楊 威 魯艷芹 韓金祥

山東第一醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院內(nèi)分泌科 (山東 濟南 250014)/山東第一醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)科學(xué)學(xué)院(山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院) (山東 濟南 250062)/山東省罕見病重點實驗室，國家衛(wèi)健委生物技術(shù)藥物重點實驗室，山東省醫(yī)藥生物技術(shù)研究中心 (山東 濟南 250200)

1 雙膦酸鹽類藥物的總體介紹

1968年，F(xiàn)leisch等[1]基于先前無機焦磷酸鹽的研究首次報道了雙膦酸鹽在骨代謝方面的作用。與焦磷酸鹽比較，雙磷酸鹽的p-c-p骨架更加穩(wěn)定，不易被水解，磷酸基團上的氧原子與骨礦物質(zhì)形成配位螯合，對羥膦灰石有強大的親和力。雙膦酸鹽類化合物中還有R1、R2側(cè)鏈(圖1)，R1決定雙膦酸鹽能否快速特異性結(jié)合到骨礦物表面，R2的長短決定藥物的脂溶性、穩(wěn)定性和生物利用度[2]。雙膦酸鹽類藥物主要作用于破骨細胞，抑制破骨細胞活性，促進破骨細胞凋亡，減少骨痛，降低骨折的發(fā)生率，也作用于成骨細胞，抑制成骨細胞凋亡，抑制骨吸收[3]。臨床上，雙膦酸鹽藥物是治療骨質(zhì)疏松的主要藥物，另外也被用于惡性腫瘤的骨轉(zhuǎn)移、代謝性骨病的治療(表1)。

圖1 焦磷酸和雙膦酸鹽的化學(xué)結(jié)構(gòu)

2 雙膦酸鹽的藥物化學(xué)性質(zhì)

雙膦酸鹽類藥物迅速發(fā)展，出現(xiàn)一系列化合物，根據(jù)側(cè)鏈的不同被分為三代，第一代產(chǎn)品側(cè)鏈為烴類基團；第二代產(chǎn)品側(cè)鏈引入了氮原子，活性增強，有效地抑制破骨細胞活性，增加破骨細胞凋亡；第三代產(chǎn)品引入了更為復(fù)雜的含氮雜環(huán)，活性更強，抗骨吸收能力更強、更高效，治療范圍更廣泛。第三代藥物的活性甚至比第一代藥物高幾萬倍(表1)。受藥物活性、給藥方式、不良反應(yīng)的限制，雙磷酸鹽類藥物對某些疾病選擇性高效。例如，依替磷酸鹽和阿倫磷酸鹽顯著降低乳腺癌的風(fēng)險[4]，之前也有研究表明，兩種藥物可用于治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松和糖皮質(zhì)激素引起的骨質(zhì)疏松癥，其他實體瘤骨轉(zhuǎn)移應(yīng)用唑來磷酸較多(表1)。

表1 三代雙膦酸鹽類藥物的特征

3 雙膦酸鹽的藥物動力學(xué)性質(zhì)

雙磷酸鹽類藥物循環(huán)中基本上以原形的形式存在，雙膦酸鹽藥物的化學(xué)結(jié)構(gòu)決定了它們在體內(nèi)能夠快速被吸收，在血漿中停留時間較短，半衰期約為1～2h，在骨骼吸收過程中從羥基磷灰石上解吸，并被破骨細胞吸收，但也可以再次被骨骼吸收或在循環(huán)中釋放，主要分布在骨活動較為活躍的部位，并且停留時間較長，通常在骨中能夠停留數(shù)年之久[35]。藥物主要通過腎臟排泄，并且與腎功能相關(guān)。BP排泄到尿液中，給藥后尿液中的藥物水平通常在一段時間后升高，并且維持時間較長，在尿液中的存留時間要比血液中長，這大概是由于藥物從骨骼中緩慢地補充所致[36]。臨床上主要是通過肌酐清除率來糾正其劑量。它們在尿液中原樣排泄，膽汁中排泄的比例很小[37]。藥物動力學(xué)和藥效學(xué)結(jié)果能夠證明藥物對患者的作用，較好地說明了雙磷酸鹽類藥物毒性效果，用藥劑量之間的相關(guān)性，最終為臨床上劑量方案提供依據(jù)，以及根據(jù)不同的骨病類型給予不同的藥物[36]。

4 雙膦酸鹽藥物的作用機制

4.1 雙磷酸類藥物對破骨細胞的作用在骨吸收過程中，破骨細胞利用細胞膜上的中空質(zhì)子泵調(diào)節(jié)細胞間隙微環(huán)境，將周圍的pH值降低，在酸性條件下雙膦酸鹽藥物能夠與骨表面解離，進入細胞外環(huán)境中，破骨細胞通過胞吞作用將藥物移入胞內(nèi)[38]。雙膦酸鹽進入細胞后的作用機制又有所不同，主要分為兩大類：不含氮雙膦酸鹽和含氮雙膦酸鹽。

