甲状旁腺素相关肽治疗绝经后骨质疏松症的研究进展

刘佳 高艳虹

上海交通大学医学院附属新华医院老年科，上海 200092

绝经后骨质疏松症(postmenopausal osteoporosis，PMO)是由雌激素缺乏引起的以骨量减少、骨组织结构变化以及骨强度降低为特点的一种全身代谢性疾病，是骨质疏松症中最常见的类型，主要发生在绝经后5～10年妇女[1]。由于骨强度降低，增加了绝经后妇女骨折风险。其中最常见的是脆性骨折，常发生在髋关节、股骨或脊柱的非外伤或轻度创伤情况下，导致疼痛、畸形、功能障碍甚至死亡。而与骨质疏松相关骨折的高发病率和死亡率也给患者和社会带来沉重的经济负担[2]。绝经后骨质疏松症患者的治疗需要抑制骨吸收和/或促进骨形成，进而来提高骨密度，减少脆性骨折的发生。目前治疗绝经后骨质疏松症的药物如双膦酸盐类、迪诺单抗、选择性雌激素受体拮抗剂、降钙素和雌激素类主要通过抑制破骨细胞活性减少骨吸收，而批准临床应用的甲状旁腺素类促骨形成药物特立帕肽，因其潜在的诱发骨肉瘤风险，美国食品药品管理局(Food and Drug Administration，FDA)限制用药不可超过24个月，作用有限，亟待出现一些新兴的药物来防治骨质疏松症[3]。国内外一些研究发现，PTHrp有类似PTH促进骨形成的作用，在针对性地治疗绝经后骨质疏松症人群中成为热点。相关药物Abaloparatide作为新型骨形成促进剂，表现出了比特立帕胺更好的临床应用前景。该药于2017年4月28日获FDA批准上市，用于治疗有高骨折风险的绝经后骨质疏松症患者[4]。本文对PTHrp的研究进展做一综述。

1 PTHrp简介

PTHrP是一种内源性物质，最初是由Burtis等于1987年在恶性肿瘤伴高钙血症的患者中发现的[5]。PTHrp分布范围广泛，在正常成人和胎儿体内许多组织器官如肺、心、肾、骨、脑、皮肤、乳腺、胰岛等均有所表达。其NH2末端的36个氨基酸与PTH在氨基酸序列及空间构象上有很高的同源性，两者均能与共同的受体PTH/PTHrp受体-1相结合，发挥促进骨形成的作用[6]。尽管如此，PTH和PTHrp在钙调节的作用方面存在区别，PTH主要通过内分泌的方式调节钙稳态，而PTHrp能通过旁分泌、自分泌或胞内分泌等多种方式调节钙离子的内环境稳态[7]。另外，PTH与PTHrp不是同一个基因编码产物，PTHrp的NH2末端1-13位的氨基酸与PTH在一级序列上有70%的同源性，14-36位与PTH在立体空间结构上具有同源性[8]。PTH对骨代谢有双向调节作用，生理性甲状旁腺素连续分泌可导致骨分解代谢作用，促进溶骨，升高血钙；而体外低剂量间歇给药可促进骨合成代谢[9]。而PTHrp(1-36)只选择性地刺激骨形成，而不促进骨吸收，甚至有降低骨吸收的作用[10]。利用这一特点，目前人工合成了一系列NH2端不同长度的多肽，主要包括PTHrp 1-31，PTHrp 1-34，PTHrp 1-36等片段。PTHrp不同片段具有有不同功能，N-末端PTHrp(1-36)通过与PTH 1R结合，维持机体内骨骼和肾脏中钙磷平衡来发挥钙调激素样作用；中段区域序列PTHrp(37-86)，主要调控胎盘钙离子的转运；核定位序列PTHrp(87-107)，能转位进入细胞核，发挥胞内分泌功能，刺激细胞的增殖和抑制细胞的凋亡；而C-末端PTHrp(108-139)通过抑制破骨细胞起到促进骨吸收的作用[11]。其中PTHrp 1-34是目前研究较多的片段之一，相关药物Abaloparatide是人工合成的PTHrP 1-34类似物，其分子结构中有76%的氨基酸序列与人PTHrP(1-34)同源以及41%的氨基酸与人PTH(1-34)同源[12]。与特立帕肽类似，Abaloparatide是一种甲状旁腺素类1受体(PTH1R)激动剂。由于比特立帕肽能更高选择性地结合PTH1R的构象，可导致刺激骨形成作用大于骨吸收作用，因此表现出更大的净合成代谢作用[13]。

