骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病機(jī)制與治療研究進(jìn)展

摘要：當(dāng)前關(guān)于骨質(zhì)疏松癥發(fā)病機(jī)制的研究眾多，各通路能夠通過促進(jìn)成骨細(xì)胞分化和抑制破骨細(xì)胞形成的過程改變二者的平衡關(guān)系，從而導(dǎo)致骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生。低強(qiáng)度脈沖超聲、骨靶向pH響應(yīng)納米材料、含錳生物陶瓷、苦豆堿、西松烷型二萜類化合物等可通過調(diào)控信號(hào)通路影響成骨，為骨缺損修復(fù)、骨再生靶向治療提供新的思路。

關(guān)鍵詞：骨質(zhì)疏松癥；信號(hào)通路；影響因素；干預(yù)靶點(diǎn)；新型藥物

骨質(zhì)疏松癥是老年人及女性絕經(jīng)期后常見的，以骨量減少，骨密度值下降為主要改變的慢性疾病[1]。在全球范圍內(nèi)，骨質(zhì)疏松影響著約2億人，給家庭、社會(huì)帶來了極大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，是一個(gè)亟待解決的全球性問題，其發(fā)病機(jī)制及治療成為研究熱點(diǎn)。主要對(duì)信號(hào)通路在骨質(zhì)疏松癥方面的研究進(jìn)展及最新的治療進(jìn)行綜述，為進(jìn)一步的機(jī)制和藥物研究提供更為清晰的邏輯思路，進(jìn)而做到對(duì)疾病的早期診斷、干預(yù)和準(zhǔn)確治療，降低患病率及死亡率。

1機(jī)制

1.1 NF-κB信號(hào)通路

核因子kB受體激活配體（RANKL）-NF-kB受體激活劑（RANK）-骨保護(hù)素（OPG）是經(jīng)典的信號(hào)通路，其與破骨細(xì)胞的分化、活化、骨質(zhì)疏松患者骨丟失密切相關(guān)[2]。核因子－KB（NF-KB）是動(dòng)物體內(nèi)調(diào)控細(xì)胞的增殖、分化過程中的重要轉(zhuǎn)錄因子，參與到機(jī)體的炎癥反應(yīng)、免疫應(yīng)答，通過炎性因子調(diào)節(jié)RANKL、OPG水平影響患者骨代謝，三者平衡失調(diào)可促進(jìn)破骨細(xì)胞形成。成骨細(xì)胞能夠表達(dá)并釋放RANKL，并且能與破骨細(xì)胞前體細(xì)胞膜上RANK結(jié)合，啟動(dòng)生成破骨細(xì)胞的基因轉(zhuǎn)錄，最終會(huì)導(dǎo)致成熟的破骨細(xì)胞形成。另外，如果細(xì)胞受到RANKL刺激，NF-κB和核因子κB抑制蛋白α（IkBα）等關(guān)鍵上游信號(hào)蛋白被磷酸化激活，IkBα磷酸化和降解釋放NF-κBp65亞基轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中，轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞發(fā)生相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)，成骨細(xì)胞能分泌OPG以二聚體形式存在，競(jìng)爭(zhēng)性地與三聚體RANKL結(jié)合，使破骨前體細(xì)胞膜失去結(jié)合RANK的機(jī)會(huì)，從而使破骨細(xì)胞的生成受到抑制[3]。

核因子相關(guān)因子-2（Nrf2）是通過調(diào)節(jié)一系列內(nèi)源性抗氧化酶的表達(dá)來維持氧化還原穩(wěn)態(tài)的重要轉(zhuǎn)錄因子。Nrf2在破骨細(xì)胞發(fā)生中發(fā)揮著重要的作用，Nrf2的缺乏誘導(dǎo)過多的ROS產(chǎn)生，從而加強(qiáng)RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞不同程度的分化，而Nrf2的過表達(dá)使得抗氧化酶的表達(dá)增強(qiáng)，從而降低細(xì)胞內(nèi)ROS水平，從而削弱破骨細(xì)胞分化。因此，ROS生成的衰減與Nrf2的激活相結(jié)合是破骨細(xì)胞相關(guān)骨病替代治療的有益策略。

1.2 ROS信號(hào)通路

氧化應(yīng)激（OS）是由于活性氧的形成與抗氧化機(jī)制之間的不平衡所導(dǎo)致氧的蓄積進(jìn)而影響細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能，機(jī)體OS水平升高，導(dǎo)致骨重塑失衡[4]。活性氧類（ROS）使破骨細(xì)胞的受體激活劑啟動(dòng)，一旦清除了ROS，RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞生成的受體激活劑可被抑制，從而抑制骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生。細(xì)胞內(nèi)ROS積累的增加導(dǎo)致破骨細(xì)胞形成和活性的增加，通過RANK產(chǎn)生ROS可以激活破骨細(xì)胞前體中的NF-κB和絲裂原激活蛋白激酶（MAPK）信號(hào)通路，然后促進(jìn)分化下游的相關(guān)破骨細(xì)胞基因的表達(dá)。因此，通過各種方法抑制活性氧類就可以抑制破骨細(xì)胞的分化，從而對(duì)ROS水平進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)進(jìn)而防止破骨細(xì)胞的過度形成，預(yù)防骨質(zhì)疏松。

