骨质疏松症发病机制研究进展VIP

骨质疏松症发病机制研究进展骨质疏松症（Osteoporosis，OP）是一种常见的骨代谢性疾病。随着社会人口的老龄化，本病的患病率正日益上升。哥本哈根（1990 年）和香港（1993 年）两次国际会议上提出了骨质疏松症的定义：骨质疏松症是以低骨量及骨组织微结构退变为特征的一种全身性骨骼疾病，伴有骨脆性增加、易于发生骨折。2000 年的美国国立公共卫生研究所(National Institutes Of Health，NIH) 召开的骨矿会议引入了骨质量的概念，提出骨质疏松症是因为骨强度的问题而引起骨折危险增加为特征的骨骼疾病；骨强度是由骨密度和骨质量综合决定的；骨密度是以单位面积或单位体积的骨量表示，骨密度是由人的骨量峰值和从骨量峰值开始减少的速度决定的；骨质量是由骨的显微结构、骨代谢转换、微损伤的蓄积、矿化的程度及骨胶原等骨基质的特性决定的 1。自 1885 年 Pommer 提 出 骨 质 疏 松 以 来 ， 国 内 外 学 者 从 不 同 角 度 对 其 病 因 病 机 、诊 断 及 防 治 等 方 面 进 行 广 泛 的 研 究 和 探 讨 ， 但 迄 今 为 止 ， 骨 质 疏 松 的 详 细 发 病 机 制仍 不 明 确 。1 骨质疏松的分子机制1.1 激素与骨质疏松1.1.1 雌激素雌激素对于维持骨吸收与骨形成的平衡具有极其重要的作用。雌激素可通过成骨细胞和破骨细胞雌激素受体直接作用，来限制骨转换。当雌激素缺乏时，这种限制开始丧失，则整个骨转换增加。雌激素缺乏引起的骨丢失导致骨髓腔增大，骨皮质变薄，小梁骨量减少，最终引发骨质疏松。雌激素受体（ER ）分布于 OC 和 OB 及其前体细胞，在 OC 和 OB 的表达水平比在生殖器官至少低 10 倍，故雌激素对非生殖器官骨的分子作用机制与其在生殖器官不同，后者通过经典转录活性介导为促基因效应，前者可以通过快速非促基因效应的方式实现作用。在非促基因效应作用方式途径中，雌激素与成骨细胞膜上经典 ER 或其他受体结合，通过一系列信号级联反应，激活 OB 胞浆激酶，后者再转运至核内，调节其他转录因子，实现抗 OB 凋亡的作用。在细胞水平上，雌激素降低成骨细胞和破骨细胞从其各自前体细胞分化的速率，从而降低骨转换频率；同时促使破骨细胞凋亡。当雌激素不足时，破骨细胞募集增多，凋亡减少，使破骨增强。目前认为这是通过影响某些细胞因子而起作用。例如骨保护素（OPG） ，胰岛素生长因子-1（IGF-1） ，IGF-2，和转化生长因子 （TGF-） ，分别能抑制破骨细胞成熟，刺激成骨细胞，促进骨形成。雌激素不足时下调了这些因子，从而增强了骨吸收。雌激素与其他钙调激素的相互作用间接影响骨代谢：如降低骨对甲状旁腺激素（PTH ）的敏感性，增加降钙素的合成，二者均可抑制骨吸收，增多肾脏合成 1,25-(OH)2D3，从而增加肠钙吸收，降低肾排钙。当雌激素不足时，与其他钙调激素的作用与上述相反，增强了骨吸收。1.1.2 雄激素雄激素在骨骼的生长发育和维持内环境的稳定中有重要作用。成骨细胞、破骨细胞、骨细胞、骨髓基质细胞的表面均有雄激素受体（AR） ，雄激素对成骨细胞的调控是直接通过成骨细胞上的 AR 实现的，睾酮（T） 、双氢聚酮（DHT）与 AR 具有较强的亲和力。最近的研究证实破骨细胞中也存在 AR，雄激素在骨吸收方面的作用可能与雄激素对破骨细胞前体细胞分化成破骨细胞的抑制作用有关。骨组织中存在 5还原酶和 P450 芳香化酶，骨细胞中的 5还原酶，可将 T 转化为对 AR 更具结合力的 DHT；另外，T 可在 P450 芳香化酶的作用下转化为雌激素，即作为一种雌激素前体发挥生物学作用。