2 PTHrp的作用机制

PTHrp主要通过激活Ⅰ型PTH/PTHrp受体(PTH 1R)发挥作用，PTH 1R是G蛋白偶联受体超家族的一员，参与多条信号传导途径达到调控骨代谢的作用。PTHrp与成骨细胞表面表达的PTH 1R特异性结合，一方面能活化环磷酸腺苷依赖的蛋白激酶A；另一方面激活钙依赖的蛋白激酶C/磷脂酶C，通过这两条信号传导通路，进一步诱导成骨细胞增殖和分化，达到影响骨形成的作用[14]。

最近研究表明PTHrP还参与调节经典Wnt/β连环蛋白信号通路，通过影响核因子κB受体活化因子配体(receptor activator for nuclear factor-κ B ligand, RANKL)和护骨素(osteoprotegerin，OPG)的表达，抑制破骨细胞骨吸收活性[15]；同时Calvo等的研究发现，PTHrp可以通过细胞分裂素活化蛋白激酶，细胞外信号调节激酶以及磷酸酰肌醇酸三激酶等信号传导途径影响成骨细胞分化标记蛋白的表达，影响成骨细胞的功能[16]。同时，研究证明PTHrp通过与PTH1R结合，可刺激胰岛素生长因子-1和转化生长因子等细胞生长因子的形成，促进骨合成代谢[17]。但也有研究发现PTHrp可刺激成骨细胞分泌白介素-6和白介素-11等溶骨性细胞因子，促进破骨细胞的形成及活性[18]。此外，有不少研究发现，PTHrp与其他因子也有复杂的调控作用，其中Indian hedgehog是骨发育过程中重要的调节因子，其参与的信号通路可以通过负反馈作用上调PTHrp的表达从而影响骨代谢作用[19]；而PTHrp还可通过下调骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)，抑制成骨细胞的分化[20]。由此可见，PTHrp的作用机制复杂，PTHrp主要通过与受体(PTH1R)结合发挥作用，影响多个成骨相关的信号通路或骨细胞调节因子的表达。

3 PTHrp的临床前研究

3.1 PTHrp在细胞水平的基础研究

PTHrp对成骨细胞的作用主要表现在可参与成骨细胞的增殖、分化和凋亡，促进成骨细胞的活化，对骨形成作用进行调控。体内试验发现敲除PTHrp基因的小鼠表现为过早死亡，骨量减少，成骨细胞增殖分化减少以及凋亡增多，而这种抑制成骨细胞和骨细胞凋亡的影响可通过间歇性给予PTH/PTHrp来逆转[21]。PTHrp能促进成骨细胞的召募并阻止成骨细胞和骨细胞的凋亡，不仅能促进已定型的前成骨细胞的分化，而且对成熟的成骨细胞和骨细胞的存活有促进作用。此外，国内一项研究发现间歇对间充质干细胞施加PTHrp后，能促进成骨细胞表型的分化，并可增加其矿化作用[22]。

PTHrp除上述成骨作用又有破骨作用，PTHrp一方面可通过与破骨细胞表面受体PTH 1R结合，直接作用于破骨细胞，促进骨溶解；另一方面可通过刺激成骨细胞的旁分泌作用，间接激活破骨细胞，从而诱导骨吸收作用。近期有研究表明，将转基因小鼠成骨细胞中的PTHrp敲除后，其破骨细胞形成数量减少，可能是由于敲除PTHrp后阻碍了成骨细胞促破骨细胞生成的作用[23]；

