標志物。骨形成標志物包括：骨特異性堿性磷酸酶(BALP)、骨鈣素(OC)、護骨素(OPG)、血清Ⅰ型前膠原羧基末端(C端)前肽(PⅠCP)和Ⅰ型前膠原氨基末端(N端)前肽(PⅠNP)；骨吸收標志物包括：抗酒石酸酸性磷酸酶(TRACP-5a、TRACP-5b)、吡啶啉(PYD)、脫氧吡啶啉(DPD)、Ⅰ型膠原N末端肽(NTX)與Ⅰ型膠原C端肽(CTX)。一些研究表明，傳統(tǒng)的骨轉(zhuǎn)換生化標志物已經(jīng)運用在不同的臨床疾病，特別是骨質(zhì)疏松癥。張萌萌[3]對1084例女性研究中發(fā)現(xiàn)BALP、TRACP、CTX、BGP在骨代謝過程中相互作用影響骨質(zhì)量，與BMD有重要聯(lián)系，說明骨轉(zhuǎn)換生化標志物可以為監(jiān)測骨代謝水平、骨質(zhì)疏松的診斷、鑒別診斷提供分子生物學(xué)依據(jù)。另有研究發(fā)現(xiàn)，女性O(shè)PG和TGF-β(轉(zhuǎn)化生長因子-β)與BALP、BGP、NTX、CTX和uDPD呈顯著正相關(guān)，證實了OPG和TGF-β是骨轉(zhuǎn)換速率的重要決定因素[4]。鄧詠梅等[5]對絕經(jīng)后1～5年的婦女研究發(fā)現(xiàn)，BMD降低者其血清PⅠNP、PⅠCP、OC明顯升高，說明骨轉(zhuǎn)換增加，對絕經(jīng)后婦女早期定時聯(lián)檢OC、PⅠNP和PⅠCP，可早期識別出有骨質(zhì)疏松發(fā)生風(fēng)險的人群，進而加以指導(dǎo)和預(yù)防性治療，最終達到阻擋或延緩OP進程，降低OP的發(fā)生率。一項對骨質(zhì)疏松癥人群10年追蹤調(diào)查中表明，CTX、NTX與PⅠNP、DPD在女性人群中顯著增高，提示CTX、NTX與PⅠNP、DPD是除了骨密度之外，可以預(yù)測椎骨骨質(zhì)疏松的生化標志物[6]。在對糖尿病腎病患者研究發(fā)現(xiàn)，其腰椎及股骨頸BMD與年齡、血肌酐(Cr)、尿素氮(BUN)、CTX、PTH成負相關(guān)，與血Ca、25-0H-D、BGP、PⅠNP成正相關(guān)，提示25-0H-D、BGP、PⅠNP、CTX、PTH可以作為骨代謝變化的早期指標，并為糖尿病腎病患者骨質(zhì)疏松癥的早期診斷提供依據(jù)[7]。Moqhaddam[8]研究發(fā)現(xiàn)，血清TRACP-5b和CTX的特征性變化能夠反映骨折的愈合情況，可以用來監(jiān)測骨折愈合的療效。

2 新的骨轉(zhuǎn)換生化標志物

在骨形成和骨吸收代謝過程中產(chǎn)生了一些生物因子。其中，傳統(tǒng)骨轉(zhuǎn)換生化標志物就是在臨床上對骨形成和骨吸收有明確影響的生物因子。另有一些因子，即新的骨轉(zhuǎn)換生化標志物，也能夠反映骨形成和骨吸收過程，但是尚未得到臨床上的廣泛證實，這些因子就是我們要研究的。下面將對這些新骨轉(zhuǎn)換生化標志物在骨代謝疾病方面的研究及其進展進行討論。

2.1 骨唾液酸蛋白(Bone sialoprotein BSP)