1.3 Wnt/β-catenin 信號(hào)通路

Wnt蛋白是一個(gè)分泌蛋白家族，Wnt信號(hào)分子通過7次跨膜卷曲受體蛋白（frizzled）和低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白5和6（LRP5/6）共同作用時(shí)啟動(dòng)，進(jìn)而激活下游的經(jīng)典的Wnt信號(hào)通路[5]；在此之后形成的復(fù)合物能抑制糖原合酶激酶3（GSK3）、支架蛋白和結(jié)腸癌抑制因子等構(gòu)成的復(fù)合物降解，抑制GSK3對(duì)β-catenin的磷酸化降解，使胞質(zhì)內(nèi)β-catenin處于穩(wěn)定狀態(tài)，抑制β-連環(huán)蛋白磷酸化和蛋白酶體降解。

富含亮氨酸重復(fù)序列的G蛋白偶聯(lián)受體5（LGR5）是一種Wnt相關(guān)基因，是成骨細(xì)胞分化的積極調(diào)節(jié)因子，其過表達(dá)通過增加β-catenin的細(xì)胞質(zhì)穩(wěn)定性和核積累，增強(qiáng)了Wnt/β-catenin信號(hào)通路，LGR5、LGR6能通過激活Wnt/β連環(huán)蛋白途徑促進(jìn)小鼠胚胎成骨細(xì)胞前體細(xì)胞的成骨細(xì)胞分化。Wnt-3a、Rspo蛋白家族、LGR4都是有效的Wnt/β-catenin激活劑，通過Wnt/β-catenin信號(hào)通路促進(jìn)骨形成，且LGR4能通過抑制RANK信號(hào)通路抑制骨吸收。纖維連接蛋白1可以通過 Wnt/β-catenin信號(hào)通路促進(jìn)OB的分化和成骨，女貞子可以抑制去卵巢大鼠和成骨細(xì)胞中分泌型蛋白和骨硬化素過表達(dá)，進(jìn)而誘導(dǎo)典型的 Wnt/β-catenin 信號(hào)通路來保持骨質(zhì)量，鳶尾素通過上調(diào)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞自噬和Wnt/β-catenin 信號(hào)通路的激活，進(jìn)而提高間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化能力，促進(jìn)成骨[6]。

1.4 PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路

磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）是位于胞膜附近的，可被膜上受體酪氨酸激酶（RTKs）、脾酪氨酸激酶（SYK）、G蛋白耦連受體（GPCRs）等激活的一種酶[7]。激活的PI3K 將磷脂酰肌醇二磷酸（PIP2）磷酸化為磷脂酰肌醇三磷酸（PIP3）其募集絲氨酸/蘇氨酸激酶（AKT）到質(zhì)膜，從而導(dǎo)致AKT的磷酸化和激活，激活的AKT可以通過磷酸化雷帕霉素靶蛋白（mTOR）的Ser2448位點(diǎn)直接激活mTOR復(fù)合物1，或通過磷酸化結(jié)節(jié)性硬化復(fù)合物2（2TSC2）間接激活。PI3K/AKT在加快成骨細(xì)胞（OB）增殖同時(shí)，也可以通過Wnt/β-catenin、生長(zhǎng)激素/胰島素樣生長(zhǎng)因子1等多種途徑，促進(jìn)OB增殖分化。Pan等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)揭示，PI3K/AKT通路參與糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)OB成骨抑制的過程并在其中起到一定作用，同時(shí)，PI3K/Akt/mTOR通路在原硅酸介導(dǎo)的體外成骨過程中也起著積極的調(diào)節(jié)作用[8]。脈沖電磁場(chǎng)（PEMF）可通過OB表面初級(jí)纖毛激活PI3K/AKT通路，促進(jìn)骨形成，PI3K/AKT通路可通過影響巨噬細(xì)胞集落刺激因子受體及核因子-κB受體活化因子配體，在破骨細(xì)胞（OC）存活、分化以及“骨平衡”中產(chǎn)生影響。

2治療

2.1 藥物

目前，最常用的抗骨吸收藥物包括雙磷酸鹽、雌激素受體調(diào)節(jié)劑和抗RANK，可以防止骨丟失，其通過降低破骨細(xì)胞的活性和活力來抑制骨吸收，可有效預(yù)防和治療骨質(zhì)疏松癥。特立帕肽是一種重組人甲狀旁腺激素類似物，可增強(qiáng)成骨細(xì)胞活性，刺激骨表面的骨形成，特立帕肽治療應(yīng)與抗吸收藥物聯(lián)合治療，如雙磷酸鹽，以避免骨密度下降。抗硬化蛋白抗體是一種抗硬骨素蛋白的單抗藥物，靶向Wnt-B-catenin通路抑制劑，可以結(jié)合并抑制骨硬化蛋白的活性，同時(shí)加速骨形成并減少骨吸收，降鈣素類藥物、維生素K2等可以防止骨礦含量的丟失，使骨密度增加。

