高同型半胱氨酸血症与骨质疏松的相关性

李蓉蓉 沈 芸

※为通讯作者

高同型半胱氨酸血症与骨质疏松的相关性

李蓉蓉1沈 芸2※

研究证实高同型半胱氨酸血症与骨质疏松症有一定相关性，是骨质疏松骨折的独立危险因素。高同型半胱氨酸可能通过刺激破骨细胞生成和活动、促进成骨细胞凋亡、影响骨胶原交联、降低骨量、减少骨骼血流量等途径导致骨质疏松甚至脆性骨折。研究证实降低血同型半胱氨酸浓度对骨质疏松的预防及治疗有一定作用。

同型半胱氨酸 高同型半胱氨酸血症 骨质疏松

骨质疏松症是一种由多因素导致又极易被忽视的老年常见疾病，骨质疏松性骨折的致残、致死率极高，造成家庭及整个社会的巨大医疗及经济负担，因此，随着人口老龄化形势的日渐严峻，发现其致病因素、预防其发生显得尤为重要。

1.同型半胱氨酸与高同型半胱氨酸血症

同型半胱氨酸(homocysteine，Hcy)是一种含硫氨基酸，是蛋氨酸的中间代谢产物，通过再甲基化及转硫作用两种途径代谢。Hcy合成与代谢途径及其相关酶系统的任何一个环节出现问题均可能导致血浆Hcy浓度异常，Hcy升高称之为高同型半胱氨酸血症(hyperhomocysteinemia，HHcy)，大约5%的人被发现伴有HHcy。HHcy与许多疾病风险增加有关，包括血管和神经退行性疾病、自身免疫疾病、出生缺陷、糖尿病、肾脏疾病、神经、精神疾病、癌症及骨质疏松症等[1～3]。

2.高同型半胱氨酸血症与骨质疏松

骨质疏松症是一种慢性的、多因素导致的以低骨量和骨组织微结构破坏为特征的全身性骨骼疾病，该疾病会增加骨骼脆性及骨折风险[4]。骨质疏松骨折是骨质疏松的一个严重不良后果，有较高的发病率和死亡率[5]。据调查，髋部骨折后第一年的死亡率从12%～35%不等[6]。

Hcy和骨质疏松症之间的联系被发现于遗传性胱氨酸尿症，这是一种罕见的遗传性疾病，特征为严重的高同型半胱氨酸血症、动脉粥样硬化和早期发病的骨质疏松症[7]。调查发现轻到中度HHcy在老年人群中是相当普遍的[8，9]，近年来的临床和流行病学数据表明血Hcy水平和骨折的风险相关[10]，而且Hcy水平升高已被证实是骨质疏松性骨折的一个强而独立的危险因素[10，11]，可作为骨质疏松性骨折的一个预测因子[11，12]。Zhu等[13]将82名年龄≥65岁的老年患者随机分成骨质疏松骨折组、高能创伤性骨折组及未骨折组，并检测其血浆同型半胱氨酸浓度，经过分析比较发现骨质疏松骨折患者血浆同型半胱氨酸水平较其他两组患者明显升高，从而推测降低血浆同型半胱氨酸水平可能会降低老年人的骨质疏松骨折风险。

3.高同型半胱氨酸导致骨质疏松的可能机制

3.1 HHcy对成骨细胞及破骨细胞的影响 骨重塑贯穿于整个生命过程中，它是通过成骨细胞及破骨细胞共同作用完成的。这一过程受分布在骨基质中的破骨细胞的调节，成骨细胞形成骨基质，破骨细胞的作用是骨吸收，破骨细胞会移动到骨基质的表面从而吸收骨，人体通过这一过程提供各种生命活动所需的钙[14]及维持正常骨结构。破骨细胞的骨吸收作用和成骨细胞的骨形成作用之间的不平衡是导致骨质疏松的主要机制[15]。研究证明高同型半胱氨酸会通过刺激破骨细胞生成和活动、促进成骨细胞凋亡来影响骨重塑[14]。