BSP是一種由成骨細胞、破骨細胞以及與骨骼相關(guān)細胞合成的分子量為70～80kD的非膠原蛋白。它約占骨中非膠原蛋白量5%～10%，與骨橋蛋白、牙基質(zhì)蛋白-1、牙質(zhì)唾液酸蛋白和細胞外基質(zhì)磷酸糖蛋白同屬于SIBLINGs分泌蛋白家族，對骨的發(fā)育、改建、修復(fù)等具有重要調(diào)節(jié)作用[9]。在一些骨代謝性疾病，如多發(fā)性骨髓瘤、無癥狀或良性甲狀旁腺機能亢進癥、Pagets病以及骨轉(zhuǎn)移瘤病人中，血清BSP水平可明顯升高。國內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)BSP不僅能夠促進成骨細胞的分化和礦化，還能誘導(dǎo)成骨細胞和破骨細胞的黏附，增強骨吸收活性，提示BSP的血清水平可以作為骨代謝疾病的一個潛在的診斷指標[10]。Bouleftour[11]通過BSP基因敲除小鼠與正常小鼠對比發(fā)現(xiàn)BSP基因敲除小鼠出現(xiàn)短骨的變長和骨轉(zhuǎn)換的降低，說明BSP在骨重建中起重要作用。BSP不僅在骨代謝疾病方面有重要作用，在癌癥并發(fā)骨轉(zhuǎn)移時亦有顯著意義。鄧立春[12]研究表明，血清BSP與NTX水平的升高在前列腺癌發(fā)生骨轉(zhuǎn)移時有重要的預(yù)測意義。所以有研究者認為BSP是一種可用于評價腫瘤骨轉(zhuǎn)移早期、獨立的標志物，并且是最有希望成為監(jiān)測癌癥靶向治療的骨轉(zhuǎn)移生化標志物[13]。

2.2 骨膜蛋白(Periostin POSTN)

骨膜蛋白又稱骨特異性因子2(osteoblast-specific factor，OSF)，是一種新發(fā)現(xiàn)的高分子糖蛋白，相對分子量約為9.0×104kD。它是成骨細胞及其前體細胞的黏附分子，在成骨細胞的募集、附著和播散過程中發(fā)揮作用。在骨組織中，骨膜蛋白在骨膜強表達，但是在骨重建活躍的成骨細胞并不表達，間接地參與骨形成和骨修復(fù)過程；現(xiàn)已證實，骨膜蛋白是前成骨細胞的特異性標志物[14]。目前尚無生化標志物用來評估骨膜代謝，但是相關(guān)研究認為，骨膜蛋白有可能成為反映骨膜新陳代謝的生物學(xué)標志物[15]。最近的研究發(fā)現(xiàn)，高血清骨膜蛋白水平與絕經(jīng)后婦女骨折風(fēng)險增加有關(guān)，監(jiān)測血清骨膜蛋白水平有助于評估骨折風(fēng)險[16，17]。但是Anastasilakis等[18]通過唑來膦酸治療絕經(jīng)后婦女發(fā)現(xiàn)，血清骨膜蛋白水平在骨量正常組和骨量減少組之間無明顯變化，說明骨膜蛋白與骨折風(fēng)險無關(guān)聯(lián)。因此，骨膜蛋白在監(jiān)測骨折風(fēng)險方面仍需要進一步的探索。國內(nèi)外研究[19，20]發(fā)現(xiàn)骨膜蛋白主要表達于富含膠原蛋白的纖維結(jié)締組織中，并不局限于骨，在牙周膜、心臟瓣膜和肌腱中也有表達，所以在冠心病、牙周病、腫瘤方面也有一定的應(yīng)用。

2.3 骨硬化蛋白(sclerostin SO)

