朱磊

（上海市楊浦區(qū)平涼社區(qū)衛(wèi)生服務中心 郵編 200082）

人類生長發(fā)育、新陳代謝等生命特征的化學及分子生物學本質，實際上是人體與環(huán)境進行多種元素交換及不同元素在體內進行代謝的過程?，F證實，人體內微量元素平衡失調是疾病發(fā)生的病生基礎。微量元素與骨質疏松的發(fā)病、病理及治療密切相關。雖微量元素在骨組織的成分中含量甚微，卻是人與動物骨骼正常生長發(fā)育的必需因子，在調節(jié)骨代謝和骨重建中起重要作用。動物實驗表明，骨質疏松大鼠在骨礦物質主要成分—鈣、磷丟失的同時，微量元素的含量也隨之發(fā)生改變。目前國內外研究比較多的與骨質疏松相關微量元素有：氟、硒、鍶、鋅等，其中鍶鹽已作為防治骨質疏松的新藥于2004年在歐洲上市。本文就氟、硒、鍶、鋅在骨質疏松發(fā)病過程中的作用機制作一綜述。

1 氟與骨質疏松

氟是人體的必需微量元素之一，是一種已知可影響骨形成的非激素因子。氟是生物的鈣化作用所必需的物質，適量氟有利于鈣和磷的利用及在骨骼中沉積，加速骨骼的形成，增加骨骼的硬度，并降低硫化物的溶解度，對骨骼被吸收起抑制作用。因此氟對兒童的生長發(fā)育有促進作用。老年人缺氟時，鈣磷的利用受到影響，可導致骨質疏松，因此氟對骨質疏松癥有一定預防作用。但人體如果攝人過量的氟會產生氟斑牙、氟骨癥。因此氟對骨形成具有雙向調節(jié)作用。長期小劑量氟可促進骨形成，大劑量可引起骨質疏松或骨硬化[1,2]。

1.1 氟在骨形成過程中的直接作用

氟可以取代骨中羥磷灰石中羥基，形成更不溶于酸的氟磷灰石結晶。氟并不能浸潤到已形成的骨中，但卻在骨質形成期與骨質結合。另外，在正常情況下，羥磷灰石與骨膠原同時形成，在骨質疏松中氟磷灰石結晶與膠原形成交又，所形成的氟磷灰石結晶比羥磷灰石結晶粗大，不易溶解，以致氟磷灰石結晶在轉換過程中能較強地拮抗破骨細胞的溶骨，從而抑制骨吸收。堿性磷酸酶（ALP）和骨鈣素（BGP)分別是成骨細胞（OB）培養(yǎng)過程中早期和晚期分化的指標。ALP表達隨著細胞分化的發(fā)展而增強，其作用是水解有機磷釋放出無機磷、而作用于羥磷灰石的形成，是骨形成所必需的酶，它的表達代表著骨形成的狀況，表明細胞分化的開始[3]。BGP是OB合成和分泌的一種含羧基谷氨酸的非膠原蛋白，是反映OB分化成熟及骨更新狀況的一項特異性指標。骨鈣素在維持骨的正常礦化，抑制軟骨的鈣化和不規(guī)則晶體沉積中扮演著重要的角色，具有骨代謝調節(jié)功能。一方面氟能刺激OB分泌骨鈣素，使得有更多的羥磷灰石晶體與之結合并沉積于骨基質，同時由于F半徑與OH半徑相同，且具有相同電荷，故易使羥磷灰石置換為氟磷灰石，而使更多的氟磷灰石沉積于骨基質[4]。高濃度氟對OB的持續(xù)性刺激使產生過量的骨鈣素，從而導致過多的氟磷灰石與骨鈣素結合，引起骨晶體結構異常而導致骨損害。