2005年，Herrmann等[16]通过一个体外研究发现增加Hcy浓度会刺激破骨细胞活动，从而促进骨吸收。Khandelwa等[17]的研究发现，高同型半胱氨酸通过激活磷酸化蛋白磷酸酶2A(PP2A)和扰乱转录因子FOXO1及丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)级联反应来改变成骨细胞中的氧化还原调控机制，使RANKL/OPG的值发生改变，从而影响了RANK/RANKL/OPG系统，导致破骨细胞活性增加、骨质量下降。Koh等[18]通过观察从小鼠骨髓细胞分化而来的破骨细胞发现，Hcy通过增加细胞内ROS的生成直接刺激破骨细胞形成和活动，这些发现表明，在伴有轻至中度高同型半胱氨酸血症的人群中，破骨细胞的骨吸收增加可能导致骨质疏松。还有研究发现，伴有高同型半胱氨酸血症小鼠的血中一些骨吸收的标记物是升高的，如羟脯氨酸和N-末端肽胶原蛋白-1[19]。

Kim等[20]提出，已知在其他种类的细胞内Hcy可以通过线粒体机制产生ROS致使细胞凋亡，此过程同样可发生在成骨细胞内，人骨髓间充质干细胞(BMSCs)和人骨髓基质细胞系(HS-5细胞株)被用来研究上述机制，结果发现同型半胱氨酸通过细胞凋亡蛋白酶机制和线粒体涉及细胞色素C释放的机制诱导细胞凋亡，这一结果为Hcy可能会通过减少骨形成有助于骨质疏松症的发展提供了证据。还有研究发现Hcy在mRNA水平上改变成骨细胞的基因表达从而影响成骨细胞的发育和分化[21]。除此之外，Ozdem等[19]发现骨形成标记物骨钙素在HHcy时显著降低。

3.2 HHcy对胶原交联的影响 Ⅰ型胶原是骨细胞外基质的主要组成部分[22]，胶原分子由成骨细胞、成纤维细胞、软骨细胞合成和分泌，相互聚合形成胶原纤维。胶原交联使胶原蛋白纤维具有稳定性。胶原交联可以分为赖氨酰氧化酶调节途径的交联(酶交联)及糖基化终末产物途径的交联(非酶交联)。实验证实HHcy可直接通过抑制骨胶原蛋白的交联酶-赖氨酰氧化酶(LOX)[23]，及间接通过下调LOX的mRNA的表达及其他涉及胶原交联的基因来干扰胶原蛋白的转录后修饰[22]。在体外，LOX的抑制或其mRNA的下调会导致胶原交联模式的改变[21，24，25]，在体内则引起骨质量下降[26～28]。Thaler等[22]通过实验发现HHcy刺激成骨细胞中白介素-6(IL-6)的生成，增多的IL-6经Janus激酶-2(JAK2),Friend白血病病毒综合因子-1(Fli1)及DNA甲基转移酶1(Dnmt1)致使CpG双核苷酸甲基化，导致赖氨酰氧化酶表达下调，这研究提出了一个新的可能抑制骨基质形成的途径。

还有实验指出Hcys直接刺激血清淀粉样蛋白A3(SAA3)在mRNA和蛋白质水平的表达，并导致基质中的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)序列暴露[29]，这一序列是隐藏在胶原内的，一旦暴露会引起胶原的细胞行为改变[30，31]，而且SAA3的增加会诱导基质金属蛋白酶13(MMP13)的生成，增多的MMP13会导致骨基质中Ⅰ型胶原分子结构的破坏[14]。

3.3 HHcy对骨量的影响 近年来有很多关于骨密度与同型半胱氨酸、叶酸、维生素B12之间关联的研究，但结果却不一致。

为了评估绝经后妇女的骨密度与同型半胱氨酸、叶酸、维生素B12之间的关系，Zhang等[32]进行了一项荟萃分析，结果显示骨质疏松的绝经后妇女血同型半胱氨酸水平显著升高。Kim等[33]对460位年龄大于30岁的朝鲜人进行了平均3年的常规健康检查，用相同的双能X骨密度仪对股骨近端的骨密度进行测量，对潜在的混杂因素进行调整后，发现在绝经前妇女及男性中增加同型半胱氨酸浓度，会剂量依赖性地使股骨近端的骨量流失显著增加，但绝经后妇女却不存在。这一研究提示Hcy水平增加可能是绝经前女性和男性未来骨量减少的一个独立危险因素。Bathtiri等[34]为了调查绝经后妇女血Hcy与骨密度之间的关系，对139名绝经后妇女进行了一项横断面研究，用双能X骨密度仪检测受试者髋部、股骨颈、腰椎部位骨密度，并检测其血Hcy浓度，采用荟萃分析的方法对检测结果进行分析，结果显示与骨密度正常的受试者相比，骨质疏松的绝经后妇女血Hcy浓度显著升高。然而，还有一些研究发现绝经后妇女的Hcy与BMD无相关性[38，39]。