雄激素参与成骨细胞的一系列功能，包括骨细胞的增殖、合成与分泌各种生长因子和细胞因子，产生骨基质蛋白（骨胶原、骨钙素、骨桥蛋白等） ，同时影响各种局部因子在骨代谢中起调节和相互平衡的作用。DHT 能增加骨细胞内 TGF- mRNA 的稳定性，促进成骨细胞分泌碱性成纤维细胞生长因子（FGF）和胰岛素样生长因子（IGF-） ，从而刺激成骨细胞的增殖，增加骨质的生成。此外，T、DHT 具有抑制骨吸收的作用，可抑制对骨吸收作用很强的骨收刺激因子，如甲状旁腺素、白细胞介素 1 的作用。雄激素还可以通过增加型前胶原肽的分泌，刺激骨钙素的分泌以及抑制基质细胞分泌 IL-6 而影破骨细胞的增殖分化 2。1.1.3 1,25-(OH)2D31,25-(OH)2D3 发挥生物活性作用主要是通过与靶器官组织细胞核上的维生素 D 受体（VDR ）结合发挥作用。在肠道，1,25-(OH) 2D3 通过主动转运机制增加钙的吸收；在骨组织，1,25-(OH) 2D3 刺激骨的细胞分化和 ALP、BGP、骨桥蛋白和胶原的合成，抑制细胞因子，如 IL-1， TNF-的产生。1,25-(OH)2D3 在骨的吸收和形成代谢过程中起着双向作用：活性维生素 D 促进前体破骨细胞向破骨细胞分化，增加破骨细胞数量引起骨吸收增加；活性维生素 D 在刺激成骨细胞时能产生增强破骨细胞活性的因子，促进骨吸收。对骨形成的作用在于，活性维生素 D 促进肠钙吸收，提高血钙浓度，为骨矿化提供原料，对骨形成起间接作用；通过基因途径（核内受体介导生物活性）和非基因途径（细胞膜活化介导生物活性）直接作用于成骨细胞 3，并能增加骨基质蛋白，包括 型胶原、骨钙素和骨桥蛋白的质量，促进 TGF 和 IGF 等生长因子的产生与激活，维持正常骨重建过程，从而增加骨量及改善骨质量。此外，1,25-(OH) 2D3 通过增加肠钙吸收间接抑制 PTH，也可直接抑制甲状旁腺细胞增生，并通过降低 PTHmRNA 合成速率，干扰 PTH 基因转录，抑制PTH 合成；活性维生素 D 通过对 PTH 活性的调节抑制各类骨质疏松症中增强的骨吸收，其对 PTH 的直接抑制作用超过破骨细胞介导的骨吸收作用。1.1.4 降钙素降钙素是由甲状腺 C 细胞分泌的多肽类激素，它是维持体内钙磷代谢的重要激素，降钙素通过抑制破骨细胞活性和数量，促进成骨细胞的形成而参与骨代谢。降钙素通过与靶细胞膜上的降钙素受体特异结合而起作用，这些细胞包括骨骼上的破骨细胞 、肾皮质表层及髓质外层细胞 、大脑内及下丘脑的细胞，其中主要的靶细胞为破骨细胞。降钙素与降钙素受体高亲和力结合，激活霍乱毒素敏感蛋白，进而通过 G 蛋白耦联途径激活腺苷酸环化酶，使 cAMP 的水平增高；此外，还可通过 Ca2+为第二信使的信号途径，引起胞浆游离 Ca2+水平升高。降钙素通过与破骨细胞膜上的降钙素受体特异结合而起作用。降钙素可抑制 OC从皱褶缘向吸收区排出有机酸，特别是抗酒石酸盐的酸性磷酸酶（TRAP） ，还可抑制OC 溶酶体酶，通过降低 Na+-K+-ATP 酶的活性和局部碳酸酐酶的活性，还可直接抑制H+-ATP 酶。降钙素的另一作用可能由百日咳敏感性 G 蛋白所介导，其激活进一步引起胞浆游离钙浓度的升高，继而使 OC 的微丝、微管重新排列，导致 OC 的皱褶缘消失，使 OC 与骨的接触面积明显减少，甚至离开骨表面。