甲狀旁腺素相關肽治療絕經后骨質疏松癥的研究進展

劉佳 高艷虹

上海交通大學醫學院附屬新華醫院老年科，上海 200092

絕經后骨質疏松癥(postmenopausal osteoporosis，PMO)是由雌激素缺乏引起的以骨量減少、骨組織結構變化以及骨強度降低為特點的一種全身代謝性疾病，是骨質疏松癥中最常見的類型，主要發生在絕經后5～10年婦女[1]。由于骨強度降低，增加了絕經后婦女骨折風險。其中最常見的是脆性骨折，常發生在髖關節、股骨或脊柱的非外傷或輕度創傷情況下，導致疼痛、畸形、功能障礙甚至死亡。而與骨質疏松相關骨折的高發病率和死亡率也給患者和社會帶來沉重的經濟負擔[2]。絕經后骨質疏松癥患者的治療需要抑制骨吸收和/或促進骨形成，進而來提高骨密度，減少脆性骨折的發生。目前治療絕經后骨質疏松癥的藥物如雙膦酸鹽類、迪諾單抗、選擇性雌激素受體拮抗劑、降鈣素和雌激素類主要通過抑制破骨細胞活性減少骨吸收，而批準臨床應用的甲狀旁腺素類促骨形成藥物特立帕肽，因其潛在的誘發骨肉瘤風險，美國食品藥品管理局(Food and Drug Administration，FDA)限制用藥不可超過24個月，作用有限，亟待出現一些新興的藥物來防治骨質疏松癥[3]。國內外一些研究發現，PTHrp有類似PTH促進骨形成的作用，在針對性地治療絕經后骨質疏松癥人群中成為熱點。相關藥物Abaloparatide作為新型骨形成促進劑，表現出了比特立帕胺更好的臨床應用前景。該藥于2017年4月28日獲FDA批準上市，用于治療有高骨折風險的絕經后骨質疏松癥患者[4]。本文對PTHrp的研究進展做一綜述。

1 PTHrp簡介

PTHrP是一種內源性物質，最初是由Burtis等于1987年在惡性腫瘤伴高鈣血癥的患者中發現的[5]。PTHrp分布范圍廣泛，在正常成人和胎兒體內許多組織器官如肺、心、腎、骨、腦、皮膚、乳腺、胰島等均有所表達。其NH2末端的36個氨基酸與PTH在氨基酸序列及空間構象上有很高的同源性，兩者均能與共同的受體PTH/PTHrp受體-1相結合，發揮促進骨形成的作用[6]。盡管如此，PTH和PTHrp在鈣調節的作用方面存在區別，PTH主要通過內分泌的方式調節鈣穩態，而PTHrp能通過旁分泌、自分泌或胞內分泌等多種方式調節鈣離子的內環境穩態[7]。另外，PTH與PTHrp不是同一個基因編碼產物，PTHrp的NH2末端1-13位的氨基酸與PTH在一級序列上有70%的同源性，14-36位與PTH在立體空間結構上具有同源性[8]。PTH對骨代謝有雙向調節作用，生理性甲狀旁腺素連續分泌可導致骨分解代謝作用，促進溶骨，升高血鈣；而體外低劑量間歇給藥可促進骨合成代謝[9]。而PTHrp(1-36)只選擇性地刺激骨形成，而不促進骨吸收，甚至有降低骨吸收的作用[10]。利用這一特點，目前人工合成了一系列NH2端不同長度的多肽，主要包括PTHrp 1-31，PTHrp 1-34，PTHrp 1-36等片段。PTHrp不同片段具有有不同功能，N-末端PTHrp(1-36)通過與PTH 1R結合，維持機體內骨骼和腎臟中鈣磷平衡來發揮鈣調激素樣作用；中段區域序列PTHrp(37-86)，主要調控胎盤鈣離子的轉運；核定位序列PTHrp(87-107)，能轉位進入細胞核，發揮胞內分泌功能，刺激細胞的增殖和抑制細胞的凋亡；而C-末端PTHrp(108-139)通過抑制破骨細胞起到促進骨吸收的作用[11]。其中PTHrp 1-34是目前研究較多的片段之一，相關藥物Abaloparatide是人工合成的PTHrP 1-34類似物，其分子結構中有76%的氨基酸序列與人PTHrP(1-34)同源以及41%的氨基酸與人PTH(1-34)同源[12]。與特立帕肽類似，Abaloparatide是一種甲狀旁腺素類1受體(PTH1R)激動劑。由于比特立帕肽能更高選擇性地結合PTH1R的構象，可導致刺激骨形成作用大于骨吸收作用，因此表現出更大的凈合成代謝作用[13]。