3.4 HHcy对骨血流的影响 HHcy可通过减少关键抗氧化酶——谷胱甘肽过氧化物酶的表达或降低其活性，亦或增加超氧化物阴离子酶的产生来诱发氧化应激[37]，超氧化物阴离子可能与一氧化氮(NO)反应产生过氧亚硝基,使NO生物利用度降低，从而破坏成骨细胞与破骨细胞之间的平衡，致使骨重塑过程受到影响[38]。NO生物利用度降低，会导致骨血流量减少，从而导致骨质疏松[39]。Tyagi等[40]通过实验发现血浆Hcy浓度升高可减少大鼠胫骨动脉的血流量，这可能是由于升高的Hcy导致XADPH氧化酶(NOX-4)/Trx还原酶1(TRX-1)的失衡，使活性氧(ROS)生成增多及MMP-9的活化增加，而ROS生成增多可能诱导内皮型一氧化氮合酶(eNOS)减少及诱导型一氧化氮合酶(iNOS)增加，最终导致NO的生物利用度减少造成的，骨的血流量减少会降低骨骼的生长和修复所需的重要营养素,这可能导致骨量减少，从而发展成骨质疏松。先前的一些研究表明HHcy通过减少NO生物利用度导致血管阻力增加，从而减少骨血流量[41]，Tyagi[38]等基于这一结论研究HHcy与骨血流的关系，用浓度为0.67g/L的Hcy液对雄性斯普瑞格-道利鼠喂养8周，并设立年龄匹配的对照组，实验结束后用激光多普勒血流测量探测器分别对对照组和实验组小鼠的胫骨血流进行测量，结果发现，对照组小鼠胫骨血流指数明显高于实验组，对照组胫骨质量高于实验组，提示HHcy会导致骨血流量减少，从而破坏骨生物力学特性，可能导致骨质疏松。

4.展望

许多研究认为高同型半胱氨酸血症与骨质疏松相关，并且是骨质疏松性骨折的一个独立危险因素。随着年龄的增长，同型半胱氨酸水平呈递增趋势，因此降低血同型半胱氨酸水平对预防和治疗骨质疏松有一定的作用，补充同型半胱氨酸代谢过程中的维生素B12、维生素B6、叶酸等微量元素可有效降低同型半胱氨酸浓度。

5.小结

同型半胱氨酸升高在越来越多的人群中被发现，除了对心脑血管的影响外，高同型半胱氨酸血症已被证实与骨的多种疾病相关，但高同型半胱氨酸血症与骨质疏松之间的关系至今尚未明确，高同型半胱氨酸导致骨质疏松及骨折的发病机制仍需进一步研究，HHcy相关的骨质疏松及骨折的预防和治疗需被重视。

1 Brustolin S,Giugliani R,Félix TM.Genetics of homocysteine metabolism and associated disorders[J].Braz J Med Biol Res,2010,43(1):1-7.

2 Iannucci CV,Capoccia D,Calabria M,et al.Metabolic syndrome and adipose B tissue:new clinical aspects and therapeutic targets[J].Curr Pharm Des，2007，13(21):2148-2168.

3 Audelin MC,Genest J Jr.Homocysteine and cardiovascular disease in diabetes mellitus[J].Atherosclerosis，2001，159(2):497-511.

4 A.Flückiger.Consensus development conference:diagnosis, prophylaxis,and treatment of osteoporosis[J].Am J Med，1993 ，94(6):646-650.

5 Bliuc D,Nguyen ND,Milch VE,et al.Mortality riskassociated with low-trauma osteoporotic fracture and subsequent fracture inmen and women[J].JAMA，2009，301(5):513-521.

6 Roth T,Kammerlander C,Gosch M,et al.Outcome in geriatric fracture patients and how it can be improved[J].Osteoporos Int，2010，21:615-619.

