謝興文 林德民 李鼎鵬 徐世紅 黃睿 趙建偉 姜朝陽(yáng) 羅鵬飛 鐘建春

1.西北民族大學(xué)附屬醫(yī)院，甘肅 蘭州 730000 2.甘肅省第二人民醫(yī)院，甘肅 蘭州 730000 3.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)，甘肅 蘭州 730000 4.甘肅省中醫(yī)院，，甘肅 蘭州 730000

骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis，OP)是好發(fā)于50～70歲的婦女群體的，以骨密度(bone mineral density，BMD)下降、骨質(zhì)變脆、易出現(xiàn)骨折為主要癥狀的一種全身代謝性骨骼疾病[1-2]。部分患者常由扭傷、摔傷等輕微損傷即可誘發(fā)骨質(zhì)疏松性椎體壓縮骨折(osteoporotic vertebral compression fractures，OVCF)、骨質(zhì)疏松性髖部骨折等嚴(yán)重并發(fā)癥[3-4]。大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及體內(nèi)、外研究指出，活性維生素D (vitamin D) 及其代謝的中間產(chǎn)物水平與OP性骨折有顯著相關(guān)性[5]。因此，通過(guò)研究維生素D及其代謝的中間產(chǎn)物的相關(guān)信號(hào)通路，或許能夠?yàn)檫M(jìn)一步的系統(tǒng)探究OP發(fā)病機(jī)制及OP治療方案提供一個(gè)新的思路。

1 維生素D與骨質(zhì)疏松癥

維生素D作為體內(nèi)關(guān)鍵的一種鈣調(diào)節(jié)激素，在抑制甲狀旁腺素分泌、促進(jìn)骨組織礦化方面具有關(guān)鍵效用。其中，維生素D在血液中的主要存在形式25-(OH) 維生素D，在促進(jìn)鈣吸收利用程度、OB生物活性、骨鹽沉積和骨形成中具有顯著作用[6]。

研究指出，骨折危險(xiǎn)性會(huì)隨著體內(nèi)25-(OH)2-D3水平下降，骨形成下降，BMD降低明顯[7]。一項(xiàng)針對(duì)于絕經(jīng)后女性BMD的研究中，通過(guò)對(duì)比髖關(guān)節(jié)骨折、未發(fā)生髖部骨折兩組患者的N-MID、25-(OH) D、Ca2+、髖部整體、Ward三角區(qū)、股骨頸以及股骨大轉(zhuǎn)子BMD后提出，絕經(jīng)期OP所致髖骨骨折患者BMD降低更加顯著，并與血清25-(OH) D水平降低有明顯相關(guān)性[8]。其他文獻(xiàn)也提出相似結(jié)論，絕經(jīng)后女性的血清中25- (OH) D水平越低，OVCF發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)隨之增加，因此，相對(duì)于BMD的檢查，其他骨代謝生化指標(biāo)的檢測(cè)，或許也能夠?yàn)楣谴x相關(guān)性疾病預(yù)后提供重要的參考依據(jù)[9-10]。也有研究[11]指出，無(wú)論男女，25-(OH) D水平降低均會(huì)對(duì)BMD產(chǎn)生影響。

在對(duì)老年OP患者的相關(guān)研究[12-13]中也發(fā)現(xiàn)，老年人較少接觸陽(yáng)光及戶(hù)外活動(dòng)量不足導(dǎo)致體內(nèi)血清25-(OH) D水平較低，致使老年人BMD、肌力、平衡力等均有不同程度下降，同時(shí)，髖部脆性骨折的風(fēng)險(xiǎn)也隨之增加。還有研究[14]指出，體內(nèi)血清25-(OH) D水平與胰島素水平有較大的關(guān)系。因此，老年人體內(nèi)血清25-(OH) D的定期監(jiān)測(cè)，在老年人群OP性骨折預(yù)防及治療中有較為重要的指導(dǎo)意義。同時(shí)，體內(nèi)血清25-(OH) D水平在OP的早期預(yù)防及治療相對(duì)于單純BMD檢查、X線(xiàn)片檢查具有顯著的優(yōu)勢(shì)和便捷性。