另外，降钙素还可使 OC 数量减少，推测降钙素可使 OC 分裂为单核细胞，使 OC 寿命缩短，或通过阻止骨髓单核细胞（即 OC 前体）的融合而降低 OC 的形成率，使骨吸收得到抑制 4。有研究还表明，除了直接作用于破骨细胞外，降钙素还通过影响成骨细胞上 OPG、RANKL 的分泌间接调控破骨细胞功能，抑制骨吸收 5。此外，降钙素可直接作用于人成骨细胞，刺激成骨细胞增殖和分化。体外实验还表明，降钙素对大鼠成骨细胞的增殖、分化和矿化功能具有刺激作用，也可阻止成骨细胞的凋亡 4。研究发现，适当浓度的 CT 对体外培养的OB 增殖、分化、矿化均具有促进作用，其机制可能与 CT 可以刺激 IGF-表达有关 6。1.1.5 甲状旁腺激素甲状旁腺激素（PTH）是维持机体钙磷代谢平衡的一种重要的调钙激素，骨骼是其主要的靶器官之一。PTH 在骨代谢中具有促进骨形成与骨吸收的双重效应，腺苷环化酶- 环磷酸腺苷- 蛋白激酶（ PKA）和磷酯酶 C（ PLC）-胞浆钙离子-蛋白激酶C（PKC）两条信号转导通路在介导这两种效应中发挥着关键性调节作用。PTH 能通过 cAMP/PKA 转导通路的介导促进骨髓中的成骨祖细胞向成骨细胞的增生分化，直接抑制成骨细胞凋亡，从而延长其成骨作用时间；PTH 还可能作用于成骨细胞使之分泌生长因子类物质如胰岛素样生长因子，后者进一步以旁分泌的方式刺激衬里细胞向成骨细胞转化；除直接作用外，PTH 还通过 PKA 或 PKC 途径刺激成骨细胞产生胰岛素样生长因子（IGF）和转化生长因子（TGF） ，后两者再以自分泌的方式来发挥成骨效应 7。PTH 对破骨细胞调节主要由成骨源性细胞介导的：PTH 通过对成骨细胞中 OPG与 RANKL 的反比例调节有效的促进了破骨细胞的分化与激活；成骨细胞受 PTH 刺激后，还可分泌 IL-6，IL-11 ，MCF 等溶骨性细胞因子来活化破骨细胞； PTH 可诱导成骨细胞分泌合成 MMP-2，3，9，13 等基质金属蛋白酶，分解骨基质，促进骨吸收。PTH 还可直接作用于破骨细胞，通过 PKA 与 PKC 传导通路的共同作用诱导破骨细胞产生酸性物质促进骨吸收 7。PTH 对骨代谢的整体调节与剂量密切相关。PTH 小剂量间断应用具有骨合成效应，在 PTH 间断注射的早期，破骨细胞有短暂的活化，表现为体积增大和功能增强。而当PTH 大剂量应用时，一方面引起破骨细胞广泛活化，另一方面成骨细胞内特异性转录因子，骨钙素，骨唾液蛋白和型胶原蛋白的表达水平均有不同程度的下调，反映了当 PTH 发挥骨吸收作用时成骨细胞的功能受到抑制。同时， PTH 与肾小管上皮细胞、十二指肠肠细胞上的 PTH 受体结合，调节机体对钙磷的转运和吸收，也从整体水平上调控骨代谢。1.1.6 甲状腺素甲状腺素（TH）对骨代谢的影响主要是起调节作用，一方面 TH 能使 BGP、 BALP 等的活性升高，同时，又能使成骨细胞和破骨细胞的功能恢复动态的平衡。TH 在细胞水平对成骨细胞和破骨细胞的调节，T 3 通过与成骨细胞核受体结合而发挥细胞效应，可刺激骨钙素和胶原的产生，T 3 还可通过成骨细胞增加生长因子 和 结 合 蛋 白的 合 成 和 分 泌 ； TH 还 能 直 接 促 进 破 骨 细 胞 活 性 的 增 强 和 数 量 的 增 加 8。1.1.7 糖皮质激素糖皮质激素（GC）对骨组织直接和间接两方面的影响。人成骨细胞和骨细胞具有GC 受体， GC 可通过受体介导作用直接抑制成骨细胞的功能，诱导成骨细胞和骨细胞的凋亡，减少骨质的形成。GC 能直接作用于骨基质，使 型骨胶原和骨钙素基因表达减少、蛋白质合成受抑制。