2 PTHrp的作用機制

PTHrp主要通過激活Ⅰ型PTH/PTHrp受體(PTH 1R)發揮作用，PTH 1R是G蛋白偶聯受體超家族的一員，參與多條信號傳導途徑達到調控骨代謝的作用。PTHrp與成骨細胞表面表達的PTH 1R特異性結合，一方面能活化環磷酸腺苷依賴的蛋白激酶A；另一方面激活鈣依賴的蛋白激酶C/磷脂酶C，通過這兩條信號傳導通路，進一步誘導成骨細胞增殖和分化，達到影響骨形成的作用[14]。

最近研究表明PTHrP還參與調節經典Wnt/β連環蛋白信號通路，通過影響核因子κB受體活化因子配體(receptor activator for nuclear factor-κ B ligand, RANKL)和護骨素(osteoprotegerin，OPG)的表達，抑制破骨細胞骨吸收活性[15]；同時Calvo等的研究發現，PTHrp可以通過細胞分裂素活化蛋白激酶，細胞外信號調節激酶以及磷酸酰肌醇酸三激酶等信號傳導途徑影響成骨細胞分化標記蛋白的表達，影響成骨細胞的功能[16]。同時，研究證明PTHrp通過與PTH1R結合，可刺激胰島素生長因子-1和轉化生長因子等細胞生長因子的形成，促進骨合成代謝[17]。但也有研究發現PTHrp可刺激成骨細胞分泌白介素-6和白介素-11等溶骨性細胞因子，促進破骨細胞的形成及活性[18]。此外，有不少研究發現，PTHrp與其他因子也有復雜的調控作用，其中Indian hedgehog是骨發育過程中重要的調節因子，其參與的信號通路可以通過負反饋作用上調PTHrp的表達從而影響骨代謝作用[19]；而PTHrp還可通過下調骨形態發生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)，抑制成骨細胞的分化[20]。由此可見，PTHrp的作用機制復雜，PTHrp主要通過與受體(PTH1R)結合發揮作用，影響多個成骨相關的信號通路或骨細胞調節因子的表達。

3 PTHrp的臨床前研究

3.1 PTHrp在細胞水平的基礎研究

PTHrp對成骨細胞的作用主要表現在可參與成骨細胞的增殖、分化和凋亡，促進成骨細胞的活化，對骨形成作用進行調控。體內試驗發現敲除PTHrp基因的小鼠表現為過早死亡，骨量減少，成骨細胞增殖分化減少以及凋亡增多，而這種抑制成骨細胞和骨細胞凋亡的影響可通過間歇性給予PTH/PTHrp來逆轉[21]。PTHrp能促進成骨細胞的召募并阻止成骨細胞和骨細胞的凋亡，不僅能促進已定型的前成骨細胞的分化，而且對成熟的成骨細胞和骨細胞的存活有促進作用。此外，國內一項研究發現間歇對間充質干細胞施加PTHrp后，能促進成骨細胞表型的分化，并可增加其礦化作用[22]。