第一類是不含氮雙膦酸鹽，包括氯屈磷酸鹽和依替磷酸鹽，也是第一代雙膦酸鹽藥物，它們的結(jié)構(gòu)與焦磷酸酯最為相似。雙膦酸鹽的P-C-P基團可以代替ATP的β，γ-磷酸基團，產(chǎn)生不可水解的三磷酸腺苷(ATP)類似物(AppCp)。這一可逆反應(yīng)是在氨?；?tRNA合成酶家族催化下進行的[38]，氨?；鵷RNA合成酶是細胞質(zhì)酶，所以不含氮雙膦酸鹽被細胞攝取后代謝為不可水解的具有潛在細胞毒性的AppCp型核苷酸會在細胞質(zhì)中累積。利用脂質(zhì)體包裹AppCCl2p進入細胞的實驗表明這些積累的代謝物會對細胞造成毒性。第一代雙膦酸鹽藥物被破骨細胞攝取進入細胞后經(jīng)過代謝會產(chǎn)生對細胞本身活性和形態(tài)造成影響的不可水解的毒性ATP類似物，影響破骨細胞對骨的吸收，使破骨細胞凋亡[39]。

第二類是含氮雙膦酸鹽，包括阿倫磷酸鹽、唑來磷酸鹽等。這類磷酸鹽側(cè)鏈較大，空間位阻較大，不能夠被吸收進入細胞質(zhì)，它們是通過抑制甲羥戊酸代謝途徑中的法呢基焦磷酸酰合酶(FPPS)發(fā)揮作用的[40]。甲羥戊酸途徑(Mevalonate pathway)負責(zé)產(chǎn)生類異戊二烯及其下游成分，包括膽固醇，類固醇激素等[41]。產(chǎn)生的這些類異戊烯脂質(zhì)的作用是參與小GTP酶(Ras、Rho、Rac)翻譯后對C末端半胱氨酸殘基的修飾(異戊烯化)[42]。而小GTP酶在破骨細胞的骨吸收功能中起了重要作用[43]。雙膦酸鹽類藥物抑制了法呢基焦磷酸酰合酶(FPPS)，阻礙了異戊二烯化過程，從而引起破骨細胞重要功能的改變，甚至凋亡，也能夠引起甲羥戊酸途徑中緊接FPPS上游的代謝產(chǎn)物IPP在細胞內(nèi)積累，這種積累會導(dǎo)致短暫的炎性急性期反應(yīng)[35]，同時在氨?；?tRNA合成酶作用下，IPP與ATP代謝產(chǎn)物AMP偶聯(lián)產(chǎn)生APPPI(ATP類似物)，抑制線粒體腺嘌呤核苷酸轉(zhuǎn)位酶引起破骨細胞的凋亡[44]。

4.2 雙磷酸類藥物對成骨細胞的作用與作用于破骨細胞機制不同，雙膦酸鹽可以通過影響成骨細胞中蛋白活動影響骨吸收[45]。研究表明，雙膦酸鹽藥物可以通過打開連接蛋白43半通道來激活細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)，ERK被激活后可作用ERK的細胞質(zhì)靶標(biāo)—p90RSK的激酶，激酶磷酸化促凋亡蛋白BAD和C/EBPβ。C/EBPβ的磷酸化導(dǎo)致蛋白酶結(jié)合，從不依賴轉(zhuǎn)錄因子的轉(zhuǎn)錄活性抑制凋亡，BAD被磷酸化直接失活[46]。只有低濃度的雙磷酸鹽才能保證藥物正常發(fā)揮作用，從骨表面持續(xù)釋放低濃度的藥物能夠保證藥物的持續(xù)供應(yīng)，另外，含氮和不含氮的雙磷酸鹽藥物作用機制沒有差別[46]。

5 雙膦酸鹽藥物的部分應(yīng)用

5.1 雙膦酸鹽在骨相關(guān)疾病中的應(yīng)用

5.1.1 雙膦酸鹽在成骨不全中的應(yīng)用 成骨不全癥(OI)是一種嚴(yán)重的骨骼發(fā)育缺陷性疾病，臨床表現(xiàn)為骨脆性增加和反復(fù)骨折、骨小梁纖細、藍色鞏膜和牙本質(zhì)發(fā)育不良等。所以也被稱作脆骨病。成骨不全癥是一種罕見遺傳性結(jié)締組織疾病[47]，在成長過程中輕微碰撞就會發(fā)生骨折，而且經(jīng)常是反復(fù)骨折。病情嚴(yán)重者甚至宮內(nèi)骨折。雙膦酸鹽能夠有效抑制骨吸收，增強骨密度，是目前治療成骨不全癥的主要藥物[48]。

