尿酸對骨質疏松癥骨代謝作用機制的研究進展

孫文婷，閻小萍，陶慶文，張英澤，王 艷，羅 靜，孔維萍?

（1.北京中醫藥大學 研究生院，北京 100029；2.中日友好醫院 中醫風濕病科，北京 100029；3.免疫炎性疾病北京市重點實驗室，北京 100029）

骨質疏松癥是一種以骨量減少和骨組織微結構退化為特征的骨骼疾病，病理表現為骨張力和強度降低，患者脆性骨折的風險增加[1]。在我國，50 歲以上人群骨質疏松癥患病率女性為20.7%、男性為14.4%[2]。骨質疏松癥的主要后果是當骨質結構破壞到達一定程度，骨質由于脆弱而易于骨折，造成患者殘疾甚至死亡，給社會帶來巨大的醫療負擔[3]。尿酸（uric acid，UA）是體內嘌呤代謝的產物，正常狀態下的UA 在血中為可溶性狀態。當UA 產生過多、排泄減少或二者同時存在時，血中UA 升高并達到超飽和狀態，超飽和時UA 易形成針狀微晶體沉積于關節、腎臟等組織中，導致相關疾病的產生[4]。UA 與骨代謝密切相關，在骨質疏松癥發病過程中起重要作用[5]，但UA 對骨質疏松癥骨代謝的具體作用機制目前尚不清楚。本文就近年有關UA 與骨質疏松癥骨代謝的作用機制的新進展進行綜述。

1 UA 與骨質疏松癥關系的臨床證據

已有相當數量的文獻匯評估了臨床上UA 與骨質疏松癥之間的關系，大部分的研究支持可溶狀態下較高水平的UA 與較低的骨質疏松癥患病率相關。一項針對3079例（963 例男性和2116 例女性）40～75 歲國內人群UA 與骨質疏松癥關系的橫斷面研究顯示[6]，UA 與骨密度水平呈顯著正相關，UA 是骨質疏松癥的保護因素。Lin 等[7]對17735 例國內＞50 歲絕經后女性的UA 和骨密度水平進行回顧性研究，發現較高水平的UA 與較高的骨密度水平、T分數和Z 分數相關，認為UA 對絕經后老年女性的骨質疏松癥具有保護作用。同樣，國外近年針對不同地區的研究支持UA 對于骨質疏松癥的保護作用[8～10]。另外，一項納入413 例9～19 歲青年人的橫斷面研究表明，較高水平UA 的青年人骨密度相對更高[11]。Veronese 等[12]對2015年以前探討UA 與骨質疏松癥及骨折相關關系的文獻進行薈萃分析，共納入19 項研究55859 例患者，發現高UA 與較高的骨密度獨立相關，支持UA 在骨骼代謝疾病中的保護作用。但與傳統觀點不同的是，2016年一項美國針對≥65 歲老年人（1963 例男性和2729 例女性）的前瞻性觀察研究[13]發現，UA 水平與男性的髖部骨折呈U 型關聯而與女性無關，認為血清尿酸水平升高（＞6.88mg/dl）與男性髖部骨折風險增加有關。

目前絕大部分臨床研究支持可溶狀態下較高水平的UA 是骨質疏松癥的保護性因素，尤其針對絕經后的老年女性。但目前大部分臨床證據是基于不同樣本量的回顧性研究或者橫斷面研究，證據級別有限。近年來新的前瞻性研究觀察到UA 在男性中髖部的骨保護作用并非呈正相關關系，提示UA 在不同性別中起作用的機制可能不同。