骨硬化蛋白又稱硬骨素、骨硬化素，是一種含有胱氨酸結(jié)構(gòu)的分泌型糖蛋白，是致病基因SOST(sclerosteosis,SOST)的表達產(chǎn)物，在調(diào)節(jié)骨重建過程起著重要作用。研究表明，骨硬化蛋白調(diào)節(jié)前成骨細胞增殖、分化與凋亡，抑制成骨細胞的分化與礦化，對骨形成呈負調(diào)控，是骨礦化過程的一個重要調(diào)節(jié)因子[21]。Xu[22]對650名絕經(jīng)后中國婦女研究發(fā)現(xiàn)，骨質(zhì)疏松組血清骨硬化蛋白水平高于骨量正常組，血清骨硬化蛋白水平與腰椎骨密度呈負相關(guān)，說明骨硬化蛋白可能參與絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病機制，并在骨代謝中發(fā)揮重要作用。還有研究發(fā)現(xiàn)血清骨硬化蛋白水平與血清雌二醇含量呈負相關(guān)，提示絕經(jīng)后婦女發(fā)生骨代謝負平衡，與雌激素水平的驟降引起SOST表達上調(diào)，致使骨硬化蛋白分泌增多有關(guān)[23]。另外，血清骨硬化蛋白水平與骨大小、密度和強度呈負相關(guān)[24]。另有對SOST基因敲除小鼠與正常小鼠對比發(fā)現(xiàn)，SOST基因敲除小鼠的骨密度顯著增加，骨形成速率和骨骼強度也明顯增加，進一步證實骨硬化蛋白抑制骨形成[25]。還有研究認為骨硬化蛋白在2型糖尿病骨質(zhì)疏松癥患者中，可以作為一個骨代謝活動增加的標志物[26]。骨膜蛋白不僅與骨代謝密切相關(guān)，與骨折發(fā)生的風(fēng)險也有一定的關(guān)系。Ardawi等[27]通過跟蹤隨訪(5.2±1.3年)707例絕經(jīng)后女性發(fā)現(xiàn)，血清骨硬化蛋白濃度較高的患者，發(fā)生骨質(zhì)疏松性骨折風(fēng)險較高。鑒于此，骨硬化蛋白抗體制劑通過減少對成骨細胞的抑制，使骨形成增加，從而增加骨密度，為骨質(zhì)疏松癥的治療提供了另一種新思路。Tian等[28]利用骨硬化蛋白抗體治療后肢制動的小鼠，結(jié)果證明可以增加骨量，抑制骨吸收。對獼猴動物模型的觀察實驗也證實了，骨硬化蛋白單克隆抗體能促進骨形成，增加骨密度[29]。Virk等[30]通過對照實驗發(fā)現(xiàn)骨硬化蛋白單克隆抗體能夠促進骨形成，對骨折有重要的修復(fù)作用。

2.4 組織蛋白酶K(Cathepsin K，Cat K)

組織蛋白酶K具有蛋白水解酶的作用，是木瓜蛋白酶家族中的半胱氨酸蛋白酶的一種。Cat K于1994年首次發(fā)現(xiàn)，是反映骨吸收方面的生物學(xué)標志物[31]。Cat K參與骨吸收并發(fā)揮關(guān)鍵作用的酶，它在破骨細胞中高度表達，導(dǎo)致破骨細胞代謝增強、骨吸收加快，最終造成骨質(zhì)疏松癥。與Cat K基因敲除小鼠所致的骨硬化癥表現(xiàn)型相同，人類Cat K基因表達的變異也會導(dǎo)致致密性成骨不全癥，這是一種常染色體隱性遺傳病，最終導(dǎo)致骨質(zhì)疏松和骨脆性增加[32]。林一峰等[33]研究認為Cat K的過度表達是導(dǎo)致骨密度下降的重要原因，是骨質(zhì)疏松癥發(fā)生的潛在危險因子。李明慧等[34]研究發(fā)現(xiàn)，甘草附子湯通過下調(diào)破骨細胞Cat K的表達，來抑制去卵巢大鼠骨組織中成骨細胞I型膠原蛋白的降解，增加骨小梁的數(shù)量，改善骨小梁的結(jié)構(gòu)，減低骨的轉(zhuǎn)換率，從而可能預(yù)防絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥。另有研究表明，絕經(jīng)后婦女低骨量患者血清Cat K增加，進一步說明了Cat K能引起骨吸收增加[35]。Jahn[36]通過唑來膦酸治療后發(fā)現(xiàn)，絕經(jīng)后婦女骨質(zhì)疏松癥患者血清Cat K水平降低，說明Cat K可以監(jiān)測雙膦酸鹽類藥物的療效。國外對Cat K基因敲除小鼠研究發(fā)現(xiàn)，骨組織活檢表現(xiàn)為骨吸收障礙，骨形成保持不變或增加，說明Cat K在骨吸收過程中占有重要地位[37]。鑒于Cat K在骨吸收過程中的促進作用，目前已有組織蛋白酶K抑制劑開發(fā)出來，臨床試驗中有：relacatib(SB-462795)、巴利卡替(Balicatib，AAE-581)、ONO-5334、ODN(MK-0822)等。其中巴利卡替與雙膦酸鹽類藥物相比，其優(yōu)勢在于除了抑制骨吸收同時也刺激骨形成[38]，而且口服劑量可以耐受。Eastell等[39]研究也顯示了ONO-5334可減少骨吸收，但對骨形成或者破骨細胞活性沒有明顯作用。