陶慧人等[24]的研究发现PTHrp可诱导破骨细胞形成，而且破骨细胞形成数目与甲状旁腺素相关肽的剂量呈正相关。

3.2 PTHrp的动物试验研究

临床前动物试验证实了PTHrp能有效促进骨形成，改善骨骼微结构，增加骨量及骨密度，从而提高骨强度。在国内一项去卵巢小鼠的骨质疏松模型中，发现一种新型人甲状旁腺素相关肽(8 L-hPTH)相对于甲状旁腺素，不仅能显著增加腰椎及股骨骨密度，而且能以剂量依赖性的方式增加骨小梁的宽度，改善骨骼微结构，说明8 L-PTH在增加骨形成及抑制骨吸收方面要优于hPTH(1-34)[25]。同时徐进等[26]关于PTHrp1-34片段对去卵巢大鼠骨质疏松作用的研究，发现PTHrp1-34能刺激成骨细胞的活性，提高血清中骨钙素(osteocalcin，OC)及胰岛素样生长因子-1水平，并能增加股骨和腰椎骨密度，对去卵巢大鼠所引起的骨质疏松有效。Varela等[27-28]通过建立年长雌性去卵巢食蟹猴的骨质疏松模型，评估PTHrp1-34对骨代谢指标、骨密度及骨强度的影响，该研究选取年龄在9周岁以上的雌性食蟹猴为试验对象，将它们随机分为5组，其中4组接受去卵巢手术，另外一组施行假手术，术后9个月后去卵巢手术组分别给予PTHrp 1-34 2、10、50 μg/kg或安慰剂处理，假手术组给予安慰剂处理。结果显示经过不同剂量PTHrp 1-34处理16个月后，食蟹猴的骨形成标志物均显著增加而骨吸收标志物不变，相应脊柱和股骨颈的骨密度水平也有明显升高。对脊柱及股骨的组织形态学检查发现，与对照组相比，PTHrp剂量水平为10和50 μg /kg的试验组，胸十二椎体、第六腰椎以及股骨远端的骨小梁微结构得到了明显改善，同时高剂量试验组的皮质内骨形成率等骨皮质微结构参数增加。上述结果显示PTHrp对促进骨形成有一定的效果，能在一定程度上逆转雌激素缺乏引起的骨量丢失，且可以改善骨小梁和骨皮质的微结构，增加骨的机械强度。Hattersley等[29]在其他动物身上也进行了类似研究，通过选取6月龄去卵巢大鼠来建立骨质疏松的模型，进而评估PTHrp1-34治疗1年后，大鼠骨密度和骨强度的变化。在治疗初期可观察到，腰椎及股骨的骨密度呈剂量依赖性增加，其中股骨干骺端的骨密度增加迅速并很快恢复至手术前水平。治疗终止时，与去势安慰剂对照组相比，由双能X线骨密度仪(DXA)测得的骨密度指标以及pQCT测得的骨几何参数也有明显改善，其中测得胫骨干骺端的骨密度在10、50、250 μg/kg组分别较基线水平增加了73%、164%和428%。PTHrp1-34能显著增加骨强度，而且骨强度的增加与骨密度、骨矿含量和皮质厚度密切相关，与去势对照组相比，高剂量试验组股骨颈、股骨中段及腰椎椎体的峰值骨量相应增加了90%、49%和172%。上述研究发现PTHrp1-34可显著增加去卵巢大鼠的骨量、骨形成标志物以及骨强度，而对骨吸收标志物及血钙水平无明显影响。Chouinard等[30]在以上动物试验的基础上关注了PTHrp1-34对骨组织形态学的改变，发现PTHrp 1-34能增加骨小梁数量和厚度，减少骨小梁分离度，改善骨小梁及皮质骨的微结构参数，但并不直接影响破骨细胞表面。

4 PTHrp的临床研究

目前临床研究主要在绝经后骨质疏松妇女中展开，相关药物Abaloparatide能有效增加脊柱及髋骨的骨密度、改善骨转换标志物、降低骨折发生风险，在临床研究中表现出相对较好的安全性。

4.1 对骨密度及骨代谢指标的影响

在最初的临床试验中，16名健康绝经后骨质疏松妇女随机接受每日皮下注射PTHrP 1-36或安慰剂治疗3个月，腰椎骨密度相对基线水平升高4.7%，骨形成标志物增加，而骨吸收标志物未见明显变化，这表明PTHrP 1-36能选择性地刺激骨形成，而促进骨吸收并不明显[31]。在一项多中心、随机对照双盲的二期临床研究中，222名年龄在55～85岁的绝经后骨质疏松妇女，每日接受皮下注射Abaloparatide 20、40、80 μg，特立帕肽20μg或安慰剂治疗24周后，观察她们骨密度相对基线水平的变化，结果显示Abaloparatide治疗组的骨密度在腰椎、股骨颈及髋部均有显著增加，且呈剂量依赖性增加；其中皮下注射高剂量Abaloparatide组腰椎BMD相对基线水平提高了6.7%，股骨颈提高了3.1%，明显高于安慰剂组和特立帕肽组；而且40μg 和80μg 皮下注射Abaloparatide组改善全髋骨密度的作用明显优于特立帕肽(0.5%)组。上述结果证实了Abaloparatide可有效增加骨密度，且在皮质部位(全髋关节)表现出优越的骨合成代谢活性，说明Abaloparatide对提高绝经后骨质疏松症患者的骨密度有一定的效果。同时，Abaloparatide能升高骨转换标志物水平，上述研究发现，Abaloparatide高剂量组在研究初始(1周左右)时，骨形成标志物如血清Ⅰ型N末端前肽(procollagen type1 amino-terminal propeptide，PINP)和骨钙素水平即呈显著的剂量依赖性增加，在研究终止(24周)时，各剂量Abaloparatide组PINP和OC均显著高于安慰剂组。骨吸收标志物Ⅰ型胶原羧基端肽(C terminal peptide，CTX)在治疗12周后较基线水平有所增加，且在特立帕肽组显著高于各剂量Abaloparatide组，其中高剂量Abaloparatide组 CTX未呈现线性增长趋势[32]。在一项名为ACTIVE评估骨折风险的三期临床研究中，同样发现相对于安慰剂对照组，Abaloparatide 80μg在治疗期间能有效增加腰椎、全髋及股骨颈的骨密度。此外，Abaloparatide 80 μg和特立帕肽20 μg 还能增加骨形成标志物PINP水平；虽然Abaloparatide同时能增加骨吸收标志物CTX水平，但相对特立帕肽组作用较弱，其中在6、1 218个月比特立帕肽组减少了46%、56%和69%的增长幅度，这预示Abaloparatide对骨吸收的刺激作用小，相比特立帕肽可表现出更大的净合成作用[33]。

