周于琳 馮正平

重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院內分泌科，重慶 400016

骨質疏松癥是一種常見的全身性骨骼疾病，導致骨量減少、骨骼脆性增高，高血漿皮質醇水平、絕經(jīng)后婦女、高齡等人群有更高的骨折風險。糖皮質激素誘導骨質疏松(glucocorticoid-induced osteoporosis，GIOP)是常見的繼發(fā)性骨質疏松癥之一，表現(xiàn)為骨形成減少、骨吸收增加。當皮質醇增多的原發(fā)性疾病治愈或停止使用糖皮質激素后，骨折風險迅速降低[1]。本文對近年來糖皮質激素誘導骨質疏松的分子機制作一綜述，旨在為臨床更好地防治GIOP提供參考。

1 糖皮質激素對成骨細胞的影響

成骨細胞主要由內外骨膜和骨髓基質內的間充質干細胞(mesenchymal stem cells，MSC)分化而來，起著促進骨形成的作用。迄今研究表明，糖皮質激素可影響成骨細胞分化、增殖及凋亡。

1.1 Wnt/β-catenin信號通路

Wnt蛋白與細胞表面受體結合，信號轉導入胞內抑制糖原合成激酶3β(GSK3β)，使β-catenin向細胞核移動，與轉錄因子TCG/LEF結合啟動轉錄，正向調控成骨細胞分化。研究顯示[2-4]，生理量糖皮質激素誘導下，小鼠成骨細胞內Wnt9a、Wnt10b表達上調，激活Runx2和Osx，促進成骨細胞分化。超生理量糖皮質激素顯著降低了小鼠成骨細胞內Wnt16水平，同時增強Wnt信號通路的拮抗蛋白(如Sost、Dkk1、sFRP-1)及負性調節(jié)因子Axin-2的表達，抑制成骨細胞分化。

1.2 BMP/Smads信號通路

骨形成蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)是誘導骨形成的主要因子。BMP與細胞表面跨膜受體結合并募集Smad1/5/8，轉至核內調節(jié)下游基因表達，誘導成骨細胞分化。Huang等[5]證實，糖皮質激素通過降低成骨細胞內BMP2/6/7、Smad1/5/8的水平，抑制BMP/Smads信號通路傳導，阻礙成骨細胞分化。

1.3 Notch信號通路

Notch信號的傳遞主要需要Notch受體(Notch1/2/3/4)、配體(如Jagged1/2、DLL1/3/4)及細胞內效應器的共同作用。Notch受體與配體結合，Notch受體胞內結構域自細胞膜易位至細胞核，與免疫球蛋白κJ區(qū)的重組信號結合蛋白相結合，激活編碼抑制性轉錄因子的Hes/Hey家族表達，抑制成骨細胞分化。Zanotti等[6]證實，超生理量的糖皮質激素刺激小鼠成骨細胞內Notch受體(主要指Notch1/2)過度表達，Hes1、Hey1等活化增強，阻礙成骨細胞分化；生理量糖皮質激素作用下，Hey1/L等表達受抑制，則有利于成骨細胞分化。這說明Notch信號通路受糖皮質激素影響，一旦超過生理量，則過度激活該信號，減少成骨細胞分化，抑制骨重塑。

1.4 PI3K/Akt信號通路

磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)是一種脂質激酶，可激活軟骨內骨化調節(jié)因子蛋白激酶B(Protein Kinase B，Akt)與BMP2共同調節(jié)成骨細胞分化。Chen等[7]觀察到，PI3K/Akt通路激活后，BMP2、ALP等骨形成標志物表達上調，促進成骨細胞分化和增殖。而地塞米松處理后的小鼠，成骨細胞內PI3K、Akt磷酸化及抗凋亡蛋白Bcl2減少，GSK3β上調，成骨細胞凋亡增多[8]。

1.5 成骨細胞鐵死亡

鐵死亡是依賴于鐵介導的氧化損傷的一種新型細胞死亡形式，其發(fā)生與谷胱甘肽過氧化物酶4(glutathione peroxidase 4，GPX4)受抑制密切相關。近年來，大量研究探索了鐵死亡與骨穩(wěn)態(tài)的關系，證實了鐵死亡參與了糖尿病性骨質疏松、癌性骨病、骨關節(jié)病等的發(fā)生，并認為調控鐵死亡是骨病治療潛在方向。目前研究表明，糖皮質激素可能通過誘導成骨細胞發(fā)生鐵死亡參與骨質疏松的發(fā)生發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)[9-10]，暴露于地塞米松的MC3T3-E1細胞中鐵蛋白重鏈、GPX4及具有抗氧化作用的胱氨酸/谷氨酸逆向轉運蛋白SLC7A11減少，環(huán)氧合酶2增加，導致細胞內活性氧(reactive oxidative species，ROS)含量增高，促進細胞內鐵死亡，成骨細胞凋亡增加，但使用鐵死亡抑制劑Fer-1后，成骨細胞凋亡顯著減少，證明了鐵死亡在GIOP中的重要作用。

