骨关节炎疾病改善型药物研究进展

苏博雅，许元生，王 华，汤宇晴，张时群，宋 燕

（广州领晟医疗科技有限公司，广州510663）

骨关节炎（osteoarthritis，OA）是一种严重影响患者生活质量的关节退行性疾病，主要症状为关节疼痛及压痛、关节活动受限、关节畸形等，会对个人和社会造成沉重的经济负担。

OA在中老年人群中发病率较高，65岁以上的人群50%以上为OA患者，我国膝关节症状性OA（膝关节Kellgren&Lawrence评分≥2，同时存在膝关节疼痛）的患病率为8.1%；女性高于男性，从区域特征来看，农村地区膝关节症状性OA患病率高于城市地区。OA可导致关节疼痛、畸形与活动功能障碍，进而增加心血管事件的发生率及全因病死率，尤其是症状性膝关节OA，研究认为可导致全因病死率增加近1倍。随着我国人口老龄化的发展趋势，OA的发病率还有逐渐上升的趋势［1］。

OA的治疗目的是缓解疼痛，延缓疾病进展，矫正畸形，改善或恢复关节功能，提高患者生活质量。总体治疗原则是依据患者年龄、性别、体重、自身危险因素、病变部位及程度等选择阶梯化及个体化治疗［1］。根据《骨关节炎诊疗指南（2018年版）》中提出的治疗方案，对于病变程度不重、症状较轻的OA患者首选基础治疗。当疾病进一步进展时需要采取药物治疗，现有的药物治疗主要以缓解疼痛进而改善关节功能为主，包括局部及全身的非甾体抗炎药（NSAIDs）以及其他复方镇痛药，关节腔注射激素、玻璃酸钠、氨基葡萄糖等，抗抑郁药和中成药也用于OA的治疗。当OA发展至终末期，关节出现畸形、疼痛及功能严重受限，可选择外科手术如关节镜下清理手术、人工膝关节置换等恢复关节功能。

在现有的治疗方案中，镇痛的治疗手段无法抑制关节结构的进一步恶化，OA最终会进展至终末期从而需要进行手术治疗，给患者带来更长的恢复期以及伴随发生并发症的风险。因此，在OA发展为需要进行药物干预的病程时，理想的情况下是药物不仅能改善患者的症状，还能及时从根本上修复受损的软骨关节结构，抑制疾病进一步发展，延缓疾病病程。迄今为止，尚无被监管机构批准的疗法可有效阻止或逆转软骨和骨骼的结构退化，努力寻找可改善关节结构的药物是骨关节炎新药研发中的重要策略之一。

1 潜在的抑制OA疾病进展的药物(DMOAD)

DMOAD（disease-modifying OA drug）是一种旨在改善OA结构性进展的药物，是相对于现阶段治疗骨关节炎的旨在缓解症状的药物方案提出的。根据欧洲药品管理局（EMA）［2］和美国食品药物管理局（FDA）［3］发布的药物开发指南显示，该类药物的开发及注册需满足：（1）改善关节结构并同时缓解OA症状。此类药物的注册需同时证明对疾病的结构和症状指标均具有有益作用。（2）结构改善，对症状无直接影响。有间接证据表明药物对结构的改善有利于改变OA的自然病程，可以在大部分患者中获得长期的临床益处。

目前为止OA的发病机制暂不清楚，与年龄有关的关节软骨和下骨磨损，肢体过度使用，以及遗传疾病和代谢综合征（肥胖/炎症反应和糖尿病等）都被视为OA发病和进展的重要因素。最初OA被定义为机械诱发的疾病，异常的生物力学会引起关节稳态的变化［4］。在过去几十年的研究中，OA逐渐被认为是整个关节受累的异质性疾病，特征为软骨损伤、软骨下骨重塑和滑膜炎症等。人们认为这些变化与复杂的生化途径网络有关，这些生化途径在不同的关节组织之间涉及多种分解代谢和细胞因子，从而导致软骨损伤［5］。就影响疾病进展的关节结构相关因素，收集整理近年来作为DMOAD研发的文献资料分析得出，OA的主要的疾病致病机制和结构表现基础分为：软骨驱动型［6］、软骨下骨驱动型［7］和炎症驱动型［8］，各机制所对应的DMOAD药物分类及代表品种见表1。需要注意的是，同一患者在疾病发作的不同进程间也可能会涉及一种以上的致病机制。

