糖皮质激素性骨质疏松症的药物作用机制研究进展

李昊然 高璐 迟湘胤 张东方 侯赫

1. 中国医科大学药学院，辽宁 沈阳 110122

2. 中国医科大学药学院中药与生药学教研室，辽宁 沈阳 110122

骨质疏松症(osteoporosis, OP)是最常见的骨骼疾病。OP患者的骨量减少、骨微结构损坏、骨脆性增加，易发生骨折[1]。糖皮质激素(glucocorticoid,GC)具有显著的抗炎和免疫抑制作用，常用于自身免疫性疾病、支气管哮喘等疾病的治疗[2]。长期使用GC易导致糖皮质激素性骨质疏松症(glucocorticoid-induced osteoporosis,GIOP)[3]。本文拟对GIOP发病机制与药物作用机制进行综述，为临床治疗与药物开发提供更多思路。

1 GIOP的发病机制

骨的稳态依靠骨形成和骨吸收共同调节，成骨细胞(osteoblast,OB)参与骨形成，破骨细胞(osteoclast,OC)参与骨吸收。当骨吸收大于骨形成时，出现骨量丢失。

Wnt/β-catenin信号通路与骨形成有关[4]，Wnt与细胞膜上的受体卷曲蛋白(sFrps)结合后，糖原合成酶激酶3β(GSK3β)发生磷酸化，进而β-catenin进入细胞核，促进淋巴增强因子基因转录，维持正常的骨形成。Wnt拮抗剂DKK-1可与细胞膜另一受体低密度脂蛋白受体相关蛋白(LRP5/6)相结合，扰乱GSK3β的磷酸化，使得β-catenin磷酸化，磷酸化后的β-catenin则不能进入到细胞核中调控基因的转录[5]。GC提高DKK1和硬化蛋白的表达，激活GSK3β，使β-catenin失去稳定性，进而抑制OB的分化[6-7]。GC也会抑制分化型胚胎软骨发育基因1 (DEC1)的表达，DEC1可以通过调节 β-catenin的表达，调节Wnt/β-catenin 信号通路，促进成骨。DEC1表达增多，成骨活动增加，DEC1的表达减少时，抑制充质干细胞(MSC)向OB分化[8-9]。

OPG/RANK/RANKL信号通路是调节骨代谢的重要通路[10]。RANKL与OB上的受体RANK结合后抑制OB增殖分化，促进OC分化成熟并抑制其凋亡，促进骨吸收。骨保护素(osteoprotegerin,OPG)阻断RANKL和RANK结合，抑制破骨细胞骨吸收[11]。GC会下调OPG，上调RANKL的mRNA和蛋白表达，促进破骨细胞骨吸收[12]。

Notch信号通路在OB和OC的分化以及骨骼发育、重塑中起着关键作用。成骨细胞前体细胞中缺失Notch1和Notch2受体时，成骨细胞数量增加、骨形成增多、骨体积增加。GC会增强Notch1和Notch2受体的转录，导致GIOP[13]。

GC可影响钙吸收，钙通过离子通道进入肠黏膜上皮细胞，进入细胞的钙与钙结合蛋白结合后在胞内转运，最后经过基底膜侧的钙泵，完成肠道对钙的吸收。GC抑制肠粘膜上皮细胞上的细胞离子通道蛋白TRPV6和钙结合蛋白CaBP-9k的表达，减少钙进入肠粘膜上皮细胞，并抑制钙与钙结合蛋白结合后在胞质内的转运，进而减少肠道对钙的吸收[14]。

GC可减少胰岛素样生长因子(IGF-1)的合成，IGF-1可调节骨代谢，促进骨胶原形成，增加成骨细胞的数量，增强OB的活性，减少或限制OC的分化[15]。过量GC可以使IGF-1合成减少，减少骨形成，并诱导OC分化，进而诱发GIOP[16]。