口服利塞磷酸鹽能夠有效增加患者骨礦物質(zhì)密度(BMD)，減輕中度或重度疾病患兒的長骨彎曲畸形并且降低了兒童患者骨折的發(fā)生率，并且相比較靜脈注射，口服給藥意外骨折發(fā)生率低，耐受性好[49]。另一項口服阿倫磷酸鹽治療小兒成骨不全的療效性和安全性的研究[50]中，口服阿倫磷酸鹽能夠增加脊柱區(qū)骨密度，改善患者的生活質(zhì)量。但是并不能顯著降低中度、重度的患者骨折發(fā)生率。

除了口服給藥的雙膦酸鹽藥物外，還有通過靜脈注射治療成骨不全的藥物。例如帕米磷酸鹽、奈立膦酸和唑來磷酸。Dimeglio等[51]曾經(jīng)對18名兒童通過口服阿倫磷酸鹽和靜脈注射帕米磷酸鹽做效果對比，兩組結(jié)果相似，骨密度增加，骨折率下降，并且Ⅰ型患者的改善效果明顯大于Ⅲ型和Ⅳ型患兒。Adami等[52]分別對23名男性和23名絕經(jīng)后婦女靜脈注射奈立磷酸，一種阿倫磷酸鹽和帕米磷酸鹽類似物，結(jié)果表明靜脈注射奈立磷酸能夠有效改善成年人成骨不全。Xu等[53]為探究對成人成骨不全的作用效果，對52名患者靜脈注射唑來磷酸，結(jié)果表明，腰椎、股骨頸和全髖關(guān)節(jié)的骨密度顯著升高，術(shù)后骨折發(fā)生率顯著降低，β膠聯(lián)降解產(chǎn)物(β-CTX)、堿性磷酸酶含量均下降。

口服雙膦酸鹽類藥物治療成骨不全，會出現(xiàn)反酸、上腹不適等胃腸道不良反應(yīng)，因此，有食道狹窄、反流性食管炎、消化性潰瘍等疾病的患者謹慎使用阿倫磷酸鹽等口服用藥的藥物[54]。雖然用藥后會出現(xiàn)胃腸道不良反應(yīng)，但是有研究顯示，長期口服雙磷酸鹽類藥物不會增加胃腸道癌的概率[55]。對OI患兒首次靜脈注射時會出現(xiàn)維持短暫幾天的急性期反應(yīng)，包括發(fā)熱、輕微的流感樣癥狀、乏力、肌肉關(guān)節(jié)疼痛、惡心、頭暈。當(dāng)再次輸注雙膦酸鹽類藥物時，急性期反應(yīng)就會減弱[54,56]。這一類不良反應(yīng)在含氮的唑來磷酸類藥物中有過報道。有報道稱，OI患兒輸注雙膦酸鹽藥物后會出現(xiàn)低鈣血癥、低磷血癥，需要補充鈣劑及Vd減輕不良反應(yīng)[57]。

5.1.2 雙膦酸鹽類藥物在骨質(zhì)疏松中的作用 骨質(zhì)疏松是一種以骨丟失為特征的全身性骨骼疾病，導(dǎo)致骨強度受損和骨折風(fēng)險增加。雙膦酸藥物通過抑制骨吸收和增加骨強度來降低骨折的風(fēng)險，被廣泛用于骨質(zhì)疏松癥的治療。

口服雙膦酸鹽阿侖膦酸酯和利塞膦酸[58]已被批準(zhǔn)用于預(yù)防和治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥以及糖皮質(zhì)激素誘發(fā)的骨質(zhì)疏松癥。阿侖膦酸鹽明顯減少絕經(jīng)后婦女椎骨骨折(RR 0.55，95%CI 0.43～0.69)、非椎骨骨折(RR 0.84，95%CI 0.74～0.94)、腕部骨折(RR 0.50，95%CI 0.34～0.73)和髖部骨折(RR 0.47，95%CI為0.26～0.85)[59]。利塞磷酸鹽顯著降低了高骨折風(fēng)險絕經(jīng)后婦女椎體骨折(RR 0.61，95%CI 0.50～0.76)、非椎骨骨折(RR 0.80，95%CI 0.72～0.90)和髖部骨折(RR 0.74，0.59～0.94)的發(fā)生。

口服伊班膦酸用于預(yù)防和治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥。每日口服伊班膦酸酯和間歇性口服伊班膦酸酯可顯著降低患新形態(tài)椎體骨折的風(fēng)險，并持續(xù)3年以上。與安慰劑相比，每日和間歇治療組分別將新形態(tài)椎體骨折的風(fēng)險降低了62%(P=0.0001)和50%(P=0.0006)。3年后，伊班膦酸鹽的兩種治療方案在新發(fā)或惡化的椎體骨折和臨床椎體骨折方面也產(chǎn)生了統(tǒng)計學(xué)上的顯著減少[60]。