表1 DMOAD类药物分类[9]及代表药物

1.1 靶向软骨代谢的DMOAD

关节软骨磨损是骨关节炎最主要的发病原因，促进透明软骨的主要成分Ⅱ型胶原和蛋白聚糖的表达并抑制其分解代谢是修复软骨的主要目的。OA软骨中几种关键的合成代谢和分解代谢途径酶的失调，为鉴定和验证新药靶标提供了机会，目前已进入临床阶段的代表性药物见表2。

表2 进入临床阶段的靶向软骨及软骨基质代谢的DMOAD类代表药物

1.1.1 促进软骨再生 生长因子，例如成纤维细胞生长因子18（FGF-18）、骨形态发生蛋白7（BMP-7）等，以及包含多种生长因子的富含血小板的血浆（PRP）［10］，均可刺激软骨及软骨基质的合成。目前已有多个研究尝试将生长因子以各种形式局部施用于骨关节腔，试图修复受损的关节软骨。另外，干细胞治疗作为再生医学中重要的一环，也被用于修复软骨治疗骨关节炎方面的探索。

Sprifermin是一种重组人成纤维细胞生长因子18（rhFGF18）的截短形式，可诱导软骨细胞增殖和软骨基质产生。一项研究病例192例的临床Ⅰ期研究（NCT01033994）显示［11］，经药物注射6个月和12个月后通过MRI评估目标膝关节内侧胫股间室的软骨厚度并无显著性结构改善，未达到主要疗效终点。但事后分析整个胫骨关节软骨损失跟药物呈显著的剂量依赖关系，表明Sprifermin具有结构保护作用。相比之下，另一项Ⅱ期研究（NCT01919164）以磁共振成像（MRI）观察到的软骨厚度为主要终点，最小关节间隙宽度（joint space width，JSW）和西安大略麦马斯特大学骨关节炎指数可视化量表（WOMAC）评分为次要终点。结果显示［12］关节腔内注射Sprifermin可有效阻止关节软骨的流失。治疗2年后，Sprifermin组的胫骨关节软骨厚度呈剂量依赖性增加，每6个月100µg组和每12个月100µg组的软骨厚度分别增加了0.03和0.02 mm，而安慰剂组减少了0.02 mm（P＜0.001）。各治疗组的WOMAC评分均改善50%左右，但与安慰剂组相比差异无统计学意义。研究期间，药物的安全性良好，各组患者不良反应的发生率相似。从现有的数据结果来看，Sprifermin对软骨厚度的变化有积极作用，但对疼痛症状的改善与安慰剂组相比无统计学差异，这与FDA对此类药物开发要求的同时改善结构和症状的标准不一致，也导致了该品种可能面临更大规模的临床Ⅲ期研究或更长的观察时间来确定该产品是否有利于改变OA的自然病程，及对OA患者是否具有长期临床收益。

骨形态发生蛋白7（BMP-7）又称成骨蛋白1（OP-1）。已有研究证明其具有刺激相关组织（如关节软骨、韧带和骨骼）的细胞中的基质合成的作用［13］，同时也在骨关节炎患者的关节滑液中检测到其水平降低，使其成为促进关节软骨修复的潜在候选药物。Stryker公司完成了3项临床试验（NCT01111045，NCT01133613，NCT00456157），其中前两项未发布结果，最后一项Ⅰ期研究结果显示［14］没有发现BMP-7的剂量限制性毒性，安全性良好。但在研究终点中没有包括软骨的影像学指标，且BMP-7组的WOMAC评分结果与安慰剂组相似，两组疼痛症状均得到了20%的改善。

血小板包含多种生长因子，例如血小板衍生生长因子（PDGF）、转化生长因子β（TGF-β）、胰岛素样生长因子、血管内皮生长因子以及细胞因子、趋化因子等，在组织修复和再生机制中起关键作用。TGF-β和PDGF可能指导局部间充质细胞迁移，促进胶原蛋白和基质的合成［15］。但是在血小板富集血浆（PRP）制备过程（如离心速度和时间）和注射程序（如注射频率和次数）方面，PRP方案具有异质性，很难将其有效性与其他干预措施进行比较。目前已有十几项临床试验，其中大多数报告在注射PRP长达12个月后症状缓解，但仍然缺乏检验结构性改善的临床试验。

