糖皮质激素在影响骨形成和骨吸收方面引起骨质疏松的机制研究进展.docVIP

糖皮质激素在影响骨形成和骨吸收方面引起骨质疏松的机制研究进展 夏吉利张霄雁李哲海靳志海 内蒙古医科大学第三附属医院骨科，内蒙古包头014010 摘要糖皮质激素（glucocorticoidGC）在临床应用广泛，其主要的副作用之一是对骨的影响，导致糖皮质激素性骨质疏松(glucocorticoidinducedosteoporosisGIOP)的风险显著增加。目前研究认为其机制为：糖皮质激素通过调高细胞外因子DKK1、SFRPs的表达水平抑制Wnt/-catenin信号通路，从而抑制骨细胞形成；通过增强成骨负性因子SOST、PPAR2的活性，弱化成骨活性因子Cbfal、IGF-1的表达来抑制骨形成。同时通过调节OPG/RANKL/RANK途径促进骨吸收。本文从糖皮质激素对骨形成和骨吸收两个方面的影响对糖皮质激素性骨质疏松的发生机制进行探讨，综述了近几年国内外对糖皮质激素性骨质疏松的研究现状，以此为该疾病的治疗提供相关理论帮助。 关键词糖皮质激素；糖皮质激素性骨质疏松；发病机制 R58A1672-5654（xx）05（c）-0189-03 GlucocorticoidsAffectBoneResorptionAndBoneFormationCausedTheMechanismsofOsteoporosis XIAJiliZHANGXiaoyanLIZhehaiJINZhihai Orthopaedics,TheThirdAffiliatedHospitalofInnerMongoliaMedicalUniversity,Baotou014010,China AbstractGlucocorticoids(glucocorticoid.GC)arewidelyusedinclinic,oneofthemainsideeffectsareeffectsonbone,glucocorticoidinducedosteoporosis(glucocorticoidinducedosteoporosis.GIOP)significantlyincreasedtheriskof.GlucocorticoidinhibitionofWnt/-cateninpathwaythroughtheadjustablehighexpressionlevelsofcytokinesDKK1,SFRPs,therebyinhibitingboneformationbyenhancingcell;OsteogenicnegativefactorSOST,PPAR2activity,weakeningtheexpressionofosteogenicactivityoffactorCbfal,IGF-1toinhibitboneformation.Atthesametime,byregulatingtheOPG/RANKL/RANKpathwaypromotesboneresorption.ThisarticlecarriesonthediscussionfromtheGCformationandboneresorptionontwoaspectsofthemechanismofGIOPonbon，whichistoprovidethetheoreticalhelpforthetreatmentofdiseases. KeywordsGlucocorticoid；GIOP；Mechanism 继发性骨质疏松症是临床常见病，近年来发病率不断上升，起首要发病原因是糖皮质激素的使用。长期大量服用糖皮质激素可造成骨量丢失，骨脆性增加，增加骨折发生率，所造成的病理性骨折预后较差，常发生延迟愈合或不愈合，致残率极高。所以探究糖皮质激素性骨质疏松的发生机制，对于糖皮质激素性骨质疏松的防治具有重大帮助。本文对糖皮质激素在影响骨形成和骨吸收方面引起骨质疏松的机制的研究现状进行了总结，先综述如下。 1GC抑制骨形成 成骨细胞内，小剂量生理浓度的糖皮质激素可促进成骨分化，对于骨组织的正常代谢有非常重要的作用1-4，但是长期大剂量地使用GC反而抑制成骨细胞的增殖和分化，通过多种途径的作用致使骨髓基质细胞分化为成骨细胞的这一过程受到抑制，同时糖皮质激素也会直接或间接的引起成骨细胞的凋亡，从而破坏骨组织正常骨组织中骨形成与吸收动态平衡，抑制骨的形成。 骨髓间质干细胞有向多种细胞分化的能力，例如向成骨细胞、破骨细胞、脂肪细胞等细胞的分化。