2 UA 與骨質疏松骨代謝體內動物研究

針對UA 與骨質疏松骨代謝的體內研究，現階段文獻報道較少，對于體內層面UA 對骨代謝的影響目前研究尚不充分。Lai 等[14]在關節炎小鼠模型中通過氧嗪酸鹽誘導提高體內UA 水平，同時觀察小鼠關節滑膜病變情況情況，發現與對照組相比，UA 誘導組滑膜中表現為更少的炎性細胞浸潤，且滑膜增生相對減少，軟骨損傷更輕，認為較高水平的UA 在小鼠體內具有抗炎和軟骨保護作用。與此不同的是，魏云霄等[15]通過氧嗪酸鉀和乙胺丁醇誘導建立慢性高UA 大鼠模型，發現隨著時間推移（6 周），高UA 組大鼠體內鈣水平降低，高UA 可使骨代謝水平下降。另一方面，在雄激素作用下，高UA 大鼠與正常UA 對照組相比堿性磷酸酶、鈣顯著降低，認為雄激素可使高UA 大鼠骨代謝水平降低，原因可能與高UA 抑制腎的鈣重吸收有關。Zhang 等[16]在2 組大鼠中模型中研究了慢性高UA 血癥對骨質的影響，結果發現，高UA 組和正常UA 組的大鼠在骨密度和骨生物力學特性方面并無顯著差異，認為高血清尿酸對骨骼無顯著保護作用。從體內研究的角度，盡管構建相應高尿酸血癥的動物模型難度較低，但對于UA 與骨代謝保護機制的體內研究較少，考慮到動物體內實驗與人體內環境及調節機制的差異，UA 在體內對骨代謝作用影響仍需要進一步研究證實。

3 UA 與骨質疏松骨代謝體外細胞研究

UA 與骨代謝機制的體外研究目前集中在對人骨髓間充質干細胞（hBMSC）、破骨細胞及成骨細胞上。2 項新近關于hBMSC 的研究均提示UA 能促進hBMSC 增殖和成骨分化。Li 等[17]通過分離來自6 個健康捐獻者骨髓的hBMSC，外源性添加UA 誘導hBMSC 分化結果發現，與對照組相比，UA 誘導組的鈣結節更多；hBMSC 的增殖呈UA劑量依賴性方式增加；隨著UA 濃度增加，紅色脂肪液泡減少，hBMSC 傾向于向成骨細胞分化；UA 在試驗組最高濃度0.8mmol/L 時未顯示出細胞毒性作用，認為UA 抑制hBMSC 的成脂分化，同時促進增殖和成骨分化，且在非結晶情況下無細胞毒性作用。Liu[18]等也得出類似的結果，且同時檢測到成骨指標堿性磷酸酶有相應增高，進一步證實了UA 對hBMSC 的誘導分化作用。Ahn 等[19]研究了UA 對破骨細胞形成的影響，在巨噬細胞激活因子和核因子kappa-B 配體受體激活因子（RANKL）存在的條件下，使用不同劑量的UA（1.0～10.0mg/dl）處理破骨細胞前體，發現UA 以劑量依賴性方式顯著抑制破骨細胞生成，因此認為UA 在體外具有骨保護作用。但是，Dalbeth 等[20]在人生理濃度UA 范圍內（0.1～0.7mmol/L），設置不同梯度，在體外處理成骨細胞及破骨細胞，結果顯示UA 并未對破骨細胞數量或活性的產生顯著影響，認為在生理濃度下缺乏可溶UA 直接影響骨骼重塑的可靠證據。綜上所述，在體外層面，UA 可以促進hBMSC 增殖和成骨分化；在RANKL 存在下，UA 可以抑制破骨細胞生成；而在生理范圍內，UA 對成骨細胞及破骨細胞的影響不顯著。

4 UA 與骨質疏松骨代謝分子水平研究

UA 與骨代謝分子水平的研究集中在UA 對活性氧（ROS） 相關的抗氧化作用、Wnt3a/β-catenin 信號通路、CBF-alpha-1/Runx2 信號通路及11β-羥基類固醇脫氫酶Ⅰ型酶（11β-HSD1）下調這幾部分。ROS 作為體內主要的氧化物質，可誘導成骨細胞和成骨細胞凋亡，促進破骨細胞形成，導致骨重建和骨丟失的增加[21]。UA 在可溶性狀態下，是體內重要的抗氧化物質，約占血漿抗氧化能力的60%，其主要作用方式是與活性氧（ROS）相互作用，以非酶促反應的方式轉化為尿素氮[22]。研究發現，UA 在減少破骨細胞生成的同時可降低破骨細胞前體中ROS 的含量，發揮抗氧化作用[13]。但Lin 等[7]指出，UA 在降解期間產生的胞內游離氧自由基，可通過與NADPH 氧化酶相互作用進一步增強為超氧化物。這種細胞內氧化應激與UA 誘導的炎性細胞因子一起，反而刺激破骨并抑制成骨細胞的形成。因此，UA 對ROS 相關的抗氧化作用目前仍存在爭議。

