PTH在骨质疏松症及其作用机制的研究进展
张小骞;邱奕雁;刘禹舒;苏萌;蓝涛;杨欣建;陈扬
【摘 要】随着我国逐渐步入老龄化社会,骨质疏松症及其并发症将给社会带来巨大的负担.甲状旁腺激素(Parathyroid hormone,PTH)是由84个氨基酸组成的直链肽,与传统的抗骨质疏松药物不同,其可以调整骨转换状态,重塑骨小梁,使得骨量增加,降低骨质疏松骨折风险,因此在众多抗骨质疏松药物中备受关注.随着对PTH骨质疏松症的研究不断深入,甲状旁腺相关肽PTHrP、甲状旁腺1型受体PTHlR、胰岛素样生长因子1 (IGF-1)等先后被发现在PTH激活PTHlR抗骨质疏松中发挥作用,本文将有关研究进展做一综述.%As the population ages in our country,osteoporosis disease and its complications will bring huge burden to the society.Parathyroid hormone (PTH),which consists of 84 amino acids linear peptide,unlike traditional anti osteoporosis drug,can adjust the state of bone turnover,reshape the trabecular bone,which leads to increased bone mass and reduces the risk of osteoporosis fracture.Therefore it has attracted much attention in many anti osteoporosis drug.As the further study of PTH treatment of osteoporosis,parathyroid hormone-related peptide (PTHr
P),parathyroid hormone type 1 receptor (PTH1R),insulin-like growth factor 1 (IGF-1) have been discovered in the PTH activation PTHI R anti osteoporosis function.This review is mean to illustrate the research progress briefly.
【期刊名称】《生物骨科材料与临床研究》
【年(卷),期】2017(014)006
【总页数】4页(P69-72)
【关键词】甲状旁腺激素;骨质疏松;成骨细胞;信号传导
【作 者】张小骞;邱奕雁;刘禹舒;苏萌;蓝涛;杨欣建;陈扬
【作者单位】广东医科大学研究生学院,广东湛江524023;广东医科大学研究生学院,广东湛江524023;广东医科大学研究生学院,广东湛江524023;深圳市第二人民医院脊柱外科,广东深圳518035;深圳市第二人民医院脊柱外科,广东深圳518035;深圳市第二人民医院脊柱外科,广东深圳518035;深圳市第二人民医院脊柱外科,广东深圳518035
【正文语种】中 文
【中图分类】R681
骨质疏松症是一种多原因引起的骨量下降和骨密度降低的退行性疾病，骨微结构的破坏以及骨脆性增加，会导致骨折风险增加。在全世界，平均每3秒钟就有一例因骨质疏松症导致骨折的患者。在年龄超过50岁的老年人中，1/3的女性以及1/5的男性会发生骨质疏松性骨折[1]。而骨折的部位多发生于脊柱和髋部，有着极高的发病率、死亡率和致残率。在全世界范围内，骨质疏松性骨折所造成的社会负担占非传染性疾病所造成的社会负担的0.83%；除肺癌以外，患者发生骨质疏松性骨折会比常见癌症患者损失更多的健康寿命年[2,3]。而在我国，人口结构逐步进入老龄化，现有的医疗卫生条件欠发达，骨质疏松性骨折患者将会损失更多的健康寿命年[4]，并带来更加巨大的社会负担。