1.2 氟對成骨細胞的作用

成骨細胞(osteoblast, OB)在氟中毒時成骨細胞系的細胞明顯活躍，細胞數增大，胞體肥大。1983年Fareley等[5]首次通過雞胚骨細胞培養(yǎng)，證實氟化物能直接刺激成骨細胞系的增生和增強堿性磷酸酶(ALP)活性，加強成骨作用。氟還可刺激間充質干細胞向成骨細胞方向分化，誘導骨形成。Dequcker[6]認為氟化物通過對OB的有絲分裂的作用，促使OB沉積形成階段性的生長速度增加，使OB數量增多，功能增強。Chavassieux[7]等的實驗研究表明:氟化物可能作用于骨原細胞或通過輔因子介導的間接機制而起作用。用氟化物治療的骨質疏松病人骨骼取得的OB也表明，在體外培養(yǎng)顯示氟化物對OB有較高的增殖能力。由此推論，在活體內氟化物可通過合成一些局部生長因子間接作用于OB，或者直接作用于成骨細胞系的某些亞群。許多研究表明，氟化物能影響成骨細胞系的分化過程，能使成骨細胞系的ALP活性升高和骨鈣素含量增加，能刺激培養(yǎng)人的骨髓基質細胞生成骨鈣蛋白(BGP)。李廣生等在大鼠氟中毒實驗中觀察到血清BGP水平明顯升高，與ALP活性升高一致。

1.3 氟對破骨細胞的作用

目前對于氟對破骨細胞（OC）的作用主要有兩種不同的看法，其一認為：氟對破骨細胞主要起抑制其增殖、促進其凋亡的作用。邱明才等[8]的研究表明，氟化鈉可呈劑量依賴性的抑制正常和OVX大鼠OC的形成井促進正常和OVX大鼠OC凋亡。其二認為：氟可以增強破骨細胞骨吸收的功能及促進破骨細胞的增殖。李廣生等[9]的研究表明：在一定劑量范圍內的氟化物可呈劑量依賴性的增加破骨細胞骨吸收陷窩的數目及提高基質金屬蛋白酶9（MMP-9）的mRNA和蛋白質的表達而增強破骨細胞骨吸收功能。破骨細胞在氟中毒時常呈活躍增生狀態(tài)。任立群等[10]在氟中毒大鼠脛近端干髓端用雙方形網絡細胞試驗系統(tǒng)做OC計數，在低鈣偏食飼料飼養(yǎng)2個月者，投氟組OC數明顯增多;在富鈣平衡飼料飼養(yǎng)4個月者，投氟組OC數較對照組亦有一定程度增加，但無統(tǒng)計學意義；只是在富鈣平衡飼料飼養(yǎng)2個月者，投氟組OC數反而較對照組減少。表明在多數情況下，氟化物造成的是骨轉換增高，破骨性吸收增強。國外研究大多強調氟化物的基本作用是刺激成骨，抑制骨吸收。Belyc曾推測，氟中毒時人骨量增加不僅是由于成骨活動的加強，還可能由于OC數量減少和生命周期縮短。氟化物在什么條件下對OC起抑制作用，又在什么條件下由抑制轉為激活，還有待于進一步研究。

2 硒與骨質疏松

目前，對硒與骨質疏松關系的研究主要觀點認為：硒主要通過硒蛋白的抗氧化效應而起到維護正常骨代謝的作用。在我國的西藏地區(qū)，由于土壤中的硒含量過少而導致一種硒缺乏癥大骨節(jié)病。有研究表明活性氧參與骨質疏松癥的發(fā)生發(fā)展，骨質疏松癥患者的整體抗氧化能力比較低，在這些研究中的數據顯示骨質疏松癥患者的維生素E和GPx水平較正常組低。此外，在肝素誘發(fā)骨質疏松的兔模型中，硒與維生素E可以恢復重建的骨結構。硒在體內的活性形式有含硒酶和含硒蛋白，谷胱甘肽過氧化物酶(GSHpx)是含硒酶的一種，是體內的一種預防性的抗氧化劑，主要作用是阻斷自由基的生成。此外，硒具有保護細胞、增強細胞膜功能，從而保護細胞間緊密結構，減少鋁的吸收而促進排泄，同時促進鈣的吸收。因此硒通過改善鈣磷代謝增加血鈣和骨鈣沉積、減少骨鹽分解，同時降低機體對鋁的吸收，對高鋁引發(fā)的骨質疏松有一定的保護作用，因而降低骨質疏松的產生和發(fā)展。