2 與維生素D相關(guān)的信號(hào)通路

2.1 Wnt/β-catenin信號(hào)通路

Wnt/β-catenin通路能夠以多種方式直接或間接影響骨細(xì)胞代謝，包括激活細(xì)胞內(nèi)Fas基因轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)骨細(xì)胞凋亡、激活多種蛋白酶引起軟骨基質(zhì)溶解及介導(dǎo)多種蛋白過(guò)度表達(dá)(如Wnt3a、BMP-2等)從而抑制相關(guān)細(xì)胞增殖[15]。

維生素D通過(guò)抑制細(xì)胞生長(zhǎng)和Wnt/β-catenin通路抑制細(xì)胞增殖[16]。在一項(xiàng)基于骨鈣素(OCN)水平，評(píng)估骨關(guān)節(jié)炎(OA)OB產(chǎn)生Wnt/β-catenin通路分子能力研究中發(fā)現(xiàn)，人原發(fā)性骨關(guān)節(jié)炎(OA)OB暴露于50 nm的1,25-二羥維生素D3[1，25-Dihydroxyvitamin D3，1,25 (OH)2D3]作用24 h后，所有樣本均對(duì)1,25(OH)2D3有反應(yīng)；同時(shí)，研究[17]還發(fā)現(xiàn)維生素D3有利于Wnt激動(dòng)劑的表達(dá)。1,25(OH)2D3發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)需要與VDR結(jié)合[18]。當(dāng)VDR與β-catenin結(jié)合形成復(fù)合體，降低β-catenin濃度，抑制β-catenin/TCF復(fù)合體的形成，影響下游基因的表達(dá)，從而阻滯Wnt通路發(fā)揮作用[19]。配體依賴(lài)的VDR通路可通過(guò)增加經(jīng)典Wnt通路抑制劑DKK-1 mRNA表達(dá)，抑制LRP5/6與Frizzed結(jié)合，影響β-catenin于細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄與聚集活性，進(jìn)而阻斷Wnt通路[20]。Muralidhar等[21]研究還發(fā)現(xiàn)，維生素D能夠通過(guò)抑制黑色素瘤Wnt/β-catenin通路，使癌細(xì)胞侵襲能力下降。Wnt/β-catenin通路作為OP發(fā)病機(jī)制中經(jīng)典通路之一，在骨量影響因素中也有重要作用。因此與1,25 (OH)2D3的相關(guān)性研究或許是研究OP防治之中重要的一環(huán)。

2.2 TLR信號(hào)通路

Toll樣受體(toll-like receptors，TLR)作為一種模式識(shí)別受體，在骨細(xì)胞中表達(dá)時(shí)，有助于TLR配體誘導(dǎo)的OC生成及分化。目前研究[22]發(fā)現(xiàn)，TLR4可通過(guò)髓系分化初級(jí)反應(yīng)基因88(myeloiddifferentiationfactor88，My D88)激活核因子κB，在促進(jìn)OC前體細(xì)胞分化的同時(shí)，提高成熟OC存活率。研究[23]指出，TLR4中的rs4986790 G>A和rs4986791 T>C與維生素D水平呈負(fù)相關(guān)，有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究[24]發(fā)現(xiàn)，維生素D3能夠通過(guò)抑制部分TLR2與TLR4表達(dá)而抑制腸道炎癥反應(yīng)，可減輕潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis，UC)臨床癥狀。

目前有較多研究指出，TLR通路與減少OC前體細(xì)胞的生成有著較大的相關(guān)性。因此，對(duì)該通路相關(guān)效應(yīng)分子的藥物加以研究，可能在OP防治中具有顯著的效果。

