Wnt信号通路抑制因子骨硬化蛋白在骨质疏松症中的作用探讨

金泽旭 唐芳 马武开 蒋总 蔡鑫 樊梅

【摘 要】 Wnt信号在多种组织及器官的病理及生理过程中发挥了重要的调节作用，随着对Wnt信号通路的深入研究，其在调控骨代谢的重要性受到了广泛的关注及认可。骨硬化蛋白是Wnt信号通路的抑制因子，其与LRP5/6受体结合从而对Wnt信号通路起到负调节作用。现对骨硬化蛋白在骨质疏松症中的作用及研究现况进行探讨。

【关键词】 骨质疏松症;骨硬化蛋白;Wnt信号通路;骨代谢

骨质疏松症（osteoporosis，OP）是一种以骨量减少以及骨组织微结构恶化为特点，最终导致骨质量下降的骨骼疾病[1]。骨重建是成熟骨代谢的关键过程，其功能正常依赖于间充质干细胞的成骨细胞和造血干细胞发育而来的破骨细胞之间的成骨及骨吸收的平衡，若成骨细胞和破骨细胞分化失衡则会导致骨量丢失或增加相关疾病[2-3]。OP受多种因素影响且发病机制复杂[4]，目前其主要发病机制尚未完全发掘，但随着对分子的深入研究，信号通路调控骨代谢的机制被逐渐阐明。自从证实低密度脂蛋白受体相关蛋白5（LRP5）上的G171V基因突变会引起骨代谢异常及相关疾病的发生，关于Wnt通路在骨骼疾病中作用的研究逐渐成为热点[5]。骨硬化蛋白（SOST）对Wnt信号通路有抑制作用，了解SOST对骨细胞的特异性以及其与Wnt信号通路之间的相互性，为OP靶向药物治疗提供理论依据。

1 Wnt信号通路作用机制

NUSSE和VARMUS两位科学家在小鼠乳腺肿瘤病毒中发现了Int-1基因，其后研究证实其与果蝇中的无翅基因（Wingless）具有同源性，故将其命名为Wnt（Wingless + Int-1）基因[6-8]。Wnt信号通路与多种人类疾病有关，具有调控细胞分化、增殖的作用，根据不同的信号传导途径分为经典信号通路——Wnt/β-连环蛋白（β-catenin）通路和非经典信号通路[9]。非经典信号通路包括平面细胞极途径、Wnt/Ca2+途径、Wnt/酪氨酸激酶样孤儿受体2（Ror2）途径等，由Wnt5a族相关配体激活[10]。在Wnt/β-catenin通路中，当Wnt信号分子与跨膜受体（Frizzled）、LRP5/6受体形成复合体时，LRP5/6胞质尾端的丝氨酸残基磷酸化形成一个结合位点，以此募集轴蛋白（Axin）从而抑制糖原合成酶-3β对β-catenin的磷酸化。细胞质内的β-catenin维持在稳定水平，逐渐集聚并移到细胞核中，进而与T细胞因子/淋巴增强因子复合物（TCF/LEF）相互作用，激活抑制状态的下游靶基因如CD44、c-myc、细胞周期蛋白D1（cyclinD1）、RUNX2、骨保护素（OPG）、骨形态发生蛋白-2（BMP-2）[11-14]。

2 Wnt信号通路对骨代谢的影响

Wnt信号通路在骨生长、发育过程中发挥着重要的作用。Wnt家族蛋白基因突变则会导致相应骨代谢疾病的发生，LAINE等[15]研究发现，Wnt1基因杂合突变会产生一个与表型分离的新突变体C218G，抑制Wnt配体激活Wnt信号通路的能力，最终导致OP发生，而纯合突变则会导致成骨不全症发生。在经典信号通路中，β-catenin是骨形成的关键因子，其促进干细胞向成骨细胞分化，并抑制破骨细胞达到调节骨量的效果，CHEN等[16]研究证实了这一观点，在敲除β-catenin的小鼠中发现，破骨细胞数量及活性大于成骨细胞，导致小鼠骨质下降。同时，Wnt通路能够抑制脂肪形成，而促进骨形成，过氧化物酶体增殖因子激活受体（pparg）是脂肪形成的关节调控因子，Wnt3a可以通过下调过氧化物酶体增殖因子激活受体表达，抑制成骨细胞向脂肪分化[17]。