PTHrp除上述成骨作用又有破骨作用，PTHrp一方面可通過與破骨細胞表面受體PTH 1R結合，直接作用于破骨細胞，促進骨溶解；另一方面可通過刺激成骨細胞的旁分泌作用，間接激活破骨細胞，從而誘導骨吸收作用。近期有研究表明，將轉基因小鼠成骨細胞中的PTHrp敲除后，其破骨細胞形成數量減少，可能是由于敲除PTHrp后阻礙了成骨細胞促破骨細胞生成的作用[23]；

陶慧人等[24]的研究發現PTHrp可誘導破骨細胞形成，而且破骨細胞形成數目與甲狀旁腺素相關肽的劑量呈正相關。

3.2 PTHrp的動物試驗研究

臨床前動物試驗證實了PTHrp能有效促進骨形成，改善骨骼微結構，增加骨量及骨密度，從而提高骨強度。在國內一項去卵巢小鼠的骨質疏松模型中，發現一種新型人甲狀旁腺素相關肽(8 L-hPTH)相對于甲狀旁腺素，不僅能顯著增加腰椎及股骨骨密度，而且能以劑量依賴性的方式增加骨小梁的寬度，改善骨骼微結構，說明8 L-PTH在增加骨形成及抑制骨吸收方面要優于hPTH(1-34)[25]。同時徐進等[26]關于PTHrp1-34片段對去卵巢大鼠骨質疏松作用的研究，發現PTHrp1-34能刺激成骨細胞的活性，提高血清中骨鈣素(osteocalcin，OC)及胰島素樣生長因子-1水平，并能增加股骨和腰椎骨密度，對去卵巢大鼠所引起的骨質疏松有效。Varela等[27-28]通過建立年長雌性去卵巢食蟹猴的骨質疏松模型，評估PTHrp1-34對骨代謝指標、骨密度及骨強度的影響，該研究選取年齡在9周歲以上的雌性食蟹猴為試驗對象，將它們隨機分為5組，其中4組接受去卵巢手術，另外一組施行假手術，術后9個月后去卵巢手術組分別給予PTHrp 1-34 2、10、50 μg/kg或安慰劑處理，假手術組給予安慰劑處理。結果顯示經過不同劑量PTHrp 1-34處理16個月后，食蟹猴的骨形成標志物均顯著增加而骨吸收標志物不變，相應脊柱和股骨頸的骨密度水平也有明顯升高。對脊柱及股骨的組織形態學檢查發現，與對照組相比，PTHrp劑量水平為10和50 μg /kg的試驗組，胸十二椎體、第六腰椎以及股骨遠端的骨小梁微結構得到了明顯改善，同時高劑量試驗組的皮質內骨形成率等骨皮質微結構參數增加。上述結果顯示PTHrp對促進骨形成有一定的效果，能在一定程度上逆轉雌激素缺乏引起的骨量丟失，且可以改善骨小梁和骨皮質的微結構，增加骨的機械強度。Hattersley等[29]在其他動物身上也進行了類似研究，通過選取6月齡去卵巢大鼠來建立骨質疏松的模型，進而評估PTHrp1-34治療1年后，大鼠骨密度和骨強度的變化。在治療初期可觀察到，腰椎及股骨的骨密度呈劑量依賴性增加，其中股骨干骺端的骨密度增加迅速并很快恢復至手術前水平。治療終止時，與去勢安慰劑對照組相比，由雙能X線骨密度儀(DXA)測得的骨密度指標以及pQCT測得的骨幾何參數也有明顯改善，其中測得脛骨干骺端的骨密度在10、50、250 μg/kg組分別較基線水平增加了73%、164%和428%。PTHrp1-34能顯著增加骨強度，而且骨強度的增加與骨密度、骨礦含量和皮質厚度密切相關，與去勢對照組相比，高劑量試驗組股骨頸、股骨中段及腰椎椎體的峰值骨量相應增加了90%、49%和172%。上述研究發現PTHrp1-34可顯著增加去卵巢大鼠的骨量、骨形成標志物以及骨強度，而對骨吸收標志物及血鈣水平無明顯影響。Chouinard等[30]在以上動物試驗的基礎上關注了PTHrp1-34對骨組織形態學的改變，發現PTHrp 1-34能增加骨小梁數量和厚度，減少骨小梁分離度，改善骨小梁及皮質骨的微結構參數，但并不直接影響破骨細胞表面。