7 Mudd SH,Skovby F,Levy HL,et al.A revisit to the natural history of homocystinuria due to cystathionine beta-synthase deficiency[J].Mol Genet Metab，2010，99(1):1-3.

8 Carmel R,Green R,Jacobsen DW,et al.Serum cobalamin,homocysteine,and methylmalonic acid concentrations in a multiethnic elderly population:Ethnic and sex differences in cobalamin and metabolite abnormalities[J].Am J Clin Nutr，1999，70:904-910.

9 Johnson MA,Hawthorne NA,Brackett WR,et al.Hyperhomocysteinemia and vitamin B-12 deficiency in elderly using Title IIIc nutrition services[J].Am J Clin Nutr，2003，77(1):211-220.10 Gjesdal CG,Vollset SE,Ueland PM,et al.Plasma homocysteine,folate,andvitamin B12 and the risk of hip fracture:the hordalandhomocysteine study[J].J Bone Miner Res，2007，22(5):747-756.

11 McLean RR,Jacques PF,Selhub J,et al.Homocysteine as a predictive factor for hip fracturein older persons[J].N Engl J Med，2004，351(10):1027-1030.

12 Van Meurs JB,Dhonukshe-Rutten RA,Pluijm SM， et al.Homocysteine levels and the risk of osteoporotic fracture[J].N Engl J Med，2004，350(20):2033-2041.13 Yuefeng Zhu,Jie Shen,Qun Cheng,et al.Plasma homocysteine level is a risk factor forosteoporotic fractures in elderly patients[J].J.Clin Interv Aging,2016,11:1117-1121.

14 Vacek TP,Kalani A,Voor MJ,et al.The role of homocysteine in bone remodeling[J].Clin Chem LabMed，2013，51(3):579-590.

15 Seeman E.Pathogenesis of bone fragility in women andmen[J].Lancet，2002，359(9320):1841-1850.

16 Herrmann M,Widmann T,Colaianni G,et al.Increased Osteoclast Activity in the Presence ofIncreased Homocysteine Concentrations[J].Clin Chem，2005,51(12):2348-2353.

17 Vijayan V,Khandelwal M,Manglani K,et al.Homocysteine alters the osteoprotegerin/RANKL system in the osteoblast to promote bone loss:pivotal role of the redox regulator forkhead O1[J].Free Radic Biol Med，2013,61:72-84.

18 Koh JM,Lee YS,Kim YS,et al.Homocysteine enhances boneresorption by stimulation of osteoclast formation and activity through increased intracellular ROSgeneration[J].J Bone Miner Res，2006，21:1003-1011.

19 Ozdem S,Samanci S,Tasatargil A,et al.Experimentalhyperhomocysteinemia disturbs bone metabolism in rats[J].Scand J Clin Lab Invest，2007，67(7):748-756.20 Kim DJ,Koh JM,Lee O,et al.Homocysteine enhances apoptosis inhuman bone marrow stromal cells[J].Bone， 2006，39(3):582-590.

21 Thaler R,Spitzer S,Rumpler M,et al.Differential effects of homocysteine and beta aminopropionitrile on preosteoblastic MC3T3-E1 cells[J].Bone，2010，46(3):703-709.

22 Thaler R,Agsten M,Spitzer S,et al. Homocysteine suppressesthe expression of the collagen cross-linker lysyl oxidase involving IL-6,Fli1,and epigenetic DNA methylation[J].J Biol Chem，2011，286(7):5578-5588.

23 Liu G,Nellaiappan K,Kagan HM.Irreversible inhibition of lysyl oxidase by homocysteine thiolactone and its selenium and oxygen analogues.Implications for homocystinuria[J].J Biol Chem，1997，272(51):32370-32377.

24 Raposo B,Rodríguez C,Martínez-Gonza’lez J,et al.High levels of homocysteine inhibit lysyl oxidase (LOX) and downregulate LOX expression in vascular endothelial cells[J].Atherosclerosis，2004，77(1):1-8.

25 Turecek C,Fratzl-Zelman N,Rumpler M,et al.Collagen cross-linking influences osteoblastic differentiation[J].Calcif Tissue Int，2008，82(5):392-400.

26 Claes L,Schmalenbach J,Herrmann M,et al.Hyperhomocysteinemia is associated with impaired fracture healing in mice[J].Calcif Tissue Int,2009，85(1):17-21.

