糖皮质激素诱导骨质疏松的机制和治疗进展

王保平 贾红蔚 郑纺 朱梅

1天津医科大学总医院内分泌代谢科（天津300052）；2天津中医药大学中西医结合学院（天津 300193）

长期使用糖皮质激素（glucocorticoids，GCs）造成的骨质疏松（glucocorticoid⁃induced osteoporosis，GIOP）是GCs应用的最严重的副作用，也是继发性骨质疏松最常见的原因［1］。应用GCs的患者中30%～50%会发生骨折，在使用GCs治疗的前3个月内，骨密度（BMD）显著下降之前，骨折的风险即已增加75%［2］。BMD的下降幅度在GCs开始治疗的3～6个月达高峰，然后缓慢平稳下降。GCs治疗早期BMD的迅速下降是由于破骨细胞活性增加造成骨吸收增加，而远期BMD的缓慢下降与成骨细胞数量和功能的下降而导致骨形成降低有关［3］。GIOP发生与GCs使用剂量和疗程密切相关，但有文献［4］指出，GCs没有安全界值，即使泼尼松每日剂量2.5～7.5 mg的人群中同样可以发生GIOP，吸入的 GCs亦可引起 GIOP［5］。本文就GIOP 的分子机制及治疗做一综述。

1 GIOP的分子机制

GCs引起GIOP的机制复杂：包括抑制成骨细胞的增殖和分化；增加成熟成骨细胞和骨细胞的凋亡；延长破骨细胞的寿命和活性等，促进骨吸收［6］等。

1.1 抑制骨髓间充质干细胞的成骨分化 骨髓间充质干细胞（bone mesenchymal stem cells，BMSCs）是位于骨髓腔内的成体干细胞，具有自我更新和多向分化的能力。在不同的诱导因素作用下，可分化为成骨细胞、脂肪细胞、软骨细胞等，是成骨细胞的重要来源。Wnt/β连环蛋白（β⁃catenin）信号通路是调控BMSCs向成熟成骨细胞分化的重要通路之一。当Wnt蛋白与膜受体卷曲蛋白（Frizzled，Fz）、低密度脂蛋白受体相关蛋白5/6（low density lipopro⁃tein receptor⁃related 5/6，LRP5/6）结合后，抑制糖原合成激酶3β（glycogen synthase kinase⁃3β，GSK⁃3β）的活性，使磷酸化的β⁃catenin增加，从而进入核内，增加T细胞转录因子（T⁃cell⁃specific transcription factor，TCF）/淋巴增强因子 1（lymphoid enhancing factor 1，LEF1）转录活性，激活调控成骨分化相关基因如Runt相关转录因子2（runt⁃related tran⁃scription factor 2，Runx2）、骨钙素等的表达［7］。首先，过量GCs通过上调Wnt拮抗分子，包括重组人Dickkopf相关蛋白 1（recombinant human Dickkopf⁃related protein 1，DKK⁃1）和骨硬化素（sclerostin）的表达，抑制成熟骨细胞Wnt/β⁃catenin信号通路活性，使BMSCs向脂肪细胞分化，减少成骨细胞生成［8］。其次，过量GCs还可上调过氧化物酶体增殖物激活受体γ2（peroxidase proliferation receptors，PPARγ 2），抑制成骨转录因子Runx2和活化蛋白从而促进BMSCs向脂肪细胞分化［9］。过量的GCs可以调节多种MicroRNA（miRNA）的表达，包括miR⁃29a，miR⁃106b ，miR⁃34A⁃5P和miR⁃199a⁃5p，进而影响成骨细胞的分化。过多的GCs通过降低miR⁃29a的表达，提高了组蛋白去乙酰化酶4（histone deacetylase 4，HDAC4）表达，后者能降低乙酰化的Runx2和β⁃catenin水平，提高核因子κB受体活化因子配体（re⁃ceptor activator for nuclear factor⁃κB ligand，RANKL）水平，从而抑制成骨细胞的分化［10］。GCs还能上调 miR⁃34a⁃5p 和miR⁃106b的表达，上调的miR⁃34a⁃5p减少细胞周期相关蛋白，包括周期蛋白依赖性激酶4（cyclin⁃dependent kinase 4，CDK4），CDK6，和G1/S⁃特异性周期蛋白⁃D1（Cyclin D1），从而抑制骨髓基质细胞的增殖［11］，而miR⁃106b通过抑制骨形态蛋白 2（bone morphogenetic protein⁃2，BMP2）的表达，抑制成骨细胞的分化和骨形成［12］。GCs还能上调miR⁃199a⁃5p的表达，降低Wnt2而抑制成骨细胞的分化［13］。