2 GIOP的药物作用机制

预防和治疗轻度GIOP时，可使用维生素D和钙剂联用，增加骨密度(bone mineral density, BMD)，降低骨折风险等[17-18]。治疗中重度GIOP时，首选双膦酸盐。阿仑膦酸钠可以提高GIOP患者的腰椎和股骨BMD，减少骨质流失。如联用维生素D和钙剂，疗效更为显著[19-20]。如患者不能耐受阿仑膦酸钠，则可选用二线药物如甲状旁腺素、狄诺塞麦等[21]。

2.1 维生素D和钙剂

维生素D在肝和肾的作用下代谢为1,25(OH)2D3，可促进钙结合蛋白生成，增强钙泵的作用，促进钙的吸收。研究[22]显示，局部肾素-血管紧张素(RAS)的激活具有促进OC增殖分化的作用，1,25(OH)2D3可下调GIOP模型鼠的RANKL和RAS系统中血管紧张素Ⅱ的受体AT2R基因的表达，抑制RAS系统的激活，进而抑制OC增殖分化，抑制骨吸收，发挥治疗GIOP作用。

2.2 双膦酸盐

双膦酸盐可与骨表面的羟磷灰石强有力地结合，双膦酸盐不易被水解，可沉积在骨组织内被OC摄取，抑制OC的活性并诱导其凋亡，进而抑制骨吸收[23]。双膦酸盐下调RANKL的表达，抑制OC增殖分化[24]。此外，双膦酸盐还可下调骨形态发生蛋白(BMP)拮抗剂和Wnt拮抗剂表达，调节BMP/Smad和Wnt/β-catenin 信号通路，抑制骨吸收，促进骨形成，治疗GIOP[23]。

2.3 甲状旁腺素

甲状旁腺素(PTH)是甲状旁腺释放的钙调节激素，可以在腺苷酸环化酶(cAMP)的介导下，降低血磷、升高血钙，促进骨转换。GC会增加小鼠骨细胞内的活性氧(ROS)水平，特立帕肽(PTH的活性片段)可通过降低ROS水平，激活丝苏氨酸蛋白激酶(AKT)通路，促进丝苏氨酸蛋白激酶(AKT)表达，AKT通过调节下游靶蛋白的磷酸化，促进骨细胞增殖，活化的AKT可以抑制促进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，抑制骨细胞中凋亡级联反应，促进骨细胞增殖[25]。

2.4 狄诺塞麦

狄诺塞麦是RANKL单克隆抗体，与RANKL具有较高的亲和力，狄诺塞麦与RANKL结合后，阻断了RANKL与其受体RANK的结合，减少OC的数量[26]。狄诺塞麦通过作用于OPG/RANK/RANKL这一细胞通路，发挥治疗GIOP的作用。