干细胞治疗也是促进软骨再生的一种选择，来源于脂肪或骨髓的间充质干细胞注射入关节腔后分化为软骨细胞，同时刺激生长因子的表达和软骨基质成分的分泌，达到软骨再生的目的。和PRP治疗存在同样的问题，目前的研究在部分OA患者中观察到有效的趋势，但高质量的证据较少，无长期随访数据。同时，受不同研究中注射的干细胞制剂、剂量和老年自体干细胞分化能力的差异的影响，无法获得具有一致性的有效性评估标准［16-17］。另外，干细胞趋向于分化为纤维软骨而非基质的主要成分透明软骨，因此干细胞治疗OA的疗效需要进行更加严谨的临床研究来证明。目前中国有很多机构将干细胞疗法作为治疗OA的一项医疗技术进行探索尝试，国内作为药物申报并获得临床批件的只有西比曼生物科技有限公司的脂肪间充质干细胞产品。

1.1.2 抑制软骨分解代谢 软骨及软骨基质的降解是关节炎患者软骨损伤的另一个重要因素，基质金属蛋白酶（MMPs）抑制剂［18］和聚集蛋白聚糖酶（如ADAMTS-4和ADAMTS-5）［19］是导致OA中软骨基质降解的关键蛋白酶，另外，与软骨细胞和成骨细胞分解代谢相关的信号通路Wnt/β-catenin途径也成为了抑制软骨分解治疗骨关节炎的候选靶标之一［20］。

MMPs是一类锌原子依赖性内肽酶，激活的MMPs可选择性降解多种细胞外基质成分，主要包括胶原，明胶，弹性蛋白等，是较早被发现在OA关节中影响软骨基质降解的关键蛋白酶。用于治疗骨关节炎的广谱MMPs抑制剂的代表候选物为宝洁公司开发的PG-116800（PG-530742），在治疗1年后并未显著改善JSW或WOMAC评分，并且在治疗组中出现了肌肉骨骼毒性，导致研究终止（NCT00041756）［21］。后续的研究发现MMP中的一个亚型MMP13在软骨退化的进展中起主要作用［22］，且特异性更高的MMP13抑制剂与广谱MMP抑制剂相比可能具有更好的安全性。但已开发的MMP-13选择性抑制剂包括CP-544439、AZD-8955均已在进入Ⅱ期临床后宣布终止研究，目前仍需要对MMP-13抑制剂进行更多的研究，以观察其作为DMOAD开发的安全性与有效性。

ADAMTs-5是软骨中主要的聚集蛋白聚糖酶，参与软骨细胞外基质的主要成分聚集蛋白聚糖的降解过程，蛋白聚糖的丢失是OA患者关节软骨降解中的重要因素［19］。Galapagos公司开发的GLPG-1972是该靶点研究进展最快的品种，已完成的Ⅰ期试验（NCT02851485，NCT03311009）研究了口服不同剂量GLPG-1972在关节炎患者中的安全耐受性和药代动力学；2018年开展的为期52周的Ⅱ期研究（NCT03595618，n=938），主要终点为MRI检测到的中央胫骨股内侧室软骨厚度相比基线的变化，2020年10月公布顶线结果显示，主要终点与次要终点均与安慰剂无统计学差异。另外，Merck公司和Ablynx公司共同开发靶向ADAMTs-5的纳米抗体M-6495（NCT03224702）和Rottapharm Biotech公司研发的一种IgG4人鼠嵌合型ADAMTs-5单抗CRB0017也已进入Ⅰ期研究。

Wnt/β-catenin信号途径参与了软骨细胞和成骨细胞的分化及与软骨分解代谢相关蛋白酶的生成，在关节塑形中具有重要作用。在关节炎患者中，Wnt信号上调驱使间充质干细胞分化为成骨细胞，并刺激金属蛋白酶产生，导致软骨退化［23］。SM04690是首个关节腔注射给药治疗OA的Wnt/β-catenin信号通路小分子抑制剂，安全性及耐受性良好。一项Ⅱ期临床研究（NCT02536833）［24］对0.03、0.07及0.23 mg剂量的SM04690的疗效进行了评价，结果显示意向性治疗人群的临床结果及JSW并未显著改善，但52周时，0.07 mg剂量组单侧症状患者，WOMAC评分和JSW优于对照组。接下来进行的为期24周的Ⅱb期试验（NCT03122860）结果于2018年公布，0.07和0.23 mg SM04690组在12周和24周时的疼痛与功能评分有不同程度的改善，JSW结果未公布。从SM04690目前公布的临床数据分析，该品种对患者疼痛和功能的改善有明显的优势，但在对结构改善的结果中并未显示有力的证据，目前作为DMOAD开发的有效性存疑。但SM04690目前进行的临床试验中所使用的结构性终点为X射线所检测的JSW，并非MRI所检测到的软骨厚度/体积，两种影像学检测手段的精度和灵敏度均不同，可持续关注其后续研究是否会对该产品对结构改善的终点进行进一步验证。

