降钙素对骨关节炎关节软骨及软骨下骨作用的研究进展

连强强，张柳

(1.华北理工大学，河北 唐山；2.国家矿山医疗救助中心应急总医院，北京）

0 引言

骨关节炎(Osteoarthritis，OA)是一种诸多因素引起的关节软骨退化损伤、关节边缘和软骨下骨反应性增生，临床表现以疼痛、僵硬、活动受限为主的退行性关节疾病。最近报道显示OA 影响超过10%的成年人。是中老年人致残的主要病因之一[1-3]。OA的病理变化包括多种表现，例如关节软骨破坏，滑膜增生，骨赘形成和软骨下骨硬化，而且软骨细胞的细胞外基质（Extracellular matrix , ECM）的合成和降解之间的不平衡在关节软骨的功能性消化和破坏中起重要作用，这进一步导致OA[4]。此外，OA 患者通常表现出不同的症状，并且对临床干预的反应不同，这表明OA 是一种异质性疾病，需要提供更高精度的治疗方法[5,6]。软骨下骨代谢的变化是OA 疾病过程中不可分割的一部分，这些变化不仅是继发性的表现，而且是该疾病更为活跃的组成的一部分[7]，整体调节软骨和软骨下骨的代谢是治疗OA 的重要手段。

降钙素(Calcitonin，CT)是由甲状腺滤泡旁细胞分泌的一种天然多肽激素[8]，在40 多年前被发现，是人体调节骨钙代谢的重要内源性激素，具有强大的抗骨吸收能力，是目前临床上治疗骨质疏松的常用药物[9]，研究发现CT 也可以影响软骨代谢，并且对OA的预防及延缓起作用[10]。

1 CT 对OA 关节软骨和软骨细胞的作用

OA 早期关节软骨表面胶原退变，出现缺损及糜烂，并伴随软骨ECM 的降解。软骨细胞是软骨的唯一细胞成分，并且在调节ECM 的稳态中具有非常重要的作用。软骨的ECM 主要由聚集蛋白聚糖（Aggrecan，AGG）、II 型胶原（Collagen typeII，COLII）等组成，赋予运动期间关节面的拉伸强度和抗压性。在生理条件下，软骨细胞在ECM 的合成和重塑之间起保持平衡作用，通过调节胶原降解酶的活性，例如ADAMT、基质金属蛋白酶（matrix met alloproteinases, MMP）,进而影响AGG 以及COLII 等的合成代谢。在OA 中，合成代谢和分解代谢之间的失衡加重了基质的降解。促炎分子，如白介素-1（Interleukin 1，IL-1），有助于这些现象发生并促进软骨细胞凋亡，并最终导致OA 中的软骨破坏[11]。Sondergaard 等[12]人通过应用免疫组织化学染色证明在牛的软骨和人的软骨中表达降钙素受体(Calcitonin receptor，CTR)，同时采用逆转录聚合酶链反应检测到关节软骨细胞中CTR mRNA的表达。Jian Li 等[13]在大鼠前交叉韧带切除(Anterior cruciate ligament transection，ACLT)和内侧半月板切除的OA 模型中，CT治疗组软骨磨损较单纯手术组减轻，组织学染色显示CT 治疗组OA 的症状明显减轻，CT 治疗组术后所有的平均Mankin 评分均低于单纯手术组，PCR 结果表明CT 治疗组可以减少ColII 的降解并且CT 治疗组大鼠早期Tlr2、Tlr3、Tlr4 的mRNA 水平均低于单纯手术组。Wale J 等[14]人在单碘乙酸钠诱导的雄性Wistar大鼠膝关节OA 模型中，CT 可以显著降低胶原蛋白2 型α-1、丙二醛、尿酸和白细胞介素- 6 的释放并延缓OA 的进展。Greco K等[11]应用10-10至10-8M 梯度浓度的CT 体外干预高密度微球培养的C-28/I2细胞株和原代人关节软骨细胞发现软骨表型标志物SOX9、COL2A1 及Agg 显著上调，而分解代谢标志物MMP1、MMP13 和ADAMTS5 的mRNA 表达水平在静息和炎症状态下均下调。表明CT 可以使软骨细胞COLLII 和AGG 的表达增加。而且软骨细胞Tunel 染色证明CT 可以抵消IL-1β 的促凋亡作用。Mero A 等[15]人证明了CT 可以减轻家兔ACLT 术后股骨外侧髁和胫骨平台软骨的侵蚀，并且给药组较造模组相比病理学Mankin评分显著降低。Sondergaard 等[12]人在牛的软骨外植体中加入肿瘤坏死因子-α 和抑癌蛋白M 的模型中，通过测定Ⅱ型胶原羧基端肽(Carboxy terminal telopeptide of collagen type II,CTX-II)在条件培养基中的释放量，评价CT 对软骨降解的影响。这些外植体中Col II 的降解受到CT 浓度依赖性的抑制，在10nM CT 作用下有65%的抑制作用。肿瘤坏死因子-α 和抑癌蛋白M 诱导MMP 活性显著增加，而CT 对MMP 活性有较强的抑制作用。并且CT 浓度依赖性地增加了分离软骨细胞的环磷酸腺苷（Cyclic adenosine monophosphate,cAMP）水平。在体内实验中，鲑鱼降钙素（Salmon calcitonin,sCT）显著降低双侧卵巢切除术模型大鼠的CTX-II 水平。Wen Z H 等[16]人对Wistar 大鼠右侧膝关节行ACLT 诱导OA的模型中，皮下注射CT 延缓了OA 的进展，同时减少伤害感受，此外，CT 增加了软骨细胞中转化生长因子β1（Transforming growth factor-β1, TGF-β1）的表达。因此以上实验表明CT 能减缓软骨基质的丢失，降低炎性反应，并且促进关节软骨细胞产生COLII、AGG、cAMP、TGF-β1，降低关节炎软骨细胞胶原降解酶活性以及Tlr2、Tlr3、Tlr4 的表达。