2.1 活性氧與骨質疏松

骨的代謝受間充質細胞來源的成骨細胞和造血系統(tǒng)來源的破骨細胞的影響。后者最終通過細胞溶合分化為多核的巨噬細胞。它們通過整合素作用緊密地吸附在骨表面形成所謂封閉區(qū)。其細胞膜的基底面有皺褶，能夠分泌氫離子、氯離子和蛋白酶進入一種“細胞外溶酶體”的管腔。在骨吸收的過程中產生大量的活性氧，如果活性氧沒有得到足夠的區(qū)室化或中和，那么它將會損害周圍微環(huán)境中的細胞與細胞外基質組分。實驗表明，由于去卵巢大鼠的雌激素缺乏，導致了骨的活性氧含量增高，進而導致骨質疏松癥。另有實驗證明，泄出的活性氧可改變成骨細胞功能。因此研究者假定，適當的骨代謝和細胞外基質的質量需要良好的硒蛋白活性，從而能增強抗骨折能力。

2.2 硒蛋白是一種良好的抗氧化劑

眾所周知，抗氧化劑硒蛋白是谷胱甘肽過氧化物酶1-4和6(GPx)和硫氧還蛋白還原酶1-3(TrxR)蛋白家族[11]。研究者很早就利用放射性硒發(fā)現硒蛋白在骨中的表達。研究者發(fā)現，幾種在人類成骨樣細胞中的標記帶能部分的被識別為GPxs、SeP、TrxRl和TrxR2。體外試驗證明，GPx和TrxR的活性取決于硒的供應。當硒充足時，維生素D可以刺激TrxR的活性。對間充質干細胞(MSC)中硒蛋白表達的分析，前者能分化為成骨細胞、軟骨細胞和脂肪細胞，說明間充質干細胞中含有差不多20種硒蛋白的mRNA。研究者在體外試驗中可以看到，細胞培養(yǎng)液中含硒量能夠影響微核的形成，這表明硒蛋白的活性能夠降低遺傳毒性。此外，在體外培養(yǎng)的單核細胞、巨噬細胞和破骨細胞的分化過程中表達高水平的抗氧化蛋白(如GPxs)，它的活性很大程度上取決于含硒量。

3 鍶鹽與骨質疏松

鍶是骨骼的重要組成成分，它能促進骨骼的發(fā)育和類骨質的形成，并有調節(jié)鈣代謝的作用。雷奈酸鍶（SR）對骨的作用有雙重性，低劑量的鍶能刺激新骨形成，高劑量的鍶能引起骨礦化低下。Meunier等在對1 649名患絕經后骨質疏松的婦女進行隨機雙盲安慰劑對照藥物試驗，隨訪3年接受鍶化合物治療的患者椎骨骨折的發(fā)生率較安慰劑組明顯下降。此外，Seeman等發(fā)現鍶化合物可以降低年輕婦女和老年婦女椎骨和非椎骨骨折發(fā)生率。

3.1 鍶鹽抑制骨吸收及促進骨形成的實驗研究

在小鼠顱骨的培養(yǎng)系統(tǒng)中，通過測定鈣的排出情況，發(fā)現SR(0.1～1 mmol/L)能夠抑制骨吸收。Baorn和Tsouderosl進一步驗證了SR抑制骨吸收的機理[12]。SR(0.1～1 mmol/L)能夠使破骨細胞分化的兩項主要指標—碳酸酐酶II和親玻黏連蛋白受體的表達明顯減少，分別下降30.0%～46.0%，30.7%～40.6% (P<0.05)，并有劑量依賴性。將大鼠的破骨細胞在牛骨骨片上進行培養(yǎng)，加入SR (0.1～1 mmol/L)后，其吸收功能(骨吸收陷窩指數)下降32.0%～66.0%。因此，SR通過減弱前破骨細胞的分化以及降低破骨細胞的骨吸收能力，抑制骨吸收。關于SR對成骨細胞的作用同樣有體外研究的結果。Canalis等將新生大鼠的顱骨用SR培養(yǎng)24 h，1～3 mmo l/LSR使前成骨細胞的復制增加30.0%～50.0%(24 h)和60.0%(96 h)。將22 d的大鼠胚胎顱骨用1～3 mmol/LSR培養(yǎng)，發(fā)現前成骨細胞群的DNA合成增加3～4倍，成骨細胞的膠原蛋白和非膠原蛋白合成增加35.0%。研究顯示，SR通過促進前成骨細胞的復制以及增強成骨細胞的功能，達到促進骨形成的作用。