1.2 促进成骨细胞和骨细胞的凋亡 成骨细胞中的半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（caspase）家族蛋白家族的活化，内质网应激，细胞自噬等共同参与了GCs诱导的成骨细胞和骨凋亡过程。caspase⁃3、caspase⁃9 同属于 caspase家族蛋白，caspase⁃9为凋亡始动子，caspase⁃3为凋亡效应子，激活后的caspase作用于特异性底物使得细胞凋亡。GCs通过上调caspase⁃3和caspase⁃9而使成骨细胞和骨细胞凋亡增加［14］。大剂量GCs还可以增加活性氧自由基含量，通过增加内质网应激，诱导成骨细胞和骨细胞凋亡［8］。过量GCs还可以通过增加硬化蛋白和DKK⁃1的表达而抑制Wnt信号通路，进而促进成骨细胞的凋亡［15］。自噬机制可以使骨细胞免于GCs诱导的细胞凋亡。研究表明，高剂量的GCs抑制细胞自噬，诱导骨细胞凋亡［16］。

1.3 延长破骨细胞的寿命和促进破骨细胞的分化 破骨细胞的形成与分化受RANKL/核因子κB受体活化因子（receptor activator for nuclear factor⁃κB，RNAK）信号通路、巨噬细胞集落刺激因子（macrophage colony stimulating fac⁃tor，M⁃CSF）信号通路的调节。骨保护素（osteoprotegerin，OPG）是RANK的诱骗受体，能拮抗RANKL与RNAK的结合。过量GCs可增加DKK⁃1水平而抑制成骨细胞和BM⁃SCs分泌OPG，使RANKL/OPG比例增高，抑制破骨细胞的凋亡，延长破骨细胞寿命［17］。GCs还可以通过增加骨髓基质细胞和成骨细胞中M⁃CSF和RANKL而促进破骨细胞的分化［7］。然而随着GCs治疗时间的延长，伴随着成骨细胞数量减少的同时，RANKL水平下降而导致破骨细胞数量减少。这也部分解释在GCs治疗前3个月骨折风险高而之后骨折风险反而降低［6］。

1.4 对血管的影响 最近的研究［1］提示GCs对骨骼的血管有深远的影响。动物实验表明，地塞米松和泼尼松龙可抑制血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的表达，减少骨骼血管生成。GCs也被证明通过内皮素⁃1而收缩血管，减少血流而导致骨组织间液含量减少和骨骼强度下降［18］。

1.5 其他作用 糖皮质激素可抑制小肠对钙、磷的吸收和肾小管的钙重吸收，可能诱发低钙血症和甲状旁腺功能亢进，进而促进破骨细胞的活化、导致骨吸收增加。GCs通过减少雌激素及睾酮的合成进而引起骨质疏松。GCs可以减少蛋白质合成，增加降解，进而使患者的肌肉量和肌力下降。另外，超生理剂量GCs减少I型胶原蛋白和骨钙素合成，促进I型胶原蛋白分解［9］。

2 GIOP的预防和治疗

临床医生GCs治疗时应选最小有效剂量和适当的疗程，并为患者提供生活方式指导，减少GIOP危险因素。

2.1 一般措施 多个指南指出改变生活方式可以更好地控制 GIOP［19⁃20］。包括均衡饮食，戒烟，避免过度饮酒，定期的负重或耐力运动以预防骨丢失和跌倒，维持正常体重。

2.2 钙剂和维生素D 所有预期要使用GCs治疗≥3个月的患者，不论剂量多少，建议同时补充钙和维生素D。中华医学会风湿病学分会建议长期接受GCs治疗的患者，联合使用普通或活性维生素D和钙剂防治GIOP，每日摄入钙元素和维生素D总量（包括食物来源）分别为1 200～1 500 mg和800～1 000 U。普通维生素D治疗患者血清25⁃羟维生素D 水平至少达到 50 nmol/L［19］。老年人、肾功能不全及1α⁃羟化酶缺乏者更适合活性维生素D，包括1，25双羟维生素D（骨化三醇）和1α羟维生素 D（α⁃骨化醇），推荐剂量分别为0.25～0.5 μg/d和0.5～1.0 μg/d［19］。