与此同时，成骨细胞和软骨细胞表面胶原酶 mRNA 含量增加，后者可使型和型骨胶原迅速降解，骨基质减少。GC 还能通过受体介导的细胞周期停止的调节机制抑制成骨细胞的分化和增殖，导致具有分泌基质功能的成骨细胞的数目减少 9。人类骨组织形态学研究发现，GC 对破骨细胞很可能具有双重调节作用，即在用药初期抑制破骨细胞合成，而长期使用则又显著促进该类细胞的生成，使骨吸收增强 10。GC 可通过影响体内激素水平对骨代谢产生作用。GC 减少肠道钙的吸收，增加尿钙的排泄，导致血清中的钙减少，继发高甲状旁腺激素血症，而 PTH 通过作用于成骨细胞，诱导破骨细胞的分化增殖，增强骨吸收，增加骨钙的释放，以供机体对钙的需求，致使骨代谢于负平衡，导致骨量的减少，发生骨质疏松；GC 能够抑制促卵泡激素（FSH）的分泌，降低雌二醇和睾酮的生成，从而起到拮抗性激素对骨吸收的抑制作用；GC 还可抑制促肾上腺皮质激素（ACTH）的分泌，使肾上腺网状带的雄烯二酮及雌酮的分泌减少，从而加速骨丢失；长期应用 GC 使人体降钙素水平下降，GC 可能通过降低降钙素的水平而间接促进骨吸收；长期应用 GC 导致的高皮质醇血症可以抑制生长激素（GH）的分泌，从而抑制 GH 促进骨形成的作用 9。GC 还可通过细胞因子影响骨代谢。GC 能直接从转录水平抑制人成骨样细胞 IGF-1 mRNA 的表达，同时也影响胰岛素样生长蛋白（ IGFBP）的活性及 mRNA 的表达，从而削弱 IGF 的骨形成作用而影响骨重建过程；GC 还能够抑制人胚胎成骨细胞系、骨髓基质细胞系、成骨细胞系和骨肉瘤细胞 OPG mRNA 的表达，与此相反，GC 能够刺激骨髓基质干细胞和破骨细胞骨保护素配体（OPGL）的 mRNA 持续表达，增加破骨细胞的形成及活性 11。1.2 骨代谢局部调节因子局部细胞的自/旁分泌效应对前成骨细胞的增殖、分化及成骨细胞和破骨细胞的活动有直接或间接的生理病理调控作用；在病理情况下，这些调控机制障碍影响骨代谢及骨重建过程，使骨形成-骨吸收偶联丧失平衡，导致骨量丢失，进而引起骨质疏松。1.2.1 胰岛素样生长因子IGF-是一种含有 70 个氨基酸残基与胰岛素有相似结构的多肽，主要由生长激素（GH）和胰岛素调节，来源于肝脏、软骨细胞和骨细胞等，它几乎存在于哺乳动物所有组织中，具有促进细胞增殖和分化功能；IGF-是包括成骨细胞在内的多种细胞的促有丝分裂剂，而且破骨细胞的增殖和分化也需要 IGF-的参与，IGF-还可通过不依赖促有丝分裂的途径促进骨基质的合成和矿化，它以自分泌和旁分泌的形式调节骨骼细胞的功能，影响骨代谢。IGF-I 促进成骨细胞增殖、分化和募集，抑制细胞凋亡，刺激骨胶原的转录和 DNA 合成，抑制胶原的降解，增加骨基质沉积。IGF-，IGF-以及它们的受体活性类似物都能显著促进人骨髓基质细胞的增殖和分化，使其能进一步分化为成骨细胞；对于分化的人骨髓基质细胞或成熟的成骨细胞，IGF-能明显增加型胶原的基因表达和蛋白合成。IGF-还能增加骨对磷的吸收，且对羟磷灰石促进成骨细胞活性的作用有增强效应 12。IGF-的水平及生理功能受到增龄、营养因素、激素（主要是性激素、甲状旁腺激素、甲状腺激素、糖皮质激素、1，25-（OH） 2D3 等）及其他细胞因子（如 TGF-、FGF 等）的影响，随着增龄、营养障碍、性激素水平的下降，IGF-水平下降，对骨代谢的作用减弱，成为骨质疏松的发病机制之一。1.2.2 成纤维样细胞生长因子FGF 是上皮细胞、神经外胚层和间充质来源的细胞分化和功能调节的主要生长因子。FGF 家族由至少 23 种结构与功能不同的类似物组成，分别为 FGF-1 至 FGF-23。