糖皮質激素誘導骨質疏松的機制和治療進展

王保平 賈紅蔚 鄭紡 朱梅

1天津醫科大學總醫院內分泌代謝科（天津300052）；2天津中醫藥大學中西醫結合學院（天津 300193）

長期使用糖皮質激素（glucocorticoids，GCs）造成的骨質疏松（glucocorticoid?induced osteoporosis，GIOP）是GCs應用的最嚴重的副作用，也是繼發性骨質疏松最常見的原因［1］。應用GCs的患者中30%～50%會發生骨折，在使用GCs治療的前3個月內，骨密度（BMD）顯著下降之前，骨折的風險即已增加75%［2］。BMD的下降幅度在GCs開始治療的3～6個月達高峰，然后緩慢平穩下降。GCs治療早期BMD的迅速下降是由于破骨細胞活性增加造成骨吸收增加，而遠期BMD的緩慢下降與成骨細胞數量和功能的下降而導致骨形成降低有關［3］。GIOP發生與GCs使用劑量和療程密切相關，但有文獻［4］指出，GCs沒有安全界值，即使潑尼松每日劑量2.5～7.5 mg的人群中同樣可以發生GIOP，吸入的 GCs亦可引起 GIOP［5］。本文就GIOP 的分子機制及治療做一綜述。

1 GIOP的分子機制

GCs引起GIOP的機制復雜：包括抑制成骨細胞的增殖和分化；增加成熟成骨細胞和骨細胞的凋亡；延長破骨細胞的壽命和活性等，促進骨吸收［6］等。

1.1 抑制骨髓間充質干細胞的成骨分化 骨髓間充質干細胞（bone mesenchymal stem cells，BMSCs）是位于骨髓腔內的成體干細胞，具有自我更新和多向分化的能力。在不同的誘導因素作用下，可分化為成骨細胞、脂肪細胞、軟骨細胞等，是成骨細胞的重要來源。Wnt/β連環蛋白（β?catenin）信號通路是調控BMSCs向成熟成骨細胞分化的重要通路之一。當Wnt蛋白與膜受體卷曲蛋白（Frizzled，Fz）、低密度脂蛋白受體相關蛋白5/6（low density lipopro?tein receptor?related 5/6，LRP5/6）結合后，抑制糖原合成激酶3β（glycogen synthase kinase?3β，GSK?3β）的活性，使磷酸化的β?catenin增加，從而進入核內，增加T細胞轉錄因子（T?cell?specific transcription factor，TCF）/淋巴增強因子 1（lymphoid enhancing factor 1，LEF1）轉錄活性，激活調控成骨分化相關基因如Runt相關轉錄因子2（runt?related tran?scription factor 2，Runx2）、骨鈣素等的表達［7］。首先，過量GCs通過上調Wnt拮抗分子，包括重組人Dickkopf相關蛋白 1（recombinant human Dickkopf?related protein 1，DKK?1）和骨硬化素（sclerostin）的表達，抑制成熟骨細胞Wnt/β?catenin信號通路活性，使BMSCs向脂肪細胞分化，減少成骨細胞生成［8］。其次，過量GCs還可上調過氧化物酶體增殖物激活受體γ2（peroxidase proliferation receptors，PPARγ 2），抑制成骨轉錄因子Runx2和活化蛋白從而促進BMSCs向脂肪細胞分化［9］。過量的GCs可以調節多種MicroRNA（miRNA）的表達，包括miR?29a，miR?106b ，miR?34A?5P和miR?199a?5p，進而影響成骨細胞的分化。過多的GCs通過降低miR?29a的表達，提高了組蛋白去乙酰化酶4（histone deacetylase 4，HDAC4）表達，后者能降低乙酰化的Runx2和β?catenin水平，提高核因子κB受體活化因子配體（re?ceptor activator for nuclear factor?κB ligand，RANKL）水平，從而抑制成骨細胞的分化［10］。GCs還能上調 miR?34a?5p 和miR?106b的表達，上調的miR?34a?5p減少細胞周期相關蛋白，包括周期蛋白依賴性激酶4（cyclin?dependent kinase 4，CDK4），CDK6，和G1/S?特異性周期蛋白?D1（Cyclin D1），從而抑制骨髓基質細胞的增殖［11］，而miR?106b通過抑制骨形態蛋白 2（bone morphogenetic protein?2，BMP2）的表達，抑制成骨細胞的分化和骨形成［12］。GCs還能上調miR?199a?5p的表達，降低Wnt2而抑制成骨細胞的分化［13］。