2.3 双膦酸盐 双膦酸盐可以抑制骨吸收，提高患者腰椎和股骨近端BMD，并降低椎体骨折风险，被许多指南推荐作为GIOP治疗的一线药物［19⁃20］。需要用药人群包括绝经后女性和50岁以上男性，具有：确定骨质疏松（T≤-2.5或者有脆性骨折史）；或骨量减少（-2.5≤T≤-1），服用泼尼松≥7.5 mg/日持续3个月以上；或骨量减少，服用泼尼松≤7.5 mg/日，FRAX评估为骨折高风险［21］。对于绝经前女性和年轻男性不推荐双膦酸盐治疗，需要平衡长期用药潜在风险性和致畸性［22］。

一线药物首选阿仑膦酸钠或者利塞膦酸钠口服，不能耐受口服制剂的也可以选用静脉唑来膦酸钠［19］。双膦酸盐不能用于肌酐清除率＜30 mL/min的患者。下颌骨坏死和不典型股骨骨折是双膦酸盐治疗的两个罕见的副作用。下颌骨坏死发生率在服用双膦酸盐的患者中占十万分之一到万分之一，在使用大剂量的静脉双膦酸盐的癌症患者如乳腺癌或多发性骨髓瘤中发生率要更高［22］。对于有GIOP风险的患者进行双膦酸盐治疗不推荐进入药物假期［23］。但有文献报道，长期双膦酸盐类药物治可引起骨微损伤持续蓄积，进而影响骨小梁结构的完整性而导致骨机械强度下降［24］。

2.4 其他药物 狄诺塞麦（RANKL的单克隆抗体）和特立帕肽（重组人甲状旁腺激素）可以考虑用于双膦酸盐不耐受或者需要长期治疗的患者。狄诺塞麦［25］和特立帕肽［26］均能升高GCs治疗患者的腰椎BMD。每周一次特立帕肽能降低双磷酸盐治疗的GIOP患者的骨折事件和增加患者腰椎BMD［27］，并且能促进成骨细胞的自噬功能进而减少凋亡［28］。VitK2，能增加骨钙素的谷氨酸残基的羧化，改善GCs治疗引起的骨形成下降［29］，提高GIOP患者的骨转换［30］。鹿瓜多肽是一种注射液，主要为梅花鹿的骨骼、葫芦科植物甜瓜种子的提取物。有文献报道鹿瓜多肽联合唑来膦酸治疗GIOP具有显著的临床疗效［31］，可明显缓解疼痛并提高BMD。咖啡酸苯乙酯（caffeic acid phenethyl es⁃ter，CAPE）是一种核转录因子⁃κB（nucleartranscription factor⁃κB，NF⁃κB）的抑制剂，具有抗氧化作用，它可以调节RunX2和RANKL/OPG信号通路从而改善GIOP［32］。

另外还有一些药物对GIOP有预防和治疗作用，但对这些药物的研究目前仅限于动物实验。川芎嗪可以通过增加AMP激活的蛋白激酶（AMP activated protein kinase，AMPK）/哺乳动物雷帕霉素靶向基因（mammalian target of rapamycin，mTOR）信号通路，促进BMSCs自噬，从而预防和治疗GIOP［33］。β⁃蜕皮甾酮也可通过活化mTOR，诱导成骨细胞的自噬，从而对GIOP有一定的预防作用［16］。多肽化合物LLP2A与阿伦膦酸盐（Ale）共价结合形成的LLP2A⁃Ale，与MSCs表面的的整合素α4β1具有高亲和性，能促进MSCs向骨表面迁移和分化，促进骨形成和增加骨量，对GIOP有预防和改善作用［34］。姜黄素是姜黄植物根茎的提取物，具有抗炎和抗氧化等活性。姜黄素可通过减少成骨细胞凋亡，从而改善GIOP，可能与活化细胞外调节激酶通路有关［35］。

3 小结

GCs引起BMD的下降早期与骨吸收增加有关，而远期与骨形成降低有关。虽然双膦酸盐可降低椎体骨折风险，但其主要作用是抑制骨吸收，长期应用会导致骨微损伤蓄积。狄诺塞麦，特立帕肽，VitK2等药物可改善GCs治疗引起的患者骨形成下降，从而改善GIOP。但目前尚待大规模循证研究以为GIOP的预防和治疗提供更多选择。