GC可通过多种途径抑制间充质干细胞向成骨分化，导致其向成脂分化增多，导致骨质疏松。目前认为Wnt/-catenin信号通路是促进成骨细胞的形成尤为重要的环节。 Wnt分子与其受体卷曲蛋白Frizzled跨膜受体和低密度脂蛋白受体相关蛋白(LRP-5/6)结合成Frizzled/LRP5/6复合物，激活胞质内的蓬乱蛋白(Dsh)，使糖原合成激酶3(GSK-3)失活，使胞质内的-catenin不能通过磷酸化而使其降解，继而进入细胞核，通过TCF/LEF依赖的转录途径，促使靶基因的活化，诱导成骨细胞转录因子的表达，增加成骨细胞的数目5-7。 Dickkopf1(DKK)在DKK蛋白家族中是一种分泌型糖蛋白，Dkk1是Dkk蛋白家族中，至关重要的的Wnt通路抑制因子，Dkk1通过自身特定片段CRD1结合到LRP6及两个跨膜蛋白Kremen1/Kremen2上，形成复合物，使GSK-3不能失活，胞内-catenin与支架蛋白(Axin)肠腺瘤息肉蛋白(adenomatouspolyposiscoli,APC)形成降解复合物,被磷酸化而减少。GC可提高细胞外Dkk1的表达，从而抑制Wnt信号通路，抑制成骨细胞形成8-10。Dkk1可降低胞内OPG水平，提高RANKL水平，使RANKL/OPG比例增加，导致骨质吸收11。动物实验表明，应用DKKl反义寡核苷酸可减少骨组织DKKl的表达，能减少骨量丢失，减少间充质干细胞向成脂分化12。 分泌型Frizzled相关蛋白(Secretedfrizzled-relatedproteins,SFRPs)是重要的Wnt抑制因子，属于Wnt反义链家族,SFRP因子上的CRD片段可与Wnt结合，抑制Wnt与细胞膜上的受体复合物的结合，从而抑制Wnt信号通路13。GC可增加sFRPl的表达，进而减少成骨细胞的分化，同时GC增强糖原合成激酶3(GSK3)的功能，进而导致-catenin的降解，最终使细胞转录终止，从而抑制Wnt信号通路，抑制成骨细胞形成14。 骨硬化素（Sclerostin,SOST)骨形成的负调节因子，VanBezooijen等15研究发现，在人和小鼠体内SOST由骨细胞特异性表达。SOST上有一个富含半胱氨酸的区域，与Dkk家族相似。SOST通过与LRP5/6结合，抑制卷曲蛋白与LRP5/6结合，从而阻断Wnt信号通路,抑制成骨分化及骨形成16。有研究发现GC可导致骨细胞对SOST分泌增加，SOST与Dkk对Wnt信号通路的共同点都是与LRP5/6结合，但两者没有竞争关系，两者分别与受体LRP5/6上的不同区域结合，是相互独立的LRP5调节因子。 骨形态发生蛋白（bonemorphogeicprotein,BMP）是一种具有显著成骨趋向的因子，对成骨细胞的活性和增殖有着明显的促进作用。BMP可诱导骨髓间充质干细胞不可逆地分化为成骨或成软骨细胞,对于大多数骨基质蛋白都有较强的增生和表达效应，实验发现糖皮质激素在下调骨形态发生蛋白表达中具有显著的作用，结果对小鼠胚胎成骨细胞（MC3T3-E1）的分化中，产生抑制作用。薛元锁等在研究家兔激素性股骨头坏死时发现坏死骨小梁和骨髓组织中BMP-2表达水平明显减少，他将病变区成骨细胞加入外源性BMP-2，12h后发现碱性磷酸酶和骨钙素水平明显回升。BMP同时可刺激核心结合因子(corebindingfactoralphal1,Cbfa1)，增加Cbfa1的转录水平，在过去的研究中发现而核心结合因子是促进骨形成过程的关键因子，骨钙蛋白(osteocalcin，OSC)、骨桥蛋白(osteopontin,OPN)、骨延蛋白(bonesial-oprotein，BSP)、I型胶原蛋白基因的5端，都均有成骨细胞特异元件2(osteoblastspecificelement2，OSE2)序列可在与Cbfa1结合后激活其转录，促进成骨。在分析人OPG启动子区域中发现，其启动子区域中存在着12个Cbfal结合元件(OSE2)，进而证实Cbfa1可以与OPG结合，发挥调节成骨的作用。使用基因技术手段，将大鼠cbfal基因剔除，可导完全抑制骨细胞的分化，成骨细胞及骨化组织减少。GC在转录水平上弱化Cbfal的表达，从而抑制成骨细胞分化。 胰岛素样生长因子(insulin-likegrowthfactots，IGF)是具有促进细胞增生和分化的功能的细胞因子，IGF通过自分泌和旁分泌的途径调节骨细胞功能，IGF-1可促进骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化，并且促进骨基质细胞矿化，减少骨胶原分解并生成型胶原，促进骨生长。