FGF 通过其受体（FGFR）在骨的发育、构塑和重建中根据不同的时期发挥着有序的调节作用。FGF-1 和 FGF-2 能促进成骨细胞的分化与增殖；作用于骨髓的骨祖细胞，促进骨生成；促进骨形成和骨折修复；调节骨桥素、骨连接蛋白和骨钙素的合成与分泌。但在体外实验中，FGF 却抑制成骨细胞的活性，降低其分化活性，使成骨细胞的碱性磷酸酶（ALP）活性下降，骨胶原合成减少，并对成骨细胞凋亡有促进作用；同时能促进破骨细胞生成，调节胶原酶活性，增强组织型金属蛋白酶抑制剂-1 和-3 的活性 13。1.2.3 血小板衍生生长因子PDGF 是一种阳离子多肽，主要由成熟的血小板分泌。PDGF 通过与两种受体PDGF-和 PDGF-结合而选择性传递信号对细胞功能进行多方面的调节。大量的体内体实验表明，PDGF 对于骨的重建过程有重要调节作用。PDGF 作为一种促进有丝分裂和生物趋化因子，可在创伤骨组织中高效表达，通过与细胞表面特异受体结合，对成骨细胞进行多方面调节刺激成骨细胞复制和促进胶原降解，从而促进骨形成；PDGF 可以为一种选择性的刺激因子，通过调节磷脂酶-和磷脂酰基醇 3 激酶（P13-K）的活性而激活钠依赖的无机盐转运途径，加速骨组织钙化过程。PDGF-AA 可以与成骨细胞 PDGF-受体结合，增强成骨细胞增殖的活性：人类胚胎成骨细胞的体外培养研究证实，PDGF-AA 在成骨细胞复制过程中可作为一种自增强因子发挥作用；PDGF-AA 还可以通过加速细胞周期循环和诱导细胞周期中的静止细胞进入增殖状态而促进成骨细胞的复制。PDGF-BB 和表皮生长因子（EKC）一起激活蛋白激酶 B（PKB/AKT） （后者对调节细胞生长、周期循环和细胞生存至关重要） ，从而维持成骨细胞的存活 14。PDGF 有明显促进破骨细胞骨吸收作用。PDGF-BB 能通过与破骨细胞膜上的PDGF-受体结合直接促进破骨细胞骨吸收，而在成骨细胞-破骨细胞复合培养体系中，PDGF 能刺激成骨细胞产生一氧化氮从而抑制 PDGF-BB 对破骨细胞骨吸功能直接促进作用；PDGF 还能通过对促血小板生成素（TPO ）的负调节作用，增加巨噬细胞系统中的破骨细胞前体细胞而加速破骨细胞的形成，从而促进骨吸收，因为 TPO 的作用是抑制破骨细胞形成，减少骨吸收 14。1.2.4 转化生长因子-TGF 是一类能刺激细胞表型发生转化的生长因子，是细胞生长与分化的重要调节因子。人体中 TGF-的最大来源是骨。TGF- 有 5 种异构体，其中储存于骨内的主要是 TGF-1。TGF- 1 与膜受体结合后，激活细胞膜上的 G 蛋白，G 蛋白被激活后，GDP转换为 GTP，进一步激活多种效应器，引发一系列细胞内反应，从而发挥 TGF-1 的生物学效应。TGF-1 与骨代谢的关系密切。TGF- 1 具有促进成骨细胞增殖、分化的作用。TGF-1 能直接刺激成骨细胞中 DNA 的合成与重组，从而促进成骨细胞的分裂、增殖；同时，它可通过刺激骨髓成骨细胞祖细胞克隆数量和增殖能力，从而达到增加成骨细胞数量和活性的作用 15。TGF-可由于浓度的不同对破骨细胞产生促进和抑制双重作用：TGF- 低浓度（10100pg/ml）时，可促进依赖 1,25-(OH)2D3 的破骨细胞样细胞的形成，该作用由PGE2 介导；TGF- 高浓度（ 5001000pg/ml）时，对破骨细胞形成呈抑制性，当浓度达 4ng/ml，产生完全抑制效应。TGF- 对破骨细胞的抑制作用主要通过抑制破骨细胞前体细胞的增殖与分化，从而抑制破骨细胞形成；还可以通过超氧化物的产生直接抑制成熟破骨细胞活性 16。