4.2 与骨折风险性的关系

绝经后骨质疏松症极易引起骨强度降低，导致抗骨折能力下降，从而使骨折危险性增加，因此降低骨折风险是评价抗骨质疏松药物有效性的关键指标。Miller等[33]的三期临床研究，主要在10个国家的28个研究中心展开，研究对象包括2463例绝经后骨质疏松性骨折高风险的女性患者(平均年龄69岁，腰椎平均T评分为-2.9)，其中16.3%的患者曾发生过1次椎体骨折，28.2%的患者有过2例及以上的椎体骨折，46.8%例的患者至少发生过1次非椎体骨折，她们随机接受每日皮下注射Abaloparatide 80 μg，特立帕肽20 μg或安慰剂治疗18个月后，相应的新椎体骨折发生率分别为 0.58%，0.84%和4.22%，与安慰剂相比，Abaloparatide 组和特立帕肽组分别降低了86%和80%的新发椎体骨折风险。此外，Abaloparatide还能降低非椎体骨折，总的临床骨折和主要骨质疏松性骨折的发生风险，其中非椎体骨折发生率减少43%，骨质疏松性骨折发生率减少67%。Cosman等[34]的临床研究关于骨折发生风险，进一步针对不同基线水平危险因素进行了亚组分析，其中基线水平风险因素按照骨密度T评分(≤-2.5，-2.5～-3.0，>-3.0)，年龄(<65，65～75，>75)，是否有影像学确诊的椎体骨折以及是否有非椎体骨折发生史分组，结果显示Abaloparatide在各亚组中结果保持一致，均能有效降低新发形态学椎体骨折及非椎体骨折的发生率，说明Abaloparatide在排除年龄和其他各种因素基线水平不同的影响，可以作为预防骨折的有效保护因素，更广泛地应用于绝经后骨质疏松症妇女，降低绝经后骨质疏松性骨折。

4.3 安全性和耐受性

现有临床研究同时关注了Abaloparatide的安全性问题，数据表明皮下注射Abaloparatide的一般耐受性良好。在上述二期临床研究中，与安慰剂以及特立帕肽相比，Abaloparatide并没有增加与临床治疗相关的不良反应发生率；绝大部分注射部位不良反应的程度也较轻，在Abaloparatide和特立帕肽治疗组的发生率相似；其中严重不良反应包括胸背痛、腹水、卵巢癌、晕厥、关节痛等，但没有直接证据证明这些严重不良反应与Abaloparatide存在必然联系。三期临床研究ACTIVE中，相关药物不良反应、严重不良反应以及不良反应导致死亡事件的发生率在各治疗组间均未见明显差异；由不良反应导致试验终止的事件在Abaloparatide组较安慰剂组(6.1%)更常出现，Abaloparatide和特立帕肽的发生率分别为9.9 %和6.8 %，而眩晕、心悸、头痛等作为主要原因，但这些反应都被认为是温和的、不严重的。此外，上述两项临床研究均发现Abaloparatide组高钙血症的发生率显著低于特立帕肽组，差异有显著统计学意义；而且目前尚无研究证据表明由Abaloparatide治疗引起高钙血症能增加心血管疾病的风险[23]。在PTHrp与肿瘤发生发展的相关文献中指出，PTHrp作为一种细胞因子可以刺激肿瘤细胞的增殖和抑制其凋亡，其表达异常可引起多种恶性肿瘤的发病以及骨转移，因此担心其潜在的致癌作用[35]。然而在目前的临床研究中尚未出现有类似特立帕肽诱发骨肉瘤发生的病例报道，因此仍需要进一步的研究以评估长期的安全性问题。

5 小结

动物实验研究及临床研究都表明PTHrp在骨质疏松症方面具有较好的临床应用前景。其新型生物合成制剂Abaloparatide相比特立帕肽，在未增加不良反应的基础上，能显著地增加骨密度、降低骨折风险。鉴于其良好的成骨活性，目前已被推荐开发应用于临床治疗绝经后妇女骨质疏松症。但其长期应用的不良反应及是否与肿瘤发生有关等问题尚无定论，期待未来的进一步研究证据。