2 CT 对OA 软骨下骨的作用

在OA 的发生发展过程中，软骨下骨由于破骨细胞、成骨细胞代谢的改变而发生大量的动态形态学改变，这是病理过程的一部分。最重要的是，骨关节炎软骨下骨重建从早期骨吸收增加转变为后期的骨增生，进而导致该组织硬化。在自发性OA 的灵长类动物模型中，骨样体积的增加往往比软骨改变更为严重。此外，在该动物模型中，软骨损伤的严重程度通常仅在晚期OA 中超过软骨下骨的变化程度[7]。在ACLT 家兔模型中，从术后1-8 周，或第8-16 周给予CT 治疗。结果表明CT 治疗组软骨光滑，很少或没有溃疡，骨赘更小，CT 抑制软骨下囊肿，降低了软骨下骨的骨吸收。研究人员认为CT 在OA 的预防和治疗阶段都有作用[17]。

El Hajjaji H 等[18]在狗的ACLT 模型的研究也表明，给予皮下注射CT 治疗，可在术后4 个月减缓OA 软骨的降解、软骨下骨的改变以及降低骨吸收血清标志物水平。关节的透明软骨缺乏血管，其完整性在很大程度上取决于软骨下骨的状态。KyrkosM 等[19]在兔ACLT、内侧副韧带切除诱导的OA 模型中，CT 治疗可以延缓OA 的进展，CT 治疗组较安慰剂组关节的影像学评分显著降低，影像学评分越高，OA 越严重，表现为关节间隙缩小、骨赘、骨囊肿、软骨下硬化等的加重。Sondergaard 等[8]人在转基因过表达CT 的小鼠部分半月板切除的OA 模型中发现与野生小鼠相比，过表达CT 的小鼠6 个月后骨体积分数（BV / TV）增加150%，12 个月后增加300%，并且可以保护软骨不被侵蚀。这些数据表明，增加CT 的水平可能会延缓OA 的发病。Cheng T 等[20]人在ACLT诱导的大鼠OA 模型中，CT 治疗组与生理盐水治疗组相比，OA 表现明显减轻，软骨下骨结构和动态参数均有明显改善，骨密度显著增高，BV/TV 显著增加，骨吸收率显著降低。Gou Y 等[21]在大鼠腰椎注射II 型胶原酶诱导的骨关节炎模型中，CT 治疗组显著改善软骨损伤，据微型计算机断层扫描（microCT）分析， CT 显着改善了软骨下骨的微结构参数和microCT 评分; 并抑制关节突肥大。以上实验结果提示降钙素可能通过影响软骨下骨合成代谢，抑制其骨量丢失，从而延缓OA 软骨退变。

3 CT 在临床的应用

Esenyel M 等[22]人对220 名膝关节疼痛和膝关节OA 患者进行进行CT 治疗。结果表明西安大略大学和麦克马斯特大学的骨关节炎指数(WOMAC)中疼痛、僵硬、功能、及总的WOMAC 评分与基线相比在治疗3 个月后均有显著的改善，且在整个治疗期间保持一致。参与者在接受CT 治疗1 年后，患者对疼痛、关节僵硬和身体功能受限的感知显著降低。在1 年的治疗期结束时，抢救镇痛药物的摄入量大约减少了60%，CT 治疗对骨质疏松症和OA具有双重作用，显著改善患者生活质量，并可改善膝关节OA 的预后。Bagger YZ 等[23]对152 名绝经妇女进行对照研究。受试者接受口服不同剂量含有Eligen 递送系统的sCT 的治疗3 个月，软骨保护作用通过校正的尿排泄CTX-II 的变化来评估，结果表明与安慰剂组相比，口服CT 治疗后尿CTX-II 的排泄量呈现剂量依赖性降低，并且软骨代谢率最高的女性在接受口服1.0 mg CT 治疗3 个月后尿CTX-II 降低最多，这表明CT 对有最高基线软骨转换水平的女性患者具有最大程度的保护。含有Eligen 递送系统的CT 口服制剂已进入治疗OA 的3 期临床试验。在2011 年美国风湿病学会会议上发表的摘要中，一项为期2 年涉及1169 例膝关节OA 疼痛患者的3 期临床试验中，每日两次口服剂量为0.8mg的CT24 个月后，较安慰剂组显著减轻患者疼痛和僵硬感受，改善身体机能，减缓软骨丢失，特别是在胫骨内侧平台[24]。Armagan O等[25]人对50 名膝OA 患者随机分为两组，第1 组进行鼻喷CT 和家庭锻炼治疗，第2 组进行家庭锻炼治疗，第1 组中与基线相比血清一氧化氮和尿CTX-II 水平显着降低并且显著改善股骨内侧髁区域OA 表现，患者的疼痛感受、身体功能评分、20 米步行时间和僵硬评分均观察到显著改善。

4 结论与展望

CT 对软骨和软骨下骨均有保护作用，CT 对软骨的抗分解代谢作用可能包括诱导cAMP 表达增加，导致MMP 介导的软骨降解的衰减以及增加软骨细胞TGF-β1 的表达，并且减少软骨下骨的骨丢失进而保护软骨，改善OA 患者的预后及生活质量。目前软骨保护剂的可用性有限。因此，CT 的进一步研究可能为OA 的药物治疗提供新的帮助。