2.3 TGF-βSmad信號(hào)通路

轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)在細(xì)胞增殖、分化中具有重要作用。骨骼中TGF-β1含量豐富，能通過(guò)促進(jìn)間充質(zhì)細(xì)胞(mesenchymal stem cells，MSCs)及OB增殖分化，促進(jìn)骨形成。研究[25]指出，TGF-β1通過(guò)啟動(dòng)Smads通路以介導(dǎo)OB生理功能，影響骨形成。實(shí)驗(yàn)研究[26]發(fā)現(xiàn)，1,25 (OH)2D3可降低TGF-β1、Smad3和NF-κB的表達(dá)，同時(shí)誘導(dǎo)抗纖維化因子Smad7表達(dá)，維生素D能夠逐步降低心肌組織TGF-β1、Col-I、Col-III、α-actin、Myom-1的水平并影響大鼠體內(nèi)心血管重構(gòu)的程度。

2.4 MAPK信號(hào)通路

絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)屬于絲/蘇氨酸蛋白激酶家族。目前研究[27]表明，MAPK信號(hào)通路主要有：p38通路、JNK通路、ERK1/2通路、ERK5通路。

2.4.1p38信號(hào)通路：p38 MAPK能夠通過(guò)影響相關(guān)基因，誘導(dǎo)OB增殖、凋亡。當(dāng)OB p38 MAPK磷酸化被抑制時(shí)，能夠保護(hù)OB并促進(jìn)其增殖、抑制凋亡，當(dāng)OB p38 MAPK過(guò)度磷酸化時(shí)，將會(huì)引起OB凋亡[28-29]。研究[30-31]提示，維生素D可能通過(guò)過(guò)氧化物酶體增殖物活化受體α (PPAR-α) 通路影響p38 MAPK。同時(shí)有實(shí)驗(yàn)研究[32]指出，1,25 (OH)2D3能上調(diào)AdipoR2、p38 MAPK、 LPL目的基因及蛋白水平。

2.4.2JNK信號(hào)通路：JNK通路激活后，能夠影響caspase-3、Bad及BcL-2表達(dá)，誘使OB通過(guò)線(xiàn)粒體途徑凋亡[33]。當(dāng)JNK通路被抑制時(shí)，OB凋亡也將被顯著影響。有研究[34]提示，1,25 (OH)2D3可通過(guò)抑制T淋巴細(xì)胞JNK/AP-1通路促進(jìn)磷酸化糖皮質(zhì)激素受體表達(dá)。也有研究[35]發(fā)現(xiàn)，1,25 (OH)2D3可以顯著抑制細(xì)菌內(nèi)毒素脂多糖(LPS)誘導(dǎo)p38、ERK和JNK-MAPK磷酸化。1,25 (OH)2D3通過(guò)抑制MAPK途徑和下游炎癥分子的產(chǎn)生，降低LPS刺激神經(jīng)元膠質(zhì)細(xì)胞中炎癥分子的生成。

2.4.3ERK1/2及ERK5信號(hào)通路：ERK1/2通路可受到激素、生長(zhǎng)因子等多種來(lái)源刺激所激活，繼而激活ERK，從而促進(jìn)OB增殖[27]。有實(shí)驗(yàn)研究[36]發(fā)現(xiàn)，ERK1/2通路激活可被體外1,25 (OH)2D3干預(yù)而受到抑制。有研究[37]指出，流體剪切力能夠通過(guò)ERK5通路抑制TNF-α誘導(dǎo)OB凋亡。由于ERK1/2及ERK5通路對(duì)OB及OC具體作用的研究較少，因此維生素D能否通過(guò)該通路影響B(tài)MD仍需要進(jìn)一步研究。

