糖皮質激素性骨質疏松癥的藥物作用機制研究進展

李昊然 高璐 遲湘胤 張東方 侯赫

1. 中國醫科大學藥學院，遼寧 沈陽 110122

2. 中國醫科大學藥學院中藥與生藥學教研室，遼寧 沈陽 110122

骨質疏松癥(osteoporosis, OP)是最常見的骨骼疾病。OP患者的骨量減少、骨微結構損壞、骨脆性增加，易發生骨折[1]。糖皮質激素(glucocorticoid,GC)具有顯著的抗炎和免疫抑制作用，常用于自身免疫性疾病、支氣管哮喘等疾病的治療[2]。長期使用GC易導致糖皮質激素性骨質疏松癥(glucocorticoid-induced osteoporosis,GIOP)[3]。本文擬對GIOP發病機制與藥物作用機制進行綜述，為臨床治療與藥物開發提供更多思路。

1 GIOP的發病機制

骨的穩態依靠骨形成和骨吸收共同調節，成骨細胞(osteoblast,OB)參與骨形成，破骨細胞(osteoclast,OC)參與骨吸收。當骨吸收大于骨形成時，出現骨量丟失。

Wnt/β-catenin信號通路與骨形成有關[4]，Wnt與細胞膜上的受體卷曲蛋白(sFrps)結合后，糖原合成酶激酶3β(GSK3β)發生磷酸化，進而β-catenin進入細胞核，促進淋巴增強因子基因轉錄，維持正常的骨形成。Wnt拮抗劑DKK-1可與細胞膜另一受體低密度脂蛋白受體相關蛋白(LRP5/6)相結合，擾亂GSK3β的磷酸化，使得β-catenin磷酸化，磷酸化后的β-catenin則不能進入到細胞核中調控基因的轉錄[5]。GC提高DKK1和硬化蛋白的表達，激活GSK3β，使β-catenin失去穩定性，進而抑制OB的分化[6-7]。GC也會抑制分化型胚胎軟骨發育基因1 (DEC1)的表達，DEC1可以通過調節 β-catenin的表達，調節Wnt/β-catenin 信號通路，促進成骨。DEC1表達增多，成骨活動增加，DEC1的表達減少時，抑制充質干細胞(MSC)向OB分化[8-9]。

OPG/RANK/RANKL信號通路是調節骨代謝的重要通路[10]。RANKL與OB上的受體RANK結合后抑制OB增殖分化，促進OC分化成熟并抑制其凋亡，促進骨吸收。骨保護素(osteoprotegerin,OPG)阻斷RANKL和RANK結合，抑制破骨細胞骨吸收[11]。GC會下調OPG，上調RANKL的mRNA和蛋白表達，促進破骨細胞骨吸收[12]。

Notch信號通路在OB和OC的分化以及骨骼發育、重塑中起著關鍵作用。成骨細胞前體細胞中缺失Notch1和Notch2受體時，成骨細胞數量增加、骨形成增多、骨體積增加。GC會增強Notch1和Notch2受體的轉錄，導致GIOP[13]。

GC可影響鈣吸收，鈣通過離子通道進入腸黏膜上皮細胞，進入細胞的鈣與鈣結合蛋白結合后在胞內轉運，最后經過基底膜側的鈣泵，完成腸道對鈣的吸收。GC抑制腸粘膜上皮細胞上的細胞離子通道蛋白TRPV6和鈣結合蛋白CaBP-9k的表達，減少鈣進入腸粘膜上皮細胞，并抑制鈣與鈣結合蛋白結合后在胞質內的轉運，進而減少腸道對鈣的吸收[14]。

GC可減少胰島素樣生長因子(IGF-1)的合成，IGF-1可調節骨代謝，促進骨膠原形成，增加成骨細胞的數量，增強OB的活性，減少或限制OC的分化[15]。過量GC可以使IGF-1合成減少，減少骨形成，并誘導OC分化，進而誘發GIOP[16]。