3 SOST与Wnt/β-catenin通路

SOST是一种由骨硬化蛋白基因表达的分泌蛋白，来源于骨细胞，在骨细胞嵌入矿化基质后开始分泌SOST[18]。SOST在硬化性骨病及Van Buchem病患者中被首先發现，染色体17q12-21的基因突变导致硬化性骨病的发生，因此该基因被命名为SOST。而Van Buchem病则是由于SOST下游的基因片段缺失而发生，两种疾病都表现出高骨量的形成[19]。SOST、Dkk1蛋白均是Wnt通路上的重要抑制因子。SOST与Lrp5/6竞争性结合是抑制Wnt/β-catenin通路的关键。Lrp5/6由4个螺旋结构域组成，与DKK1不同，SOST结合Lrp5前两个螺旋结构域，而DKK1则需要4个螺旋结构域同时作用才能与Lrp5结合;SOST通过短肽与Lrp6上的第一螺旋结构域结合[20]。SOST会优先与Lrp6结合，从而维持部分Lrp5/Wnt信号传导途径，虽然SOST与Lrp5/6结合并不能完全阻断Wnt/β-catenin下游信号，SOST仍可通过对Wnt/β-catenin下游信号的直接调控而抑制骨形成，如BMP-2、OPG、核转录因子-κB受体活化因子配体（RANKL）[21-23]。

4 SOST与骨质疏松

SOST抑制Wnt/β-catenin通路，负调控成骨细胞，导致骨密度降低、骨脆性增加，最终进展为OP[24]，同时SOST可以抑制OPG的表达，并上调RANKL最终促进破骨细胞生成[22]。此外，SOST的基因与BMP的拮抗剂具有同源性，因此SOST与BMP结合以抑制成骨细胞矿化[23]。LI等[25]敲除小鼠SOST基因，利用放射技术及病理分析，分别对基因敲除组及对照组的同龄小鼠进行检测。双能X线、微型CT、骨组织形态学测定结果与对照组相比，基因敲除组小鼠整个骨架的骨密度及骨小梁、骨皮质体积显著增加。且基因敲除组小鼠血清成骨细胞标志物骨钙素水平升高，而破骨细胞标志物TRACP 5b水平不变，这可能提示SOST不仅作用于破骨细胞，而且对成骨细胞也有抑制作用。ARDAWI等[26]检测了707例绝经后女性血清SOST及骨转换标志物，结果表明，绝经后妇女患OP以及骨折风险增加与SOST高表达相关。SOST特异性调控Wnt信号通路的作用逐步被证实，为治疗OP提供了新的靶点。

在骨组织代谢过程中，抗SOST抗体（Scl-Ab）可以间接降低破骨细胞活性，减少骨吸收并且参与调节成骨细胞增殖和分化，抑制成骨细胞凋亡[27]。动物实验发现，经抗SOST抗体治疗的绝经后OP小鼠骨密度增加，且组织形态学检测发现，骨形成的关键指标成骨细胞表面和矿化表面，在骨小梁表面、骨膜、皮质内表面显著增加，表明抗SOST抗体可延长成骨细胞的功能寿命[28]。CHANDRA等[29]发现，抗SOST抗体可以减少DNA双链断裂标志物γ-H2AX并增加DNA修复蛋白ku70，通过DNA修复的方式减少成骨细胞程序性死亡;此外，抗SOST抗体还可以修复骨细胞微结构，达到骨保护作用。因此，抗SOST抗体可以多层次调节骨代谢，促进骨形成。