4 PTHrp的臨床研究

目前臨床研究主要在絕經后骨質疏松婦女中展開，相關藥物Abaloparatide能有效增加脊柱及髖骨的骨密度、改善骨轉換標志物、降低骨折發生風險，在臨床研究中表現出相對較好的安全性。

4.1 對骨密度及骨代謝指標的影響

在最初的臨床試驗中，16名健康絕經后骨質疏松婦女隨機接受每日皮下注射PTHrP 1-36或安慰劑治療3個月，腰椎骨密度相對基線水平升高4.7%，骨形成標志物增加，而骨吸收標志物未見明顯變化，這表明PTHrP 1-36能選擇性地刺激骨形成，而促進骨吸收并不明顯[31]。在一項多中心、隨機對照雙盲的二期臨床研究中，222名年齡在55～85歲的絕經后骨質疏松婦女，每日接受皮下注射Abaloparatide 20、40、80 μg，特立帕肽20μg或安慰劑治療24周后，觀察她們骨密度相對基線水平的變化，結果顯示Abaloparatide治療組的骨密度在腰椎、股骨頸及髖部均有顯著增加，且呈劑量依賴性增加；其中皮下注射高劑量Abaloparatide組腰椎BMD相對基線水平提高了6.7%，股骨頸提高了3.1%，明顯高于安慰劑組和特立帕肽組；而且40μg 和80μg 皮下注射Abaloparatide組改善全髖骨密度的作用明顯優于特立帕肽(0.5%)組。上述結果證實了Abaloparatide可有效增加骨密度，且在皮質部位(全髖關節)表現出優越的骨合成代謝活性，說明Abaloparatide對提高絕經后骨質疏松癥患者的骨密度有一定的效果。同時，Abaloparatide能升高骨轉換標志物水平，上述研究發現，Abaloparatide高劑量組在研究初始(1周左右)時，骨形成標志物如血清Ⅰ型N末端前肽(procollagen type1 amino-terminal propeptide，PINP)和骨鈣素水平即呈顯著的劑量依賴性增加，在研究終止(24周)時，各劑量Abaloparatide組PINP和OC均顯著高于安慰劑組。骨吸收標志物Ⅰ型膠原羧基端肽(C terminal peptide，CTX)在治療12周后較基線水平有所增加，且在特立帕肽組顯著高于各劑量Abaloparatide組，其中高劑量Abaloparatide組 CTX未呈現線性增長趨勢[32]。在一項名為ACTIVE評估骨折風險的三期臨床研究中，同樣發現相對于安慰劑對照組，Abaloparatide 80μg在治療期間能有效增加腰椎、全髖及股骨頸的骨密度。此外，Abaloparatide 80 μg和特立帕肽20 μg 還能增加骨形成標志物PINP水平；雖然Abaloparatide同時能增加骨吸收標志物CTX水平，但相對特立帕肽組作用較弱，其中在6、1 218個月比特立帕肽組減少了46%、56%和69%的增長幅度，這預示Abaloparatide對骨吸收的刺激作用小，相比特立帕肽可表現出更大的凈合成作用[33]。