2.5 中药

2.5.1中药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，减轻GC引起的钙代谢紊乱和骨吸收失衡程度，增加血清碱性磷酸酶(ALP)、减少促进骨吸收的羧基末端胶原蛋白，维持骨的正常矿化速度，刺激小鼠的骨重建[27-28]。OC释放的组织蛋白酶K(CTSK)在骨重塑的过程中参与降解骨基质，促进骨吸收。淫羊藿苷通过增加miRNA-186的表达，下调CTSK的表达，从而发挥保护骨骼的作用[29]。此外，淫羊藿苷可与RUNT相关转录因子2(RUNX2)受体结合，促进MSC向OB分化，促进骨形成[30]；②熟地黄提取物会上调RUNX2和骨桥蛋白(osteopotin,OPN)表达，增强ALP的活性，提高成骨活性，促进细胞外基质矿化，提高BMD，改善骨微结构。代谢组学分析显示：熟地黄提取物通过上调甾体激素合成过程中的关键蛋白细胞色素P450 17A1 和芳香化酶CYP19A1表达，下调11β-羟类固醇脱氢酶HSD11B1表达，提高雌激素水平，预防GIOP[31]；③栀子中提取物栀子苷会提高ALP的活性，促进骨形成。栀子苷也可以促进小鼠成骨细胞前体细胞MC3T3-E1细胞向OB分化。使用GC处理MC3T3-E1细胞后，OPN、RUNX2、成骨相关转录因子(OSX)等表达下调，治疗组中均有上调。提示栀子苷可通过提高RUNX2和OSX等转录因子表达，增强成骨活动。有研究[32]指出栀子苷是胰高血糖素样肽1(GLP-1)受体激动剂，栀子苷可以通过GLP-1受体激活细胞外信号调节激酶(ERK)通路，ERK磷酸化后激活RUNX2，从而促进OB增殖分化，治疗GIOP；④巴戟天及其主要成分水晶兰苷和甲基异茜草素可促进OB增殖，提高ALP的活性，增强其矿化能力。巴戟天下调脂氧合酶(5-LOX)、白三烯A4水解酶(LTA4H)等代谢酶的表达，干扰花生四烯酸的代谢，促进MSC向OB分化，促进骨形成，减少骨量丢失[33]；⑤龟板提取物(PTE)可增加BMD和骨矿物含量(BMC)，改善骨微结构，增强骨强度。PTE可通过上调OPG的表达，抑制破骨细胞骨吸收来发挥治疗GIOP的作用[34]。还可通过调节丝裂原激活蛋白激酶MAPK通路中的p38MAPK及其相关基因和蛋白表达，上调STE20样激酶(STE20)、IGF-1受体、p38MAPK蛋白表达，下调肿瘤坏死因子受体相关因子6(TRAF6)蛋白表达，进而促进骨髓间充质干细胞(BMSC)的分化成熟，促进骨形成、增加骨骼矿化、维持骨量[35]；⑥川续断的主要活性成分木通皂苷D通过激活BMP/Smad信号通路，上调成骨相关因子RUNX2、BGP、Smad1和Smad5的mRNA表达，磷酸化的Smad1、Smad5和Smad8形成复合物后与Smad4结合，进入细胞核与转录因子RUNX2作用，促进BMSC向OB分化，治疗GIOP[36]；⑦菟丝子提取物增加IGF-1和转化生长因子(TGF-β)等生长因子的表达， TGF-β增强I型胶原蛋白的表达，促进骨形成，IGF-1调节β-catenin的稳定性，促进骨形成。菟丝子提取物会上调OPG、下调RANKL基因和蛋白的表达，通过OPG/RANK/RANKL信号通路，治疗GIOP[12]；⑧川芎的活性成分川芎嗪通过AMPK/mTOR途径，促进AMPK磷酸化，抑制mTOR磷酸化，进而促进BMSC自噬，保护BMSC，提高GIOP小鼠的BMD[37]。

2.5.2中成药：①左归丸可提高GIOP模型鼠BMD，增加骨小梁数量，显著下调DKK1 mRNA表达，通过Wnt/β-catenin信号通路促进OB增殖分化进而治疗GIOP[38]；②复方贞术调脂胶囊由女贞子、白术、丹参、佛手、杜仲组成，可提高β-catenin转录活性，上调β-catenin和促分裂原活化蛋白激酶激酶激酶2(MEKK2)蛋白表达，MEKK2可有效维持β-catenin的稳定，抑制MSC向脂肪细胞分化，稳定成骨细胞，治疗GIOP[39]。

3 小结

一些药物如双膦酸盐、菟丝子、左归丸和复方贞术调脂胶囊等通过Wnt/β-catenin信号通路治疗GIOP；川续断通过BMP/Smad信号通路治疗GIOP；淫羊藿、熟地黄、栀子和川续断等会通过影响RUNX2调控基因转录，影响OB增殖分化。一些药物也会通过影响糖类、脂质、花生四烯酸的代谢，治疗GIOP，但通路并不十分清晰。治疗GIOP药物的作用机制是否有更多，仍需要更多深入的研究。