1.6 成骨細胞自噬

自噬是細胞實現(xiàn)細胞自身代謝及細胞器更新的進程。近年研究證實，自噬影響骨代謝，在絕經(jīng)后骨質疏松、骨硬化癥等骨骼疾病中有重大意義，在GIOP中也發(fā)揮重要作用。

自噬空泡具有分泌磷灰石晶體的載體作用，參與成骨細胞礦化。在GIOP中，糖皮質激素過度激活自噬，導致了成骨細胞凋亡增加，成骨細胞礦化減少[11]。陳俊名等[12]發(fā)現(xiàn)，隨著地塞米松濃度增高，MC3T3-E1細胞增殖能力逐漸減弱，凋亡增多，并且胞內自噬小體及自噬調控蛋白Beclin-1、LC-3B、NCOA增多，p62減少。使用自噬抑制劑3-MA后[13-14]，Liu等[13]發(fā)現(xiàn)MC3T3-E1細胞凋亡減少；Han等[14]則觀察到MC3T3-E1細胞凋亡反而增加，這可能表明一定強度的自噬對于骨骼具有保護作用，自噬過度增強或減弱都不利于成骨細胞分化、增殖。

1.7 外泌體與成骨細胞

外泌體是胞內體與細胞膜融合釋放到細胞外基質的膜性囊泡，含有大量的蛋白分子、DNA、RNA、mRNA、miRNA，吞入細胞后可介導細胞間信號傳遞。近年來，外泌體對骨代謝影響的研究逐漸深入。

既往研究發(fā)現(xiàn)，在糖皮質激素誘導下，成骨細胞中miR-199a-5p顯著增多，并通過靶向Wnt信號，抑制成骨細胞分化；近期臨床研究也發(fā)現(xiàn)[15]，糖皮質激素治療后類風濕關節(jié)炎患者血清內miR-199a-5p水平明顯增高，進一步證實了糖皮質激素促進miR-199a-5p表達。Garcia等[16]研究中，成骨細胞來源的miR-433-3p具有靶向減少11β-羥基類固醇脫氫酶1(11β-hydroxysteroid dehydrogenase，11β-HSD1)的作用，但在糖皮質激素誘導下，miR-433-3p減少，11β-HSD1增多，導致細胞內活化糖皮質激素的水平增高，骨質破壞加重。以上研究證實，糖皮質激素可能通過調控不同類型外泌體表達水平，促進GIOP發(fā)生發(fā)展。

2 糖皮質激素對MSC分化的影響

MSC是成骨細胞及脂肪細胞的共同祖細胞，研究發(fā)現(xiàn)，糖皮質激素可能通過外泌體及FoxO通路等影響其分化[17]。

2.1 FoxO-β-catenin-PPARγ信號軸

氧化應激介導的FoxO-β-catenin-PPARγ信號軸的平衡對MSC分化具有重要作用，糖皮質激素促進氧化應激，抑制Wnt信號通路，同時也上調PPARγ及KLF15、C/EBPα、aP2等脂肪細胞生成相關蛋白的表達[18-19]，使MSC分化的“天秤”向脂肪細胞傾斜，導致成骨細胞分化相對減少。

2.2 外泌體與MSC

研究顯示[20-21]，在GIOP模型小鼠中，MSC來源的miR-708高表達并靶向作用于Smad3，Let-7f-5p表達則受抑制，并伴有成骨相轉錄因子Runx2、Osx及骨形成標志物ALP、OCN、PINP等的降低，均提示MSC的成骨細胞分化減少，表明糖皮質激素可能通過調控外泌體表達抑制MSC的成骨細胞分化。