TGF-可增加骨细胞外基质的合成，包括胶原、纤维连接蛋白和蛋白多糖。还能阻止基质的降解：减少基质蛋白水解酶的合成；增加基质蛋白水解酶抑制物的合成，如促进纤维蛋白溶解酶原激活酶抑制物和金属蛋白酶抑制物的合成和分泌；促进某些黏附分子在骨细胞膜上的表达，如淋巴细胞功能相关抗原-1（LFA-1）及细胞间黏附分子-1（ ICAM-1）等，有利于骨细胞与基质蛋白成分的黏附作用，有利于基质合成 16。一项研究通过测定 TGF-1 在绝经前后妇女中的分布及与腰椎、左髋骨密度之间变化相关性，结果发现 TGF-1 在绝经前后女性中的分布，且 TGF-1 与腰椎正位、侧位及股骨颈骨密度之间存在良好的相关关系 17。可见，TGF- 1 与绝经后骨质疏松有关。1.2.5 骨形态发生蛋白骨形态发生蛋白（BMPs）属于 TGF-超家族成员，是由人和动物的成骨细胞和瘤性成骨细胞产生，随着骨改建进程扩散进入松质骨和骨髓。BMPs 是具有骨诱导作用的一类独特的骨源性生长因子，能诱导未分化的间充质细胞向成骨细胞分化，正常的BMPs 含量是维持骨结构和功能的重要条件之一。诱骨活性是 BMPs 最重要的一种生物活性，BMPs 是公认的高效骨诱导因子，它能诱导机体内的间充质细胞不可逆地分化为软骨和骨细胞，再通过软骨内成骨过程形成新骨，这一过程在远离骨骼处的肌肉、韧带中也可发生。有研究证实，不表达 BMP-2的成骨细胞前体细胞不具有分化的能力，但若对这种细胞加入外源性的重组 BMP-2 或将 BMP-2 导入这种细胞后，可促进其分化。在 BMPs 诱导新骨形成的过程中，需要激素和其它生长因子的参与。研究显示，BMPs 对骨代谢的作用受雌激素的调节，雌激素能促进 BMPs 的分泌，调节成骨细胞分泌一种或多种 BMP，反过来 BMPs 又促进雌激素对骨及软骨的作用。因此，BMP 是调节骨代谢的重要因子，雌激素通过促进成骨细胞分泌 BMPs 促进骨形成 15。1.2.6 OPG/RANK/RANKL 系统与骨代谢OPG 属 TNF 受体超家族，最初合成的 OPG 是一段含有 401 个氨基酸的多肽，当其中的 21 个氨基酸被裂解后，形成一个有 380 个氨基酸的成熟蛋白质。OPG 在骨组织中有较高的表达，而在甲状腺、肺、心脏、肝、肠、肾等组织中均有表达。人的RANKL 是一个由 3l7 个氨基酸组成的多肽，RANKL mRNA 在骨和骨髓中的表达最高，在淋巴组织中也有很高表达。人的 RANK 是具有 616 个氨基酸的肽段，它主要在单核和巨噬细胞系，包括破骨细胞前体细胞、T 、B 淋巴细胞和树突状细胞以及成骨细胞表达。研究发现 OPG/RANK/RANKL 系统在阐明骨质疏松症发生机制方面具有重要意义，特别是 RANKL/OPG 比率的改变可以直接影响破骨细胞的发育，从而影响骨代谢。一些激素或细胞因子，如：糖皮质激素、IL-11、PTH、PGE 2 能拮抗 OPG 的产生，刺激RANKL 的合成，引起破骨细胞的发育，产生破骨效应；另一些激素或细胞因子，如：雌激素、IL-1、IL-6 能促进 OPG 的合成，抑制破骨细胞的发育，阻滞骨吸收。这些激素与细胞因子几乎都是通过 OPG/RANK/RANKL 系统参与骨代谢的调控作用。OPG/RANK/RANKL 系统是通过调节破骨细胞的分化和活化调控骨代谢。多种细胞因子或激素可以调控破骨细胞的分化、成熟，但最终都必须通过 RANKL 和巨噬细胞克隆刺激因子实现。