目前抗骨质疏松症的药物有促进成骨细胞的甲状旁腺激素、锶盐类等，以及抑制破骨细胞的双膦酸盐类、雌激素、降钙素等[5,6]。鲑鱼降钙素因长期其发生肿瘤的风险大于收益，已被欧洲药品管理局宣布禁用[7]。双膦酸盐类药物有着食管和胃肠道刺激[8]、下颌骨坏死、非典型骨折、食管癌、房颤、延长骨折愈合等不良事件，使得该类药尚未得出一个
理想的疗程方案[9]。雌激素因其长期使用会增加妇科肿瘤的发生，尤其是乳腺癌、子宫内膜癌等，其风险远大于收益[10]。鉴于上述药物存在的风险，甲状旁腺激素类药物脱颖而出，特立帕肽是甲状旁腺激素的代表药物，其能明显增加骨皮质厚度、增加骨小梁，改善骨骼内部网状结构，从而使得骨量明显增加。但其间断小剂量的给药方法和具体作用机制尚不十分清楚，在临床应用中时有患者用药后骨量下降的报道，其药物疗效及安全性备受人们怀疑。因此明确PTH抗骨质疏松症的具体机制对临床应用更具有价值。笔者就PTH在抗骨质疏松的作用机制做一综述。
PTH是调节骨代谢的重要激素，其化学结构是由84个氨基酸组成的多肽直链，其主要功能是调节血钙磷平衡。骨代谢主要分为骨吸收和骨形成两个部分，当两者维持动态平衡的状态时，有利于骨量的维持，但随着年龄增长，骨吸收逐渐占主导地位，使骨形成减弱，最终导致骨质疏松发生。PTH不同于以往的骨吸收抑制剂，其在骨骼的稳态维持过程中，有着双重调节作用[11]。这主要取决于给药方式和剂量。Cupp等[12]学者研究发现，通过连续性给予PTH可使骨吸收速度加快，而间歇性皮下应用PTH可使得骨转换指标降低，恢复或增加骨小梁，从而增加骨量。这是因为在不同条件下，PTH可以激活RANK系统，增加破骨细胞数量，从而促进骨吸收作用。在成骨方面，PTH可增加成骨细胞的数量，延长成骨
细胞存活时间，抑制SOST的表达，从而促进成骨作用；因此，间歇性小剂量给予PTH可以使成骨作用占主导地位。Matsumoto T等[13]对切除卵巢的小鼠间断使用 PTH，与对照组结果比较发现，在小鼠绝经后骨质疏松症早期，PTH能预防骨量丢失，甚至可以提高松质骨中的骨小梁的数量和皮质骨中的骨量，增加骨密度。seifert
Prank等[14]观察发现，正常人体内PTH是以脉冲方式分泌，而骨质疏松症患者缺乏正常的分泌时相性。因此，间断小剂量的给药方式在一定程度上可以恢复原有的生理时相。为了更好的恢复PTH正常的生理时相，寻PTH抗骨质疏松最佳的用药时间与剂量，Shimizu M等[15]，运用微量注射泵以1g/kg/h的剂量向大鼠注射PTH，用药时长为每日1～4小时不等，结果显示，各组均能激活骨形成相关基因以及骨吸收相关基因。4周后发现，每日用药1小时大鼠组，在用药14天后，其血清骨形成标志物显著增高；2～4周时，其骨密度也明显升高。而每日用药4小时大鼠组，血清骨形成标志物与血清骨吸收标志物都升高，可能骨吸收作用占据主导地位，因此其骨密度并没有增加，这一研究结果为临床最佳用药剂量及时间提供了理论依据和指导意见，运用PTH骨质疏松时，应控制时间剂量，尽可能模仿PTH原有脉冲式分泌方式，使得成骨作用占主导地位。这一实验结果也对后续PTH作用机制的研究有指导性意义。