2 GIOP的藥物作用機制

預防和治療輕度GIOP時，可使用維生素D和鈣劑聯用，增加骨密度(bone mineral density, BMD)，降低骨折風險等[17-18]。治療中重度GIOP時，首選雙膦酸鹽。阿侖膦酸鈉可以提高GIOP患者的腰椎和股骨BMD，減少骨質流失。如聯用維生素D和鈣劑，療效更為顯著[19-20]。如患者不能耐受阿侖膦酸鈉，則可選用二線藥物如甲狀旁腺素、狄諾塞麥等[21]。

2.1 維生素D和鈣劑

維生素D在肝和腎的作用下代謝為1,25(OH)2D3，可促進鈣結合蛋白生成，增強鈣泵的作用，促進鈣的吸收。研究[22]顯示，局部腎素-血管緊張素(RAS)的激活具有促進OC增殖分化的作用，1,25(OH)2D3可下調GIOP模型鼠的RANKL和RAS系統中血管緊張素Ⅱ的受體AT2R基因的表達，抑制RAS系統的激活，進而抑制OC增殖分化，抑制骨吸收，發揮治療GIOP作用。

2.2 雙膦酸鹽

雙膦酸鹽可與骨表面的羥磷灰石強有力地結合，雙膦酸鹽不易被水解，可沉積在骨組織內被OC攝取，抑制OC的活性并誘導其凋亡，進而抑制骨吸收[23]。雙膦酸鹽下調RANKL的表達，抑制OC增殖分化[24]。此外，雙膦酸鹽還可下調骨形態發生蛋白(BMP)拮抗劑和Wnt拮抗劑表達，調節BMP/Smad和Wnt/β-catenin 信號通路，抑制骨吸收，促進骨形成，治療GIOP[23]。

2.3 甲狀旁腺素

甲狀旁腺素(PTH)是甲狀旁腺釋放的鈣調節激素，可以在腺苷酸環化酶(cAMP)的介導下，降低血磷、升高血鈣，促進骨轉換。GC會增加小鼠骨細胞內的活性氧(ROS)水平，特立帕肽(PTH的活性片段)可通過降低ROS水平，激活絲蘇氨酸蛋白激酶(AKT)通路，促進絲蘇氨酸蛋白激酶(AKT)表達，AKT通過調節下游靶蛋白的磷酸化，促進骨細胞增殖，活化的AKT可以抑制促進骨吸收的蛋白水解酶半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶caspase-3的活性，抑制骨細胞中凋亡級聯反應，促進骨細胞增殖[25]。

2.4 狄諾塞麥

狄諾塞麥是RANKL單克隆抗體，與RANKL具有較高的親和力，狄諾塞麥與RANKL結合后，阻斷了RANKL與其受體RANK的結合，減少OC的數量[26]。狄諾塞麥通過作用于OPG/RANK/RANKL這一細胞通路，發揮治療GIOP的作用。