Wnt-3a/β-catenin 信號通路是一類由配體蛋白質Wnt和膜蛋白受體結合激發的一組多下游通道的信號轉導途徑，在包括骨代謝等多種疾病發生發展過程中起重要作用。Wnt-3a/β-catenin 途徑可通過多種機制調整骨代謝，阻斷人關節軟骨間充質干細胞（mesenchymal progenitor cells，MPCs）的Wnt3a/β-catenin 通路后，胞內Ⅱ型膠原、凋亡相關蛋白SOX9 表達明顯下調，MPCs 增殖能力提高，反之，激活Wnt3a/β-catenin 通路后，SOX9 表達增加并促進了MPCs 老化，提示Wnt 通路激活可抑制成骨細胞生成以及誘導骨細胞凋亡[23]。在hBMSCs 中發現，Wnt-3a 和βcatenin 隨著UA 濃度的增加而增強[18]。因此，Wnt3a/βcatenin 信號通路在骨代謝中發揮重要作用。

與Wnt-3a/β-catenin 通路類似，hBMSCs 中CBF-alpha-1/Runx2 信號通路相關蛋白表達隨著UA 呈時間和濃度依賴性升高，且ALP 表達水平相應增加[18]。CBF-alpha-1在調節軟骨細胞、成骨細胞成熟、破骨細胞分化、骨基質相關基因轉錄調控等方面發揮作用。研究發現[24]，CBF-alpha-1 可促進多能間充質細胞分化為成熟成骨細胞，下調CBF-alpha-1 表達后，hBMSCs 自發分化成脂肪細胞，CBFalpha-1 還可下調骨鈣素mRNA 水平表達，降低胞內堿性磷酸酶活性，促進骨基質的形成。在動物實驗中，敲除CBF-alpha-1 基因的小鼠成骨細胞的成熟受到阻滯，膜內成骨和軟骨內成骨均被完全阻斷，證明CBF-alpha-1 在成骨過程中發揮了重要。因此推測UA 促進hBMSCs 向成骨細胞的分化可能是通過促進CBF-alpha-1 表達實現。

11β-羥基類固醇脫氫酶Ⅰ型酶（11β-HSD1）廣泛分布于肝臟、脂肪和肌肉等組織，可將無活性的皮質酮轉化為有活性的皮質醇或皮質酮，增加體內糖皮質激素的濃度導致骨質丟失，抑制11β-HSD1 可以促進成骨分化[25]。Liu 等研究[18]發現，UA 可在hBMSC 中呈濃度和時間依賴性的方式下調該酶的表達。因此推測UA 可通過下調11β-HSD1降低糖皮質激素濃度促進hBMSCs 向成骨細胞的分化。

綜上，本文從臨床證據、體內動物研究、體外細胞研究及分子水平研究等多個層次，總結了UA 對骨質疏松骨代謝關系及作用的相關研究。現階段，絕大部分臨床研究支持可溶狀態下較高水平的UA 是骨質疏松癥的保護性因素；而體內動物研究層面上，UA 對骨代謝影響尚不明確；體外細胞研究層面上，UA 可以促進hBMSC 增殖和成骨分化，在特定條件下抑制破骨細胞生成；分子水平研究層面，ROS 相關的抗氧化作用、Wnt3a/β-catenin 信號通路、CBFalpha-1/Runx2 信號通路及11β-HSD1UA 均密切參與到UA 與骨代謝作用當中。基于現有相關研究尚不充分，在深入研究UA 與骨代謝作用分子機制的基礎上，完善相關動物層面研究，明確UA 對骨代謝作用影響的體內證據，是進一步研究的方向。