甲状旁腺素促进成骨的研究

,

(大连医科大学附属第一医院 骨科，辽宁 大连 116011)

人体成骨作用的增强或是消退取决于体内骨转换过程中骨吸收与骨形成两方面综合作用的结果。现已知多种化学因素，包括激素及其受体、细胞因子、某些细菌代谢物、微量元素等都能参与调节成骨。郭世绂等[1]将促进成骨的生物活性物质分为主要抑制骨吸收和主要促进骨形成的两大类，前者主要有：雌激素及选择性雌激素受体调节剂、降钙素、二磷酸盐等；后者主要有甲状旁腺素(PTH)、他汀类化合物、锶剂、氟化物、护骨素等等。PTH对成骨作用的调节，并非象在甲状旁腺功能亢进中所观察到的只能引起骨质疏松，在某些情况下也能促进骨质形成，这一效应近来引起医学界的注意，目前的研究现状简述如下。

1 甲状旁腺激素(PTH)

Keutmann等1978年首先报道，人PTH的一级结构是由84个氨基酸残基组成的一条多肽链分子[2]；其分子量为9427[3]，其生物活性取决于N端的第1～27位氨基酸。PTH在血循环中主要有4种存在形式:①由84个氨基酸组成的完整肽链(I-PTH)；②氨基端PTH(N-PTH)，1-34氨基酸片段；③羧基端PTH(C-PTH)，56-84氨基酸片段；④中段PTH(M-PTH)，18～48或28～48氨基酸片段。 研究表明，I-PTH和N-PTH具有PTH的生物活性。随着对人PTH氨基端活性片段(N-PTH,hPTH1-34)的研究进展，发现其不同的作用方式对成骨有不同的调节作用。连续高浓度给予rhPTH1-34可使实验动物成骨减少；而间歇性低剂量给予rhPTH1-34可使动物活体成骨作用增加。

2 PTH与骨代谢

PTH是重要的Ca、P平衡调节剂，PTH能迅速提高骨细胞膜对Ca2+的通透性,使骨细胞膜上的钙泵活动增强，诱导Ca从基质中快速释放，将位于骨和骨细胞之间的骨液中的钙转运至血液中。

3 PTH与成骨细胞

3.1 现已证实，rhPTH1-34可活化腺苷酸环化酶(AC,参与活化PKA信号转导通路)和磷脂酶C(PLC，参与活化PKC信号转导通路)，并且都是通过与G蛋白偶联的受体(GPCR)结合完成的。正常人血浆PTH浓度约1-5×10-12M。最近的研究表明，在PTH活性肽链的浓度为nmol(10-9M)水平时，主要激活PKA通路，而PTH激活PLC在pmol(10-12M)水平上即可发生，这一浓度更接近生理水平;因为在细胞膜上存在P1R(PTH低亲和力受体)和P2R(PTH高亲和力受体)两种受体亚型[4],PTH与P1R作用时，羧基端螺旋区第25-34氨基酸残基形成主要结合位点，10-27氨基酸残基段形成次要结合位点，从而活化腺苷酸环化酶，激活PKA信号转导系统，主要促进骨吸收[5]。

3.2 PTH在与P2R结合时，主要由PTH的第20-34氨基酸完成,20-34区域有一个很重要的两性螺旋结构，与受体结合，引导28-34氨基酸段激活磷脂酶C,发挥生物学作用[6]。磷脂酶C(PLC)催化细胞膜上的磷脂酰肌醇二磷酸(PIP2)裂解成三磷酸肌醇(IP3)和二酰基甘油(DAG),IP3与DAG作为第二信使，IP3打开细胞内部钙池的钙离子通道，使钙离子释放到细胞质，协同DAG进一步激活蛋白激酶C(PKC)[4],促进骨形成。多个研究印证适当的PTH刺激对成骨细胞具有促分裂增殖作用，PKC信号转导通路激活与此密切相关；Erclik和Mitchell的研究表明，PTH可通过激活PKC提高骨肉瘤细胞株UMR 106-01表达IGF，而这一作用在PKC基因缺失的UMR106-01细胞中被抑制[7-8];IGF可激发成骨样细胞增殖、融合和表达分化相关基因；这一作用可被PKC特异抑制剂完全阻断[9]。Dehong Yang等[10]的研究表明，hPTH1-34不但可引起成骨细胞膜结合PKC激活，而且可通过时间和浓度依赖的方式引起胞浆内磷酸化PKC的增加，从而引起骨钙素表达增加；这一作用可被PKC特异抑制剂所阻断。由此可见，介导PTH调节成骨作用的多种细胞信号分子中，PKC起重要作用。