2.5 中藥

2.5.1中藥提取物及其活性成分：①淫羊藿提取物淫羊藿苷可以抑制OB凋亡，減輕GC引起的鈣代謝紊亂和骨吸收失衡程度，增加血清堿性磷酸酶(ALP)、減少促進骨吸收的羧基末端膠原蛋白，維持骨的正常礦化速度，刺激小鼠的骨重建[27-28]。OC釋放的組織蛋白酶K(CTSK)在骨重塑的過程中參與降解骨基質，促進骨吸收。淫羊藿苷通過增加miRNA-186的表達，下調CTSK的表達，從而發揮保護骨骼的作用[29]。此外，淫羊藿苷可與RUNT相關轉錄因子2(RUNX2)受體結合，促進MSC向OB分化，促進骨形成[30]；②熟地黃提取物會上調RUNX2和骨橋蛋白(osteopotin,OPN)表達，增強ALP的活性，提高成骨活性，促進細胞外基質礦化，提高BMD，改善骨微結構。代謝組學分析顯示：熟地黃提取物通過上調甾體激素合成過程中的關鍵蛋白細胞色素P450 17A1 和芳香化酶CYP19A1表達，下調11β-羥類固醇脫氫酶HSD11B1表達，提高雌激素水平，預防GIOP[31]；③梔子中提取物梔子苷會提高ALP的活性，促進骨形成。梔子苷也可以促進小鼠成骨細胞前體細胞MC3T3-E1細胞向OB分化。使用GC處理MC3T3-E1細胞后，OPN、RUNX2、成骨相關轉錄因子(OSX)等表達下調，治療組中均有上調。提示梔子苷可通過提高RUNX2和OSX等轉錄因子表達，增強成骨活動。有研究[32]指出梔子苷是胰高血糖素樣肽1(GLP-1)受體激動劑，梔子苷可以通過GLP-1受體激活細胞外信號調節激酶(ERK)通路，ERK磷酸化后激活RUNX2，從而促進OB增殖分化，治療GIOP；④巴戟天及其主要成分水晶蘭苷和甲基異茜草素可促進OB增殖，提高ALP的活性，增強其礦化能力。巴戟天下調脂氧合酶(5-LOX)、白三烯A4水解酶(LTA4H)等代謝酶的表達，干擾花生四烯酸的代謝，促進MSC向OB分化，促進骨形成，減少骨量丟失[33]；⑤龜板提取物(PTE)可增加BMD和骨礦物含量(BMC)，改善骨微結構，增強骨強度。PTE可通過上調OPG的表達，抑制破骨細胞骨吸收來發揮治療GIOP的作用[34]。還可通過調節絲裂原激活蛋白激酶MAPK通路中的p38MAPK及其相關基因和蛋白表達，上調STE20樣激酶(STE20)、IGF-1受體、p38MAPK蛋白表達，下調腫瘤壞死因子受體相關因子6(TRAF6)蛋白表達，進而促進骨髓間充質干細胞(BMSC)的分化成熟，促進骨形成、增加骨骼礦化、維持骨量[35]；⑥川續斷的主要活性成分木通皂苷D通過激活BMP/Smad信號通路，上調成骨相關因子RUNX2、BGP、Smad1和Smad5的mRNA表達，磷酸化的Smad1、Smad5和Smad8形成復合物后與Smad4結合，進入細胞核與轉錄因子RUNX2作用，促進BMSC向OB分化，治療GIOP[36]；⑦菟絲子提取物增加IGF-1和轉化生長因子(TGF-β)等生長因子的表達， TGF-β增強I型膠原蛋白的表達，促進骨形成，IGF-1調節β-catenin的穩定性，促進骨形成。菟絲子提取物會上調OPG、下調RANKL基因和蛋白的表達，通過OPG/RANK/RANKL信號通路，治療GIOP[12]；⑧川芎的活性成分川芎嗪通過AMPK/mTOR途徑，促進AMPK磷酸化，抑制mTOR磷酸化，進而促進BMSC自噬，保護BMSC，提高GIOP小鼠的BMD[37]。

2.5.2中成藥：①左歸丸可提高GIOP模型鼠BMD，增加骨小梁數量，顯著下調DKK1 mRNA表達，通過Wnt/β-catenin信號通路促進OB增殖分化進而治療GIOP[38]；②復方貞術調脂膠囊由女貞子、白術、丹參、佛手、杜仲組成，可提高β-catenin轉錄活性，上調β-catenin和促分裂原活化蛋白激酶激酶激酶2(MEKK2)蛋白表達，MEKK2可有效維持β-catenin的穩定，抑制MSC向脂肪細胞分化，穩定成骨細胞，治療GIOP[39]。

3 小結

一些藥物如雙膦酸鹽、菟絲子、左歸丸和復方貞術調脂膠囊等通過Wnt/β-catenin信號通路治療GIOP；川續斷通過BMP/Smad信號通路治療GIOP；淫羊藿、熟地黃、梔子和川續斷等會通過影響RUNX2調控基因轉錄，影響OB增殖分化。一些藥物也會通過影響糖類、脂質、花生四烯酸的代謝，治療GIOP，但通路并不十分清晰。治療GIOP藥物的作用機制是否有更多，仍需要更多深入的研究。