成骨细胞和基质细胞可以表达 RANKL 作为膜联系的因子，在存在巨噬细胞克隆刺激因子的情况下，破骨细胞的的前体细胞表达的 RANK 可以和在成骨细胞和基质细胞表达的 RANKL 配体通过细胞与细胞间的相互作用结合，诱导破骨细胞前体细胞分化成破骨细胞；成熟的破骨细胞也表达 RANK，成骨细胞和基质细胞通过其上的 RANKL 调节破骨细胞的骨吸收活性。OPG 是一种可溶性的 RANKL 受体，与 RANKL 结合后可以抑制 RANKL 与 RANK 的结合，进而抑制破骨细胞的分化。此时，破骨细胞是否发育主要取决于骨髓微环境中的 RANKL 和 OPG 的比率。RANK受体和 RANKL 配体结合后，骨髓中破骨细胞的前体细胞迅速分化成成熟的破骨细胞，如果 RANKL 和 OPG 的比率增加，结合的 RANK 受体和 RANKL 配体较多，可以促进破骨细胞的活化和减少成熟的破骨细胞凋亡；相反，如果 RANKL 和 OPG 的比率减少，则破骨细胞的分化和活化减少。由雌激素缺乏和糖皮质激素过剩而诱发的骨代谢紊乱引起的骨丢失主要在于上述因素刺激 RANKL 的产生，拮抗 OPG 的产生，使RANKL 和 OPG 的比率增加，促进破骨细胞分化、活化，引起骨吸收增强 18。此外，动物实验和临床研究表明，去卵巢小鼠、老年鼠、老年骨质疏松症患者、老年女性绝经后骨质疏松症患者血清 OPG 浓度明显高于对照组，而骨密度则低于对照组，且骨密度值与 OPG 浓度呈显著负相关，因此认为， OPG 蛋白血清浓度的升高，可能是人体对骨质疏松发生后的生理性代偿反应或由于骨吸收增加，OPG 释放入血或老年人肝肾功能降低使其排泄受阻所致 19。1.2.7 瘦素瘦 素 是 ob 基 因 编 码 的 产 物 ， 主 要 由 白 色 脂 肪 组 织 产 生 ， 具 有 多 种 生 物 效 应 。 瘦 素影 响 骨 代 谢 的 机 制 尚 未 完 全 明 了 ， 目 前 的 研 究 认 为 主 要 通 过 外 周 和 中 枢 两 种 来 影 响 骨 代谢 。瘦素可直接作用于人骨髓基质细胞，促进其向成骨细胞分化。瘦素可以与骨髓间质细胞的瘦素受体结合发挥效应，虽然不影响骨髓基质细胞的增殖，但却呈剂量、时间依赖性的提高了其碱性磷酸酶（ALP） 、型胶原及骨钙素（ BGP）的 mRNA 与蛋白质水平，并使长期培养的骨髓基质细胞的矿化基质增加。同时，瘦素可使脂肪细胞分化早期标志物脂蛋白脂肪酶（LPL）的 mRNA 水平呈剂量依赖性的增加，却降低了 adipsin（脂肪组织特异性蛋白酶，属于丝氨酸蛋白酶，由脂肪组织和坐骨神经产生）与瘦素的 mRNA 水平，亦降低脂滴的形成，表明瘦素使脂肪细胞成熟水平下降，由此认为瘦素可直接作用于人骨髓基质细胞，促进其向成骨细胞分化而抑制其向脂肪细胞分化。此外，瘦素可影响成骨细胞的增殖分化与矿化，并且通过抑制细胞凋亡过程延长人原代培养成骨细胞的寿命。而目前，仍未见有研究证实瘦素对骨吸收有作用 20。研究证实，瘦素是一种很强的中枢性骨形成阻滞剂，但其机理并未阐明。研究发现，瘦素可能通过调节下丘脑分泌的 NPY 和 -MSH两种介质来实现其抑制骨形成的作用。除下丘脑通路之外，瘦素还直接通过自主神经而影响骨形成，瘦素缺乏导致自主神经张力降低。伴严重垂体功能低下和多种内分泌功能异常病人的骨丢失就是通过这一途径作用的结果 21。1.2.8 白细胞介素-6IL-6 是一种多功能的细胞因子，由 T 细胞、B 细胞、单核巨噬细胞、纤维母细胞及某些肿瘤细胞、基质细胞和成骨细胞激活后分泌。在体内含量甚微，以自分泌和旁分泌作用于局部，发挥多种生物学活性，对骨细胞吸收有独特的作用。