2.2 低強(qiáng)度脈沖超聲（LIPUS）

LIPUS是一種非熱效應(yīng)的超聲，它能夠輸出脈沖波，用于促進(jìn)骨折的愈合或延遲愈合。機(jī)械敏感離子通道PIEZO1在促進(jìn)骨骼發(fā)育和成骨細(xì)胞分化方面的重要傳感器，是一種非選擇性的陽離子通道蛋白，能夠?qū)⒓?xì)胞外的機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)為細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)信號(hào)，調(diào)控細(xì)胞的增殖和凋亡，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞和成骨干細(xì)胞中PIEZO1的缺失會(huì)抑制骨骼發(fā)育，引起自發(fā)性骨折；LIPUS可通過PIEZO1/PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖。

2.3 含錳的生物陶瓷

錳（Mn）是一種具有對(duì)抗氧化特性的材料，能夠調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞活性，對(duì)于治療骨質(zhì)疏松性骨量減少、骨質(zhì)破壞有關(guān)鍵的作用。在B-TCP中引入Mn能清除氧自由基的能力，表明錳- 磷酸三鈣生物陶瓷有對(duì)抗氧化的性能。錳-TCP生物陶瓷通過激活Nrf2清除ROS，抑制OC生成，促進(jìn)骨質(zhì)疏松性骨再生。含錳生物陶瓷具有骨傳導(dǎo)、ROS清除和骨吸收抑制能力，可能是治療骨質(zhì)疏松性骨缺損的理想生物材料。

2.4 苦豆堿

苦豆堿（Aloperine）是從槐豆葉和種子中提取的一種新生物堿，Aloperine具有多種生物學(xué)活性，包括對(duì)抗炎癥、抗病毒等。Aloperine能劑量依賴性地抑制RANKL介導(dǎo)的OC的活性和形成，而不影響骨髓巨噬細(xì)胞的活性，并且Aloperine可抑制破骨細(xì)胞特異性標(biāo)志基因的表達(dá)，包括活化T細(xì)胞胞漿1、抗酒石酸性酸性磷酸酶、基質(zhì)金屬蛋白酶9、組織蛋白酶K 和降鈣素受體；Aloperine體外實(shí)驗(yàn)證明，Aloperine可抑制NF-kB的降解。

2.5 西松烷型二萜類化合物

西松烷（Briarane）型二萜類化合物是一組結(jié)構(gòu)獨(dú)特的天然產(chǎn)物，主要來自珊瑚。燈芯草內(nèi)酯D（JD）是珊瑚的主要成分，JD通過抑制RANKL誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)ROS積累干擾OC分化且能抑制RANKL誘導(dǎo)的NF-κB信號(hào)激活，抑制OC生成，但不影響OB分化，JD延緩了Nrf2降解的速度，不僅導(dǎo)致Nrf2蛋白表達(dá)的增加，而且促進(jìn)了Nrf2核易位。JD的抗氧化特性在很大程度上取決于Nrf2信號(hào)通路的激活。因此，JD對(duì)OC分化的抑制作用可能部分歸因于其增加Nrf2蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的能力，從而增強(qiáng)了抗氧化酶的表達(dá)并抑制了RANKL誘導(dǎo)的ROS產(chǎn)生，JD通過激活Nrf2抑制了RANKL誘導(dǎo)的NF-κB信號(hào)傳導(dǎo)。

2.6 骨靶向pH響應(yīng)納米材料

前成骨細(xì)胞通過與OB偶聯(lián)并分泌血小板衍生生長(zhǎng)因子-bb（PDGF-BB）在骨形成和血管生成中發(fā)揮合成代謝作用。為了能選擇性地消除成熟OC而不影響前成骨細(xì)胞，設(shè)計(jì)了一種生物相容性鈰納米系統(tǒng)（CNS），它能被引導(dǎo)到由成熟OC產(chǎn)生的酸性細(xì)胞外微環(huán)境并獲得氧化酶活性，氧化性CNS通過積累細(xì)胞內(nèi)活性氧和增強(qiáng)鈣振蕩來降低成熟OC的活力。因此，非酸分泌合成代謝前成骨細(xì)胞被保存并保持產(chǎn)生PDGF-BB，其通過PI3K-Akt激活的局灶性粘附激酶導(dǎo)致間充質(zhì)干細(xì)胞成骨和內(nèi)皮細(xì)胞血管生成，CNS在治療骨質(zhì)疏松性卵巢切除術(shù)小鼠時(shí)，與目前的一線抗吸收藥物相比，在減輕骨質(zhì)流失方面更有效。

綜上所述，骨質(zhì)疏松發(fā)病機(jī)制涉及多種調(diào)控途徑，如NF-κB通路、 AMPK/Akt/mTOR通路、自噬信號(hào)通路和骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞調(diào)控骨質(zhì)疏松癥等，研究相關(guān)通路可為尋找治療OP的潛在分子靶點(diǎn)和方法提供理論依據(jù)。

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