4 PTH浓度时相变化对成骨的影响

常人PTH分泌呈日节律波动，6AM最高，4PM最低，PTH浓度于10-50ng/L(约1-5×10-12M)之间波动。人体内PTH的分泌遵循两种时相原则:①PTH分泌量在频繁活动中，这种模式可以调节血钙平衡。②PTH分泌状态高度稳定,每天的分泌次数、分泌量都有一定规律，这一模式有助于维持正常骨量及骨代谢。此两种时相被某种生理“开关”控制，在需要时会相互转换，因而不同的PTH刺激会有不同的影响成骨的效果[11]。Toshinori以成骨细胞为研究对象得出结论:rhPTH1-34在以48 h为一循环的前6 h给药时刺激细胞增殖作用最强。韩志岩等[12]的研究表明:PTH刺激成骨细胞增殖与给药方式及药物浓度有关，10-11M rhPTH1-34在每24 h为一循环的前12 h给药,循环3次后，能刺激成骨细胞增殖，而浓度升高至10-7M对成骨细胞增殖却无影响；而10-7M rhPTH(1-34)72 h持续作用于细胞明显抑制其增殖,这些结论也与上述理论相符合,但其具体分子机制并未探明。

[1]郭世绂,骨质疏松症的药物治疗及其理论基础[J].中华骨科杂志,2004,24:691-695.

[2]Keutmann HT,Sauer MM,Hendy GN etal.Complete amino acid sequence of human parathyroid hormone[J].Biochemistry,1978,17:5723.

[3]Monier,Faugere MC,Geng Z,Mawad H.Improved assessment of bone turnover by the PTH(1-84)/large C-PTH fragments ratio in ESRD patients[J].Kidney Int,2001,60:1460-1468.

[4]Dunlay B and Hruska K.PTH receptor coupling to phospholipase C is An alternate pathway of signal transduction in bone and kidney[J].Am J Physiol,1990,258:F223.

[5]Julie MR,Amareshwar TK,Paula HS.Role of protein kinase A,phospholipase C and phospholipase D in parathyroid hormone receptor regulation of protein kinase Ca and interleukin-6 in UMR-106 osteoblastic cells.Cellular Signalling,2004,16:105-114.

[6]Neugebauer W,Gagnon L,Whitfield J etal.Structure and proteinkinase C stimulating activities of Lactam analogues of human parathyroid hormone fragment[J].Int J Peptide Protein Res,1994,43:555.

[7]Harvey AK,Yu XP,Frolik CA.Parathyroid hormone(1-34) enhances aggrecan synthesis via an insulin-like growth factor-1 pathway.J Biol Chem,1999,13:274.

[8]Kikkawa U,Matsuzaki H,Yamamoto T.Protein kinase C delta (PKC delta):activation mechanisms and functions.J Biochem (Tokyo),2002;132:831-9.

[9]Gabriella C,István BT,Rita M,etal.Insulin-like growth factor-I-coupledmitogenic signaling in primary cultured human skeletal muscle cells and in C2C12 myoblasts[J].A central role of protein kinase Cδ,Cellular Signalling,2006,18:1461-1472.

[10]Yang DH,Guo J,Paola D,Bringhurst FR.Parathyroid hormone activates PKC-δ and regulates osteoblastic differentiation via a PLC-independent pathway.Bone,2006,38:485-496.

[11]Swarthout JT,Doggett TA,Lemker JL,et al.Stimulation of extracellular signal-related kinases and proliferation in rat osteoblastic cells by parathyroidhormone is protein kinase C-independent[J].J Biol Chem,2001:276,7586-7592.

[12]韩志岩.刘景生.人甲状旁腺素(1-34)对新生Wistar大鼠成骨细胞增殖作用的影响[J].基础医学与临床,1998,18:33-37.