3.2 鍶鹽促進成骨、抑制吸骨的分子機制

鍶與鈣非常相似，具有很高的親骨性?，F已證明了鍶可能部分通過作用于鈣感受器受體，并且能活化第二信使和細胞絲裂原活化蛋白激酶信號途徑發(fā)揮作用，從而達到促進前成骨細胞增殖、促進成骨細胞分化和激活、誘導I型膠原的合成及骨砊化形成[13,14]。雖然其他研究也已證明了可能存在一種新的鍶作用于成骨細胞感受器的機制。然而同鈣相比，在親和力及動力學方面，鍶和受體的直接相互作用尚未得到明確。最近的研究也證明鍶能通過環(huán)加氧酶2促進前列腺素E2的產生，促進了骨髓基質細胞的成骨分化。然而并不清楚鍶在細胞水平上的干擾機制?，F有的研究也表明：鍶鹽可通過作用于鈣感受器受體而促進破骨細胞的凋亡。破骨細胞的功能主要是通過核因子KB受體活化劑(RANK)來調控的，RANK本身是通過存在于成骨細胞的特定配體(RANKL)而活化的。一些研究表明鍶能減少RANKL的表達和促進骨保護素的產生，骨保護素和RANKL相競爭的與RANK結合而起到抑制破骨細胞活性的作用。因此鍶能抑制RANKL/RANK之間的相互作用，但并不清楚鍶是否能直接影響任何已知的在骨重吸收中調控破骨細胞功能的信號途徑。

4 鋅與骨質疏松

鋅元素既是骨的組分，又參與骨的代謝過程。由鋅決定或影響著的酶有100多種。細胞內鋅的含量豐富，主要在細胞核內，近年來發(fā)現在mRNA中濃度比總RNA中濃度高許多倍，顯示鋅與蛋白質合成遺傳信息的傳遞有關。在骨細胞體外培養(yǎng)和斷奶鼠口服硫酸鋅的實驗中均證實鋅能增加骨骼膠原蛋白的合成，提高堿性磷酸酶的活性。鋅是成骨細胞分化標志性酶--堿性磷酸酶(ALP)的輔基，補鋅可增加ALP活性。鋅能調節(jié)激素對骨代謝的影響。實驗證明鈣調激素1.25(OH)2D3對斷奶鼠骨代謝的調節(jié)作用明顯因鋅的作用而加強，說明鋅是骨代謝調節(jié)的激活劑。鋅具有穩(wěn)定肥大細胞和抑制內源性肝素顆粒釋放的作用，而內源性肝素與骨質疏松病理過程有關。鋅缺乏時可降低成骨細胞功能，使膠原和硫酸軟膏素合成降低。在許多去勢動物模型中提到，鋅在骨新陳代謝中具有成骨作用，歸功于抑制骨再吸收和刺激骨形成。骨質疏松大鼠骨鋅含量明顯較正常低。

鋅可以調節(jié)各種膜上的酶，如ATP。在骨礦化鈣沉積過程中，堿性磷酸酶和ATP最為重要，缺鋅將使堿性磷酸酶和ATP活性降低，影響骨的代謝[15]。鋅能穩(wěn)定成纖維細胞和溶酶體細胞膜，起保護作用。破骨細胞含有大量的溶酶體，缺鋅會使溶酶體膜的穩(wěn)定性降低，使溶酶體膜發(fā)產特異性改變。作為膜的結構成份鋅，它的特異功能不能為別的離子所代替。

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