1.2 促進成骨細胞和骨細胞的凋亡 成骨細胞中的半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（caspase）家族蛋白家族的活化，內質網應激，細胞自噬等共同參與了GCs誘導的成骨細胞和骨凋亡過程。caspase?3、caspase?9 同屬于 caspase家族蛋白，caspase?9為凋亡始動子，caspase?3為凋亡效應子，激活后的caspase作用于特異性底物使得細胞凋亡。GCs通過上調caspase?3和caspase?9而使成骨細胞和骨細胞凋亡增加［14］。大劑量GCs還可以增加活性氧自由基含量，通過增加內質網應激，誘導成骨細胞和骨細胞凋亡［8］。過量GCs還可以通過增加硬化蛋白和DKK?1的表達而抑制Wnt信號通路，進而促進成骨細胞的凋亡［15］。自噬機制可以使骨細胞免于GCs誘導的細胞凋亡。研究表明，高劑量的GCs抑制細胞自噬，誘導骨細胞凋亡［16］。

1.3 延長破骨細胞的壽命和促進破骨細胞的分化 破骨細胞的形成與分化受RANKL/核因子κB受體活化因子（receptor activator for nuclear factor?κB，RNAK）信號通路、巨噬細胞集落刺激因子（macrophage colony stimulating fac?tor，M?CSF）信號通路的調節。骨保護素（osteoprotegerin，OPG）是RANK的誘騙受體，能拮抗RANKL與RNAK的結合。過量GCs可增加DKK?1水平而抑制成骨細胞和BM?SCs分泌OPG，使RANKL/OPG比例增高，抑制破骨細胞的凋亡，延長破骨細胞壽命［17］。GCs還可以通過增加骨髓基質細胞和成骨細胞中M?CSF和RANKL而促進破骨細胞的分化［7］。然而隨著GCs治療時間的延長，伴隨著成骨細胞數量減少的同時，RANKL水平下降而導致破骨細胞數量減少。這也部分解釋在GCs治療前3個月骨折風險高而之后骨折風險反而降低［6］。

1.4 對血管的影響 最近的研究［1］提示GCs對骨骼的血管有深遠的影響。動物實驗表明，地塞米松和潑尼松龍可抑制血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的表達，減少骨骼血管生成。GCs也被證明通過內皮素?1而收縮血管，減少血流而導致骨組織間液含量減少和骨骼強度下降［18］。

1.5 其他作用 糖皮質激素可抑制小腸對鈣、磷的吸收和腎小管的鈣重吸收，可能誘發低鈣血癥和甲狀旁腺功能亢進，進而促進破骨細胞的活化、導致骨吸收增加。GCs通過減少雌激素及睪酮的合成進而引起骨質疏松。GCs可以減少蛋白質合成，增加降解，進而使患者的肌肉量和肌力下降。另外，超生理劑量GCs減少I型膠原蛋白和骨鈣素合成，促進I型膠原蛋白分解［9］。

2 GIOP的預防和治療

臨床醫生GCs治療時應選最小有效劑量和適當的療程，并為患者提供生活方式指導，減少GIOP危險因素。

2.1 一般措施 多個指南指出改變生活方式可以更好地控制 GIOP［19?20］。包括均衡飲食，戒煙，避免過度飲酒，定期的負重或耐力運動以預防骨丟失和跌倒，維持正常體重。

2.2 鈣劑和維生素D 所有預期要使用GCs治療≥3個月的患者，不論劑量多少，建議同時補充鈣和維生素D。中華醫學會風濕病學分會建議長期接受GCs治療的患者，聯合使用普通或活性維生素D和鈣劑防治GIOP，每日攝入鈣元素和維生素D總量（包括食物來源）分別為1 200～1 500 mg和800～1 000 U。普通維生素D治療患者血清25?羥維生素D 水平至少達到 50 nmol/L［19］。老年人、腎功能不全及1α?羥化酶缺乏者更適合活性維生素D，包括1，25雙羥維生素D（骨化三醇）和1α羥維生素 D（α?骨化醇），推薦劑量分別為0.25～0.5 μg/d和0.5～1.0 μg/d［19］。