靜脈注射唑來磷酸可顯著降低椎體、髖部和其他骨折的風(fēng)險，用于治療絕經(jīng)后婦女骨質(zhì)疏松癥以及男性的骨質(zhì)疏松。在一個安慰劑對照實驗中，患者3年內(nèi)每年注射一次唑來膦酸(5mg)或安慰劑，結(jié)果是唑來膦酸顯著降低了臨床椎骨骨折的發(fā)生率(絕對風(fēng)險：3.3%唑來膦酸，10.9%安慰劑；相對風(fēng)險：0.30、0.24至0.38；P＜0.001)、髖部骨折(1.4%唑來膦酸，2.5%安慰劑；0.59，0.42至0.83；P=0.002)和非椎骨骨折(8 .0%唑來膦酸，10.7%安慰劑；0.75、0.64至0.87；P＜0.001)[61]。

5.2 雙膦酸鹽在其他疾病中的應(yīng)用近年來的研究表明，雙磷酸鹽類藥物除了作為骨相關(guān)疾病的首選治療藥物，還可以被用作靶向藥物遞送的載體、核磁共振成像的造影劑[62]。目前已經(jīng)有很多篇文章介紹了雙磷酸鹽的其他作用。例如，科學(xué)家在2018年就提出了利用雙磷酸的骨親和力靶向治療癌癥引起的骨損傷，直接攜帶藥物進入靶位點，提高藥物劑量，減少毒性[63]。另外，應(yīng)用雙磷酸鹽類藥物治療神經(jīng)退行性疾病也成為其他應(yīng)用中的重要一面。研究表明，雙磷酸鹽藥物能夠穿過血腦屏障，減輕緩解阿爾茨海默癥等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的癥狀，治療效果明顯，該研究也為將來雙磷酸鹽藥物在神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用做出了貢獻，使得雙磷酸鹽有更廣闊的前景[41]。

6 雙磷酸鹽類藥物與癌癥之間的關(guān)系

隨著對雙磷酸鹽類藥物的研究越來越深入，藥物種類越來越豐富，臨床上應(yīng)用越來越多樣，用藥后的不良反應(yīng)成為醫(yī)生和患者關(guān)注的重點。不良反應(yīng)雖然涉及到上消化道、胃腸道等部位，但是研究表明，雙磷酸鹽藥物與食道癌[64]和胃腸道癌并無顯著關(guān)聯(lián)[55]。另外，雙磷酸鹽也常被用于絕經(jīng)后婦女骨質(zhì)疏松的治療，一項研究表明，雙磷酸鹽類藥物的使用并不會增加患者患宮頸癌、卵巢癌的概率[65]。且，有研究表明，在對骨質(zhì)疏松患者的治療中，與雙磷酸鹽相比，降鈣素和選擇性雌激素收調(diào)節(jié)劑與癌癥的發(fā)生風(fēng)險增加有關(guān)[66]，這也是雙磷酸藥物成為治療骨質(zhì)疏松的重要藥物的重要原因。雙磷酸鹽類藥物不僅本身誘癌作用很低，而且還可能成為治療癌癥的重要藥物，例如，利用雙磷酸鹽與細胞毒性藥物耦合的方式治療多發(fā)性骨髓瘤[67]。

7 結(jié)論與展望

雙膦酸鹽類藥物是一類對骨高親和力的焦磷酸鹽類似物，成為臨床上治療骨相關(guān)疾病治療的主要藥物，口服給藥或靜脈注射，分為三代，目前第一代藥物應(yīng)用較少，第二代中阿倫磷酸鹽和帕米磷酸鹽[68]應(yīng)用較多，活性較強，臨床上治療絕經(jīng)后婦女骨質(zhì)疏松、Paget's病等，第三代雙膦酸藥物活性最高，顯著提高骨強度，其中唑來磷酸給藥次數(shù)少，患者的依從性好。雙膦酸藥物進入體內(nèi)主要是作用于破骨細胞，按照作用機制分為兩大類，含氮雙膦酸鹽和不含氮雙膦酸鹽，也做用于成骨細胞，但是目前研究較少。臨床應(yīng)用后會出現(xiàn)急性期反應(yīng)、胃腸道不適、眼部不適等不良反應(yīng)。本綜述就雙磷酸鹽類藥物的藥物特性和近年的臨床試驗做了簡單介紹，更加確定了雙磷酸鹽類藥物的臨床意義，盡管用藥后會出現(xiàn)多種不良反應(yīng)，但它的總體評價較高，可供參考的藥品眾多，因此在未來的幾年內(nèi)，雙磷酸鹽類藥物仍會占據(jù)主要地位。