GC可抑制成骨细胞IGF-1启动子的活性，从而降低IGF-1的转录，抑制IGF-1的表达，同时GC也影响IGF结合蛋白-5(IGFBP-5)的表达，削弱IGF在骨形成中的促进作用。 过氧化物酶体增生物激活受体2(peroxisomeProliferator-activatedreceptor，PPAR2)是脂肪细胞特异性的核受体，GC通过对PPAR2和CAAT核因子增强子结合蛋白的诱导作用，从而抑制骨髓间充质干细胞的成骨分化，促进其向脂肪细胞分化，PPAR2同时抑制成骨转录因子DRP2(Dwarf-relatedprotein2)的表达，从而阻止成骨细胞的形成，使成熟的成骨细胞数量减少，造成骨髓脂肪积聚和骨丢失。 1l羟基类固醇脱氢酶(hydroxysteroid11dehydrogenase，11-HSD)作用是调节局部组织内糖皮质激素水平，11-HSD包含1l羟基类固醇脱氢酶1(11-HSD1)和1l羟基类固醇脱氢酶2(11-HSD2)，可以催化氢化可的松和可的松的相互转化。11-HSD广泛分布于糖皮质激素可影响的人体部分器官及组织内。骨组织成骨细胞内11-HSD1催化非活性的GC转化为其活性形式，而GC又可增加成骨细胞内11-HSD1mRNA的表达及其酶活性，从而增大GC在导致GIOP中的作用。相关研究指出影响成骨细胞增殖、分化和功能的一个重要的自分泌决定因素可能是通过调节11-HSD1的活性来完成的。11-HSD2在成骨细胞中，相对于11-HSD1是低表达的，其作用是在GC过多时，通过氧化作用而灭活GC。GC与11-HSD1和11-HSD2相互影响，从而调节骨形成。 2GC促进骨吸收 GC通过多种途径抑制骨形成，同时GC可促进破骨细胞的增殖分化，还可通过间接作用影响破骨细胞的活性和功能来促进骨吸收。OPG/RANKL/RANK途径在调节骨重建中发挥重要作用。 核因子B受体活化因子配体(receptoractivatorofnuclearfactorBligand，RANKL)由成骨细胞、骨髓基质细胞及激活的T细胞等多种细胞合成，是肿瘤坏死因子配体超家族成员之一，RANKL可与未成熟的破骨细胞表面受体RANK结合，RANK还是RANKL的唯一靶受体，两者结合后，进而促进破骨细胞增殖和活化，增加其活性。 骨保护素（osteoprotegerin，OPG）属于肿瘤坏死因子受体家族的成员之一，骨组织中的相关细胞可表达OPG，如成骨细胞及骨髓基质细胞，OPG通过与RANKL竞争性结合，或者与肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体（TNF-relatedapoptosisinducingligand，TRAIL)的结合，阻止了RANKL与RANK结合后从促进破骨细胞的分化及活性的改变。 GC诱导成骨细胞表达OPG在转录水平下调，从而阻止破骨细胞的凋亡、促进骨的吸收，GC同时诱导RANKL表达上调，使破骨细胞的数量增加，提升其活性，增加了对骨的吸收的作用，引起明显的骨量丢失，进而导致GIOP。 3总结 综上所述，GC通过调高细胞外因子DKK1、SFRPs的表达水平抑制Wnt/-catenin信号通路，从而抑制骨细胞形成；通过增强成骨负性因子SOST、PPAR2的活性，弱化成骨活性因子Cbfal、IGF-1的表达来抑制骨形成。同时通过调节OPG/RANKL/RANK途径促进骨吸收。其中Wnt/-catenin信号通路在GIOP的形成中占有重要的地位，其中DKK-1在其中有着重要的调节作用，因此，进一步研究在GIOP发生时抑制DKK-1的表达，促进骨髓间充质细胞成骨，抑制其成脂，减少骨量丢失，其做为一种治疗GIOP的对策，值得我们更加深入的研究。 参考文献 1WarrinerAH,SaagKG.PreventionandTreatmentofBoneChangesAssociatedwithExposuretoGlucocorticoidsJ.CurrentOsteoporosisReports，xx,11(4):31-347. 2AdachiJD.Glucocorticoid-inducedosteoporosisJ.Osteoporosisinternational,xx,20(l3):239-240. 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