2.3 雙膦酸鹽 雙膦酸鹽可以抑制骨吸收，提高患者腰椎和股骨近端BMD，并降低椎體骨折風險，被許多指南推薦作為GIOP治療的一線藥物［19?20］。需要用藥人群包括絕經后女性和50歲以上男性，具有：確定骨質疏松（T≤-2.5或者有脆性骨折史）；或骨量減少（-2.5≤T≤-1），服用潑尼松≥7.5 mg/日持續3個月以上；或骨量減少，服用潑尼松≤7.5 mg/日，FRAX評估為骨折高風險［21］。對于絕經前女性和年輕男性不推薦雙膦酸鹽治療，需要平衡長期用藥潛在風險性和致畸性［22］。

一線藥物首選阿侖膦酸鈉或者利塞膦酸鈉口服，不能耐受口服制劑的也可以選用靜脈唑來膦酸鈉［19］。雙膦酸鹽不能用于肌酐清除率＜30 mL/min的患者。下頜骨壞死和不典型股骨骨折是雙膦酸鹽治療的兩個罕見的副作用。下頜骨壞死發生率在服用雙膦酸鹽的患者中占十萬分之一到萬分之一，在使用大劑量的靜脈雙膦酸鹽的癌癥患者如乳腺癌或多發性骨髓瘤中發生率要更高［22］。對于有GIOP風險的患者進行雙膦酸鹽治療不推薦進入藥物假期［23］。但有文獻報道，長期雙膦酸鹽類藥物治可引起骨微損傷持續蓄積，進而影響骨小梁結構的完整性而導致骨機械強度下降［24］。

2.4 其他藥物 狄諾塞麥（RANKL的單克隆抗體）和特立帕肽（重組人甲狀旁腺激素）可以考慮用于雙膦酸鹽不耐受或者需要長期治療的患者。狄諾塞麥［25］和特立帕肽［26］均能升高GCs治療患者的腰椎BMD。每周一次特立帕肽能降低雙磷酸鹽治療的GIOP患者的骨折事件和增加患者腰椎BMD［27］，并且能促進成骨細胞的自噬功能進而減少凋亡［28］。VitK2，能增加骨鈣素的谷氨酸殘基的羧化，改善GCs治療引起的骨形成下降［29］，提高GIOP患者的骨轉換［30］。鹿瓜多肽是一種注射液，主要為梅花鹿的骨骼、葫蘆科植物甜瓜種子的提取物。有文獻報道鹿瓜多肽聯合唑來膦酸治療GIOP具有顯著的臨床療效［31］，可明顯緩解疼痛并提高BMD。咖啡酸苯乙酯（caffeic acid phenethyl es?ter，CAPE）是一種核轉錄因子?κB（nucleartranscription factor?κB，NF?κB）的抑制劑，具有抗氧化作用，它可以調節RunX2和RANKL/OPG信號通路從而改善GIOP［32］。

另外還有一些藥物對GIOP有預防和治療作用，但對這些藥物的研究目前僅限于動物實驗。川芎嗪可以通過增加AMP激活的蛋白激酶（AMP activated protein kinase，AMPK）/哺乳動物雷帕霉素靶向基因（mammalian target of rapamycin，mTOR）信號通路，促進BMSCs自噬，從而預防和治療GIOP［33］。β?蛻皮甾酮也可通過活化mTOR，誘導成骨細胞的自噬，從而對GIOP有一定的預防作用［16］。多肽化合物LLP2A與阿倫膦酸鹽（Ale）共價結合形成的LLP2A?Ale，與MSCs表面的的整合素α4β1具有高親和性，能促進MSCs向骨表面遷移和分化，促進骨形成和增加骨量，對GIOP有預防和改善作用［34］。姜黃素是姜黃植物根莖的提取物，具有抗炎和抗氧化等活性。姜黃素可通過減少成骨細胞凋亡，從而改善GIOP，可能與活化細胞外調節激酶通路有關［35］。

3 小結

GCs引起BMD的下降早期與骨吸收增加有關，而遠期與骨形成降低有關。雖然雙膦酸鹽可降低椎體骨折風險，但其主要作用是抑制骨吸收，長期應用會導致骨微損傷蓄積。狄諾塞麥，特立帕肽，VitK2等藥物可改善GCs治療引起的患者骨形成下降，從而改善GIOP。但目前尚待大規模循證研究以為GIOP的預防和治療提供更多選擇。