2.5 破骨細胞抑制性凝集素(Osteoclasst inhibitory lectin, OCIL)

OCIL是由成骨細胞系/基質(zhì)細胞譜系表達，是一種新近發(fā)現(xiàn)的對骨吸收起抑制作用的Ⅱ型跨膜蛋白。Zhou等[40]在小鼠成骨細胞中首次發(fā)現(xiàn)OCIL，并且認為OCIL可能是獨立于RANKL/OPG系統(tǒng)外，調(diào)節(jié)破骨細胞發(fā)育和骨吸收的又一條作用通路。Yun研究[41]表明OCIL抑制破骨細胞形成，同時還抑制破骨細胞的活動。目前，對OCIL抑制破骨細胞分化的機制了解較少，有研究發(fā)現(xiàn)在大鼠UMR106細胞、大鼠頭顱骨原代培養(yǎng)的成骨細胞和小鼠MC3T3-E1細胞PTHrp(1-34)可以增加OCIL的表達[42]，而SP1蛋白家族參與了OCIL轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)[43]。劉瑞等[44]通過基因工程的方法成功獲得了OCIL胞外段重組蛋白，為進一步研究OCIL調(diào)控破骨細胞骨吸收的分子機制奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。由于臨床上對骨質(zhì)疏松、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和腫瘤骨轉(zhuǎn)移等所致的嚴重骨量丟失仍無較好的治療方案，OCIL的發(fā)現(xiàn)，為骨代謝疾病的治療提供了一個新的研究方向。

2.6 成纖維細胞生長因子23(FGF-23)

FGF-23是新近發(fā)現(xiàn)的主要由成骨細胞分泌的內(nèi)分泌因子，其作用于腎臟，主要功能是抑制維生素D的合成及腎小管磷酸鹽的重吸收。FGF-23水平與慢性腎病、心血管病、骨質(zhì)疏松癥有關(guān)。FGF-23水平升高能夠降低活性維生素D水平，另一方面，活性維生素D的減少又會導(dǎo)致FGF-23生成增加[45，46]，而過度表達FGF-23的小鼠中皮質(zhì)骨及骨小梁密度均降低[47]。鑒于FGF-23在調(diào)節(jié)體內(nèi)磷酸鹽平衡的重要性，它有可能作為骨轉(zhuǎn)換生化指標來評價骨強度和骨折風(fēng)險。Mirza 等[48]對2868例瑞典老年男性(平均年齡75歲)超過3年研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF-23基線水平的增加與骨折風(fēng)險升高相關(guān)，說明FGF-23是一種新型的老年人骨折風(fēng)險預(yù)測指標。另有研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF-23與骨折風(fēng)險在整體人群中無明顯的聯(lián)系，但在腎功能受損人群中，F(xiàn)GF-23的水平升高，則有雙重骨折風(fēng)險[49]。

3 展望

最近發(fā)現(xiàn)的骨轉(zhuǎn)換生化標志物中，特別是骨硬化蛋白和組織蛋白酶K，在骨質(zhì)疏松癥和骨代謝疾病方面已經(jīng)開展了不少的臨床研究，并且有一部分抗骨質(zhì)疏松藥物開發(fā)出來。但是這些新的骨轉(zhuǎn)換生化標志物較傳統(tǒng)的骨轉(zhuǎn)換生化標志物，在反映骨重建靈敏性、特異性、穩(wěn)定性方面還缺乏強有力的證據(jù)，這就需要完善更多的研究試驗。總之，在以后的研究中，需要我們不斷發(fā)現(xiàn)更新的生物學(xué)標志物，為骨代謝疾病的診斷、治療、療效監(jiān)測、骨折發(fā)生風(fēng)險等方面提供更好的監(jiān)測指標。