2.5 NF-κB信號(hào)通路

NF-κB通路作為OP研究中一個(gè)經(jīng)典通路，主要具有降低OB代及增殖分化能力的作用，同時(shí)，在OB凋亡中也具有重要的影響。研究發(fā)現(xiàn)，1,25 (OH)2D3與VDR結(jié)合后，能夠抑制NF-κB轉(zhuǎn)錄因子信號(hào)，并且因?yàn)榫S生素D3本身具有的抗炎效果，1,25 (OH)2D3可通過(guò)抑制VDR/IkBa/NF-kB通路，減輕炎癥反應(yīng)[38]。有研究[39]指出，1,25 (OH)2D3能夠誘導(dǎo)VDR表達(dá)并促進(jìn)VDR與NF-κB p50亞單位的相互作用，從而減弱KLF5與NF-κB p50亞基的關(guān)聯(lián)，對(duì)巨噬細(xì)胞發(fā)揮抗炎和抗增殖作用。也有研究指出，1,25 (OH)2D3能介導(dǎo)阻斷MAPK及NF-κB通路調(diào)節(jié)細(xì)胞因子的表達(dá)，降低RANKL及OC相關(guān)基因表達(dá)[40]。

2.6 Runx2信號(hào)通路

Runx2作為MSCs成骨分化、骨生成和骨發(fā)育標(biāo)志，高表達(dá)則標(biāo)志MSC處于骨形成初階段[41]。有研究指出，1,25 (OH)2D3可以通過(guò)BMP信號(hào)通路促進(jìn)Runx2、OCN、COLⅠ和ALP等相關(guān)基因的表達(dá)，加速M(fèi)SC的成熟和礦化[42]。同時(shí)，1,25 (OH)2D3引起的OB分化抑制和脂肪細(xì)胞分化促進(jìn)作用被Runx2過(guò)度表達(dá)所補(bǔ)償，即1,25 (OH)2D3通過(guò)下調(diào)OB中Runx2來(lái)誘導(dǎo)OB向脂肪細(xì)胞的轉(zhuǎn)化[43]。

3 總結(jié)與展望

OP作為臨床骨科領(lǐng)域常見(jiàn)的全身代謝性骨骼疾病和研究中的熱點(diǎn)，其發(fā)病機(jī)制受到多種體內(nèi)、體外機(jī)制及因素共同作用。每年都不斷有大量的實(shí)驗(yàn)研究和基礎(chǔ)性研究提出新的假說(shuō)及發(fā)病機(jī)制，但是OP確切的、系統(tǒng)的發(fā)病機(jī)制仍未被完全闡述清楚。就此而已，單純從某一個(gè)或者是某幾個(gè)通路作用治療OP的方案可能仍存在較大的限制，但通過(guò)多通路共同作用來(lái)治療OP的角度分析，治療效果是否會(huì)因?yàn)槟承┬盘?hào)之間相互作用而增強(qiáng)或減弱也是亟待解決的問(wèn)題。

維生素D不僅在OP治療中具有很好地療效，在高血壓、糖尿病、腫瘤 、免疫功能失調(diào)等疾病中也表現(xiàn)出來(lái)較大的優(yōu)勢(shì)；但維生素D用于OP治療中存在的不良反應(yīng)，如促進(jìn)腎結(jié)石形成等也是不可忽略的問(wèn)題。因此，如何合理有效地規(guī)避維生素D在治療中不良反應(yīng)的同時(shí)將維生素D及其有效成分效用最大程度地發(fā)揮也是在OP治療中一個(gè)不可避免的問(wèn)題。因此，通過(guò)維生素D相關(guān)通路治療OP仍然有著不少需要解決的問(wèn)題，但可以相信，隨著更多基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)及系統(tǒng)性試驗(yàn)研究的探究，在OP發(fā)病機(jī)制相關(guān)信號(hào)通路將會(huì)有更加全面、深入的認(rèn)識(shí)，通過(guò)分子水平介導(dǎo)信號(hào)通路來(lái)治療OP也將有著更多的可能性。