甲状旁腺激素1型受体（parathyroid hormone type 1 receptor，PTH1R）是 B型 G蛋白偶联受体家族中的一员，PTH1R主要分布在成骨细胞、间质细胞表面和肾小管基底膜，主要功能是调节骨转换和细胞外钙离子平衡；目前PTH与PTH1R结合可以激活下游2个主要信号通路，一条是Gs/cAMP/PKA通路，PTH与PRH1R结合后，激活下游信号通路，促进骨细胞中 RANKL基因的表达，向下调节并激活Runx2等活性，促进骨髓间充质干细胞（bonemesenchymalstemcells，BMSC）向成骨细胞分化。另一条是PLC/PKC通路，目前研究认为该通路对PTH的破骨作用有辅助增强效应，通过激活L型电压门控钙通道来提高细胞内Ca2+浓度，从而调节相关基因的表达。SainiV等[16]学者构建了一个敲除小鼠骨细胞PTH1R基因的动物模型，当间断使用PTH刺激时，不能抑制其骨硬化蛋白（Sclerostin）的合成或诱导RANKL基因的表达[17,18]，因此成骨细胞和破骨细胞的数量和活性没有明显改变，骨转换依然维持在低水平状态；即使是连续使用 PTH，同样也未能诱导骨小梁丢失或增加破骨细胞的数量。由此可见，PTH1R是PTH调节骨转换的重要受体，在激活下游信号通路中起关键作用[19]。为了进一步了解PTH1R受体的功能，PTH1R上的磷酸化位点逐步被人们发现，ZindelD等[20]运用质谱分析法鉴别出PTH1R羧基端的9个磷酸化位点，通过突变分析，进一步鉴别出丝氨酸残基和苏氨酸残基（Ser489-Ser495 and Ser501-Thr50
6）是PTH诱发受体磷酸化最主要的位点。CuppME等[12]研究发现，PTH以及PTH相关肽都可以和PTH1R结合，并且激活下游的信号通路，包括Gs/cAMP/PKA信号通路，Gq/Ca2+/PKC信号通路和 -arrestin信号通路等。但产生的生物学效应存在差别，这可能是PTH相关肽可以选择性的激活PTH1R上的磷酸化位点，从而选择性的激活下游的信号通路，产生不同的效应。
在此研究基础上，美国生物制药公司Radius Health合成了新型抗骨质疏松症药物Abaloparatide，这是一种新型的34-氨基酸肽，与 PTH(1-34)和 PTHrP（1-34）具有同源性，在应用Abaloparatide去卵巢大鼠的实验中发现[21,22]，其可以有效的升高骨形成标志物、增加骨小梁，促进成骨作用。同时不升高骨吸收标志物，没有明显的骨吸收作用，与特立帕肽相比更具有优势。
PTH主要是调节骨转换状态来达到促进成骨的，间断使用PTH可以增强成骨细胞活性和数量。一方面，PTH通过刺激成骨细胞分泌胰岛素样生长因子-1（IGF-1）和转化生长因子-（TGF-）增强成骨细胞活性。另一方面 [23]，BMSC具有分化为成骨细胞、破骨细胞、软骨细胞以及脂肪细胞等细胞的潜能，在PTH作用下可以促进BMSC分化为成骨细胞，同时
可以抑制BMSC分化为脂肪细胞。与此同时，PTH可抑制成骨细胞凋亡，延长成骨细胞寿命。通过PTH1R激活cAMP信号通路抑制死亡受体介导的凋亡通路，抑制凋亡蛋白Bad并增加凋亡相关基因Bcl-2的转录[24]。也有研究指出，PTH激活PTH1R可以抑制 -连环蛋白的降解和磷酸化从而调节 Wnt的表达，促进骨髓间充质干细胞（bonemesenchymalstemcells，BMSC)向成骨细胞分化，这个过程中，骨硬化蛋白 (Sclerostin,SOST)反应性升高进行负反馈调节，若间断使用 PTH，可直接抑制 SOST基因表达，减少骨硬化蛋白合成，从而促进成骨[25,26]。护骨素（osteoprotegerin，OPG）是肿瘤坏死因子（tumornecrosisfactor，TNF)受体超家族的成员之一，RANKL是TNF超家族成员。RANKL与破骨细胞表面的RANK受体结合，激活NF-KB，c-Fos，促进破骨细胞成熟。OPG可与RANKL竞争性结合，抑制破骨细胞功能。Costa等[27]发现，持续大剂量应用PTH可升高RANKL：OPG的比值，当这一比值升高时，破骨细胞数量增加；间断皮下注射PTH可使RANKL：OPG比值保持不变，使破骨细胞停留在早期发育阶段，同时成骨细胞数量增高，进而促进成骨。