IL-6 对骨代谢的作用是通过调节破骨细胞和成骨细胞发育和功能实现的，gpl30 信号转导途径可能在调节骨重塑率中具有重要作用。IL-6 与其受体结合促进破骨细胞前体增殖、分化，刺激干细胞形成成骨细胞或增强这些细胞对 IL-6 的反应性，而这些细胞又分泌更多的 IL-6，使其成骨作用进一步加强。IL-6 和 IL-1 可以直接加强破骨细胞的活性、抑制其凋亡，并延长破骨细胞的寿命。此外，IL-6 还通过OPG/RANKL/RANK 系统加强破骨细胞的能力，促使破骨活动加强骨丢失增加，而致骨质疏松 22。1.2.9 肿瘤坏死因子-TNF-主要由活化的单核巨噬细胞产生，TNF 与受体结合后，信号传人细胞内，通过 NF-B或活化蛋白(AP)-1 转录因子来实现其功能。TNF-是一种强有力的骨吸收诱导剂，主要作用于破骨细胞形成的早期阶段，其作用依赖于成骨细胞的存在。TNF- 具有抑制骨形成、促进骨吸收的作用，TNF- 引起骨吸收主要是通过增加破骨细胞数量并减少骨基质钙化来完成的。TNF- 是十分重要的破骨细胞激活因子，它刺激前祖细胞产生新的破骨细胞，并可间接激活成熟的破骨细胞形成骨吸收陷窝，导致破骨细胞性骨吸收的增强。研究表明，TNF- 可直接促进破骨细胞前体细胞的有丝分裂及破骨祖细胞的分化，对成熟破骨细胞的骨吸收功能也有促进作用。TNF- 还可间接通过介导基质细胞和成骨细胞分泌参与破骨细胞分化所必需的“下游”细胞因子，如：巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)、粒细胞-巨嗜细胞集落刺激因子(GM-CSF) 、 IL-6、IL-11，促进破骨祖细胞的增殖。此外还可通过前列腺素 E2 (PGE2)诱导 RANKL 的表达并降低 OPG 的表达，促进破骨细胞前体分化及成熟破骨细胞的功能。同时，TNF- 可以间接激活成熟的破骨细胞，增强其吸收功能，并抑制破骨细胞的凋亡，呈现出对骨的快速分解效果。此外，TNF- 还可抑制成骨细胞的功能，降低成骨细胞碱性磷酸酶的活性，抑制骨形成和钙化。除了对骨系细胞的直接作用外，TNF- 还可引起肾脏的钙、磷转运障碍，骨钙、磷的代谢失调和肾脏羟化酶活性下降等而间接影响骨代谢 23。1.3 介质1.3.1 NONO 是 由 NOS 催 化 L-精 氨 酸 脱 胍 基 而 产 生 的 。 NOS 有 两 种 同 工 酶 ： 一 种 为 依 赖Ca2+和 钙 调 蛋 白 的 结 构 型 （ cNOS） ， 包 括 神 经 元 型 （ nNOS） 和 内 皮 细 胞 型 （ eNOS） ； 另一 种 为 不 依 赖 Ca2+和 钙 调 蛋 白 的 诱 导 型 （ iNOS） 。 eNOS 在 骨 髓 间 质 细 胞 、 成 骨 细 胞 、破 骨 细 胞 中 广 泛 表 达 ， 能 产 生 pmol 级 的 NO， 对 成 骨 细 胞 和 破 骨 细 胞 的 正 常 功 能 是 必 需的 ， 雌 激 素 、 他 汀 类 药 物 等 均 能 调 节 eNOS 产 生 NO， 从 而 防 治 骨 质 疏 松 。 在 细 胞 因 子 、脂 多 糖 等 刺 激 诱 导 下 ， iNOS 将 被 大 量 诱 导 产 生 ， 合 成 nmol-mol 级 的 NO， 影 响 正 常 骨代 谢 。骨代谢与 NO 浓度的高低密切相关。低浓度的 NO，指 cNOS 产生 pmol 级的NO，能促进成骨细胞的生长和分化。cNOS 基因敲除动物，由于缺乏必须的 NO，骨形成明