27 Leboff MS,Narweker R,LaCroix A,et al.Homocysteine levels and risk of hip fracture in postmenopausal women[J].J Clin Endocrinol Metab，2009 ，94(4):1207-1213.

28 Zhu K,Beilby J,Dick IM,et al.The effects of homocysteine and MTHFR genotype on hip bone loss and fracture risk in elderly women[J].Osteoporos Int，2009，20(7):1183-1191.

29 Thaler R,Zwerina J,Rumpler M,et al.Homocysteine induces serum amyloid A3 in osteoblastsvia unlocking RGD-motifs in collagen[J].FASEB J，2013，27(2):446-463.

30 Taubenberger AV,Woodruff MA,Bai H,et al.The effect of unlocking RGD-motifsin collagenI on pre-osteoblast adhesion anddifferentiation[J].Biomaterials，2010 ，31(10):2827-2835.

31 Mauney JR,Kirker-Head C,Abrahamson L,et al.Matrix-mediated retention of in vitro osteogenic differentiation potential and in vivobone-forming capacity by human adult bone marrow-derivedmesenchymal stem cells during ex vivo expansion[J].J Biomed Mater Res A，2006，79(3):464-475.

32 Hongxiu Zhang，Xincheng Tao，Jie Wu.Association of homocysteine,vitamin B12,and folate with bone mineral density in postmenopausal women:a meta-analysis[J].Arch Gynecol Obstet，2014，289(5):1003-1009.

33 Beom-Jun Kim,Jung-Min Koh，Seong Hee Ahn,et al.High serum total homocysteine levels accelerate hip bone loss in healthy premenopausal women and men[J].Bone，2013，52(1):56-62.

34 Bahtiri E,Islami H,Rexhepi S,et al.Relationship of homocysteine levels with lumbar spine and femur neck BMD in postmenopausal women[J].Acta Reumatol Port，2015，40(4):355-362.

36 Haliloglu B,Aksungar FB,Ilter E,et al.Relationship between bone mineral density,bone turnover markers and homocysteine,folate and vitamin B12 levels in postmenopausal women[J].Arch Gynecol Obstet，2010,281(4):663-668.

37 Lentz SR,Erger RA,Dayal S,et al.Folate dependence of hyperhomocysteinemia and vascular dysfunction in cystathionine beta-synthasedeficient mice[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol，2000，279(3):H970-H975.

38 Neetu Tyagi，Thomas P Vacek，John T Fleming,etal.Hyperhomocysteinemia decreases bone blood flow[J].Vascular Health and Risk Management，2011，7：31-35.39 Sanchez-Rodriguez MA,Ruiz-Ramos M,Correa-Munoz E,et al.Oxidative stress as a risk factor for osteoporosis in elderlyMexicans as characterized by antioxidant enzymes[J].BMC Musculoskelet Disord，2007，8:124.

40 Tyagi N,Kandel M,Munjal C,et al.Homocysteinemediated decrease in bone blood flow and remodeling:role of folic acid[J].J Orthop Res，2011，29:1511-1516.

41 Steed MM,Tyagi N,Sen U,et al.Functional consequences of the collagen/elastin switch in vascularremodeling in hyperhomocysteinemic wild-type,eNOS-/-,and iNOS-/-mice[J].Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol，2010，299(3):L301-L311.

Correlation of hyperhomocysteinemia and osteoporosis

(LIRongrong,SHENYun.

Departmentofgeriatrics,ThefirstHospitalAffiliated,KunmingMedicalUniversity,Kunming650032,China.)

Studies confirm that hyperhomocysteinemia(HHcy) has some correlation with osteoporosis,is a independent risk factor for osteoporosis fracture.High level of homocysteine may lead to osteoporosis and fragility fracture via increasing osteoclast formation and activity,promoting the osteoblast apoptosis,influencing collagen cross-linking,reducing bone blood flow,decreasing bone mass，etc.Studies have shown that lowering the plasma homocysteine level has certain effect on the prevention and treatment of osteoporosis.

Homocysteine, Hyperhomocysteinemia, Osteoporosis

1.昆明医科大学 研究生部 650032 2.昆明医科大学第一附属医院 老年内分泌科 650032

10.3969/j.issn.1672-4860.2017.02.037

2017-1-18