綜上所述，糖皮質激素通過多種信號通路、細胞自噬、外泌體等分子機制調控成骨細胞分化、增殖、凋亡，從而抑制骨形成。

3 糖皮質激素對破骨細胞的影響

破骨細胞是來源于造血干細胞的組織特異性巨噬細胞，其增殖與活化是GIOP早期骨吸收明顯增強的原因。

3.1 RANK/RANKL/OPG信號通路

早在20世紀90年代末，核因子κB受體活化因子配體(receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL)及其受體RANK在調節(jié)破骨細胞形成和活性方面的重要性就已經(jīng)在RANKL缺失小鼠中得到證實。骨保護素(osteoprotegerin，OPG)作為RANKL的誘餌受體，可阻止RANK與RANKL結合，維持骨量[22]。糖皮質激素通過刺激成骨細胞和骨細胞分泌RANKL，抑制OPG分泌，促進破骨細胞分化，增強骨吸收[23-24]。

3.2 MAPK信號通路

絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信號通路是RANK/RANKL信號通路的下游通路，MAPK的亞家族成員包括ERK、JNK、p38。Zhu等[25]證明，地塞米松處理后，小鼠破骨細胞內磷酸化的ERK、JNK、p38明顯增多，破骨細胞活性增強。也有研究認為[26]，ERK在糖皮質激素誘導下活化受到抑制，通過影響成骨細胞間接調控破骨細胞分化，在超生理量糖皮質激素誘導下，PI3K/AKT信號通路、Wnt/β-catenin信號傳遞被抑制，間隙連接蛋白-43去磷酸化增強，ERK1/2活化受阻，成骨細胞內活化的ERK1/2減少，一方面，無法介導活化下游成骨相關轉錄因子，抑制成骨細胞分化；另一方面，去磷酸化的ERK1/2刺激成骨細胞分泌RANKL，促進破骨細胞分化，最終導致骨質疏松發(fā)生。

3.3 氧化應激

ROS在細胞傳導及機體內環(huán)境穩(wěn)定中具有重要作用。糖尿病性骨質疏松、類風濕性關節(jié)炎等骨病中均發(fā)現(xiàn)了ROS的過度表達。Hua等[27]發(fā)現(xiàn)，糖皮質激素增強促凋亡蛋白Bim、Bak表達，促進鈣內流，誘導富含脯氨酸的酪氨酸激酶2(proline-rich tyrosine kinase 2，pyk2)、JNK活化，進而激活p66Shc激酶，導致ROS累積，增加成骨細胞、骨細胞及破骨細胞凋亡，但凋亡的細胞釋放更多的細胞因子，誘導破骨細胞募集。但Sato等[28]指出，pyk2具有抑制破骨細胞凋亡的作用，并在pyk2基因缺失的小鼠中觀察到，糖皮質激素誘導下的骨量丟失減少。以上研究表明，糖皮質激素促進氧化應激，對成骨細胞及破骨細胞均有一定促凋亡作用，但其通過誘導pyk2活化延長破骨細胞壽命，以凋亡細胞所釋放細胞因子促進破骨細胞募集，最終表現(xiàn)出對破骨細胞功能維持的正向作用，促進骨吸收，破壞骨穩(wěn)態(tài)。

3.4 破骨細胞自噬

部分研究探索了糖皮質激素誘導下自噬在破骨細胞分化中的作用，Lin等[29]選擇性刪除破骨細胞前體中的自噬相關基因7后，糖皮質激素誘導的小鼠骨吸收減輕，由此推測糖皮質激素具有誘導自噬以促進破骨細胞分化的作用。

3.5 破骨細胞與外泌體

除了對成骨細胞及MSC來源外泌體影響外，也有研究表明[30]，RANKL誘導分化的破骨細胞前體細胞RAW 264.7的外泌體中miR-23a-5p表達水平增高，參與抑制成骨細胞活性，并證明了其靶基因為Runx2。既往研究已肯定，隨著體內皮質醇水平升高，RANKL增多，由此推斷，miR-23a-5p也增多，最終抑制骨形成。

綜上所述，糖皮質激素對于骨骼健康有重要影響。長期暴露于超生理量糖皮質激素會導致骨形成減少，骨吸收增強，骨折風險顯著升高，其具體分子機制可能與糖皮質激素影響Wnt、BMP、Notch等信號通路相關。近年的研究發(fā)現(xiàn)，GIOP也可能與糖皮質激素影響細胞自噬、外泌體、鐵死亡以調控成骨細胞、破骨細胞的分化、增殖、凋亡密切相關，未來可通過分子生物學技術進一步明確其主要分子機制，為GIOP的防治打下基礎。