4.2 與骨折風險性的關系

絕經后骨質疏松癥極易引起骨強度降低，導致抗骨折能力下降，從而使骨折危險性增加，因此降低骨折風險是評價抗骨質疏松藥物有效性的關鍵指標。Miller等[33]的三期臨床研究，主要在10個國家的28個研究中心展開，研究對象包括2463例絕經后骨質疏松性骨折高風險的女性患者(平均年齡69歲，腰椎平均T評分為-2.9)，其中16.3%的患者曾發生過1次椎體骨折，28.2%的患者有過2例及以上的椎體骨折，46.8%例的患者至少發生過1次非椎體骨折，她們隨機接受每日皮下注射Abaloparatide 80 μg，特立帕肽20 μg或安慰劑治療18個月后，相應的新椎體骨折發生率分別為 0.58%，0.84%和4.22%，與安慰劑相比，Abaloparatide 組和特立帕肽組分別降低了86%和80%的新發椎體骨折風險。此外，Abaloparatide還能降低非椎體骨折，總的臨床骨折和主要骨質疏松性骨折的發生風險，其中非椎體骨折發生率減少43%，骨質疏松性骨折發生率減少67%。Cosman等[34]的臨床研究關于骨折發生風險，進一步針對不同基線水平危險因素進行了亞組分析，其中基線水平風險因素按照骨密度T評分(≤-2.5，-2.5～-3.0，>-3.0)，年齡(<65，65～75，>75)，是否有影像學確診的椎體骨折以及是否有非椎體骨折發生史分組，結果顯示Abaloparatide在各亞組中結果保持一致，均能有效降低新發形態學椎體骨折及非椎體骨折的發生率，說明Abaloparatide在排除年齡和其他各種因素基線水平不同的影響，可以作為預防骨折的有效保護因素，更廣泛地應用于絕經后骨質疏松癥婦女，降低絕經后骨質疏松性骨折。

4.3 安全性和耐受性

現有臨床研究同時關注了Abaloparatide的安全性問題，數據表明皮下注射Abaloparatide的一般耐受性良好。在上述二期臨床研究中，與安慰劑以及特立帕肽相比，Abaloparatide并沒有增加與臨床治療相關的不良反應發生率；絕大部分注射部位不良反應的程度也較輕，在Abaloparatide和特立帕肽治療組的發生率相似；其中嚴重不良反應包括胸背痛、腹水、卵巢癌、暈厥、關節痛等，但沒有直接證據證明這些嚴重不良反應與Abaloparatide存在必然聯系。三期臨床研究ACTIVE中，相關藥物不良反應、嚴重不良反應以及不良反應導致死亡事件的發生率在各治療組間均未見明顯差異；由不良反應導致試驗終止的事件在Abaloparatide組較安慰劑組(6.1%)更常出現，Abaloparatide和特立帕肽的發生率分別為9.9 %和6.8 %，而眩暈、心悸、頭痛等作為主要原因，但這些反應都被認為是溫和的、不嚴重的。此外，上述兩項臨床研究均發現Abaloparatide組高鈣血癥的發生率顯著低于特立帕肽組，差異有顯著統計學意義；而且目前尚無研究證據表明由Abaloparatide治療引起高鈣血癥能增加心血管疾病的風險[23]。在PTHrp與腫瘤發生發展的相關文獻中指出，PTHrp作為一種細胞因子可以刺激腫瘤細胞的增殖和抑制其凋亡，其表達異常可引起多種惡性腫瘤的發病以及骨轉移，因此擔心其潛在的致癌作用[35]。然而在目前的臨床研究中尚未出現有類似特立帕肽誘發骨肉瘤發生的病例報道，因此仍需要進一步的研究以評估長期的安全性問題。

5 小結

動物實驗研究及臨床研究都表明PTHrp在骨質疏松癥方面具有較好的臨床應用前景。其新型生物合成制劑Abaloparatide相比特立帕肽，在未增加不良反應的基礎上，能顯著地增加骨密度、降低骨折風險。鑒于其良好的成骨活性，目前已被推薦開發應用于臨床治療絕經后婦女骨質疏松癥。但其長期應用的不良反應及是否與腫瘤發生有關等問題尚無定論，期待未來的進一步研究證據。