目前抗SOST抗体主要有3种：Romosozumab、Blosozumab、BPS804。Romosozumab（AMG785人源化的骨硬化蛋白单克隆抗体）是目前研究较为成熟的抗SOST抗体。PADHI等[30]首次将Romosozumab用于人体实验，对健康男性和绝经后女性共72例受试者，采用随机双盲对照法，给予不同剂量的Romosozumab或安慰剂，发现与对照组相比，骨转化标志物Ⅰ型胶原N-端前肽（p1np）等浓度增加，且腰椎及全髋关节的骨密度分别增加了5.3%和2.8%，单剂量Romosozumab耐受较好，6例受试者出现了Romosozumab抗体，其中2例为中和抗体，对药代动力学和药效学没有明显影响。常见不良反应为注射部位红斑、背痛、头痛等，其中1例出现严重非特异性肝炎，已治愈。目前Romosozumab临床研究已进入Ⅲ期阶段，LANGDAHL等[31]将436例经双膦酸盐类治疗1年以上绝经后骨质疏松女性纳入研究范围，随机分为2组，2组患者分别经Romosozumab或特立帕肽治疗1年，发现Romosozumab可显著增加患者骨密度且效果优于特立帕肽，2组不良事件发生率平衡。Blosozumab是人源化的Ig4 SOST单克隆抗体，在Ⅰ期临床试验中MCCOLM等[32]对119例健康绝经后女性采用单剂量或多次剂量递增的方式皮下或静脉给药，结果显示，在单次或多次给药85 d后，腰椎骨密度分别上调3.41%或7.71%。未出现与药物相关的严重不良反应，常见不良反应有背痛、关节痛、疲劳、注射部位反应，药物耐受性良好，数据支持Blosozumab的Ⅱ期临床试验。在Ⅱ期临床试验中，RECKER等[33]将Blosozumab应用于骨量减少的绝经后妇女，分为Blosozumab组和安慰剂组，分别采用皮下注射180 mg，4周1次;180 mg，2周1次;270 mg，2周1次的方式给药。结果显示，Blosozumab组受试者腰椎和股骨颈部骨密度呈剂量依赖型增加，同时骨生成标志物上调而骨吸收标志物下调。与安慰剂组比较，Blosozumab组较容易出现注射部位反应，但2组不良事件发生率相似。接受Blosozumab治疗的患者中，有35%出现抗药物抗体，多数分布在Blosozumab 180 mg，4周1次组及180 mg，2周1次组，这可能提示产生抗药物抗体概率与给药剂量及频率呈负相关。目前关于BPS804的临床研究已进入第二阶段，该项目主要观察BPS804用于成骨不全患者的疗效、安全性、耐药性，发现BPS804可刺激骨形成并抑制骨吸收，耐药良好，14例受试者中9例出现不良事件[34]。

5 讨 论

OP多发于绝经后女性和老年男性，随着人口老龄化，OP已成为一项公共健康问题。虽然OP是可防治的疾病，但在我国OP整体诊治率较低[1]。目前双膦酸盐类是使用最广泛的OP治疗方案，其通过抑制破骨细胞形成，从而减少骨量的丢失。但双膦酸盐类药物并不能促进骨形成，从而改善骨重建。特立帕肽是甲状旁腺素类似物，其促进骨形成的同时也伴随着骨吸收的发生。通过对骨重建调控因子深入认识，治疗OP的方式也将更多样化。SOST是Wnt通路的负调控因子，其高特異性的表达形式和独特的骨表型，为治疗骨代谢疾病以及骨折后修复开辟了新途径[22，24]。大量研究证明，抗SOST抗体在促进骨生成的同时可以抑制骨吸收，Romosozumab是最具前景的抗SOST抗体，但是目前临床研究只能支持其短期效果，且也应密切监测不良事件的发生。Wnt通路与多种疾病的发生紧密联系[9]，因此，抗SOST抗体激活Wnt通路是否会导致相应疾病（肿瘤、其他骨骼疾病）的发生还需进一步的研究以及更多的数据支持。随着SOST/Wnt通路的机制阐明，相信OP防治中的收益和风险将会取得平衡。

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收稿日期：2019-09-01;修回日期：2019-10-18