1.2 靶向软骨下骨重塑的DMOAD

软骨下骨骼除了营养供应以外，吸收生理和非生理的冲击和对软骨的支撑才是其主要的功能［25-26］。因此，软骨下骨结构与OA有关的变化长期以来一直被认为是骨骼对关节软骨中生物力学变化的适应。最近，一些临床前和临床研究表明，骨骼结构的改变甚至可能先于并介导了软骨病理学［27］，而OA的进展与骨骼结构的变化时间有关。在早期OA中，加速的骨转换导致骨板变薄和孔隙率增加，此时软骨下骨的骨重塑率明显增加。晚期OA中，软骨碎片剥落，软骨下骨裸露。此时软骨下骨的骨重塑率明显下降，骨转换平衡被打破，成骨增加［26］。这个过程导致软骨下骨的骨量明显增加，钙化软骨变厚，骨硬化明显，但骨组织的矿化程度下降。软骨与软骨下骨间的“屏障层”被破坏，各种细胞因子交换增多。OA的标志性骨髓病变（BML）在疾病早期出现，并伴有疼痛和软骨变性的加剧［28］。因此，靶向软骨下骨转换组织是DMOAD开发的另一种选择。直接抑制破骨细胞活性药物、靶向骨的合成代谢疗法等均为用于治疗骨质疏松的成熟疗法，靶向破骨细胞分泌的溶骨蛋白酶-组织蛋白酶K目前是此类药物探索的新方向，具体代表药物与研究阶段见表3。

表3 进入临床阶段的靶向软骨下骨重塑的DMOAD类代表药物

双磷酸盐类药物是有效的抗骨吸收药，能够通过抑制骨质疏松症中的破骨细胞活性来有效的减慢骨转换，但其在OA中的有效性仍不确定［29］。最近的一项荟萃分析得出结论：双磷酸盐在缓解疼痛、改善功能或预防影像学显示的结构性进展方面对OA患者没有明显优于安慰剂的作用［30］。此类临床试验失败的其中一个原因可能是招募的OA患者严重程度过高而错过了双磷酸盐的治疗时机，在OA早期的BML或高骨转换的患者中，双磷酸盐可能会更有益［31］。所以，双磷酸盐对OA的药效验证更多地依赖于对患者进行更精确的分类，但目前受限于现阶段对早期OA疾病诊断的限制，招募早期OA阶段的患者可能具有挑战性。

降钙素是由卵泡旁甲状腺细胞产生的一种多肽激素，通过破骨细胞上的降钙素受体抑制破骨细胞的骨吸收［32］。在一项为期2年的口服降钙素的Ⅲ期临床试验中（NCT00486434），与安慰剂组相比，口服降钙素组中膝OA患者的临床症状明显改善。由于前列腺癌事件的出现，另一项Ⅲ期试验在男性患者中提前终止（NCT00704847）。在2012年，EMA建议降钙素治疗只应在短期内使用，因为长期使用会增加0.7%～2.4%的肿瘤风险，尤其是鼻内降钙素。由于OA是一种慢性病，在患有多种合并症的老年人中非常普遍，因此这种严重的不良反应可能会限制降钙素作为DMOAD的潜在用途。

重组人甲状旁腺激素（PTH）特立帕肽是一种用于骨质疏松症的骨合成代谢疗法。在临床前研究中特立帕肽对软骨变性的减速、基质再生的刺激以及微结构和软骨下骨重塑的改善产生了令人鼓舞的效果［33］。一项Ⅱ期研究（NCT03072147）目前正在招募OA患者，使用MRI和X射线检测结果作为1年以上的结构性改善的有效性终点。观察性概念验证试验（NCT03217513）最近也开始研究特立帕肽在膝OA并发骨质疏松症中的结果。

组织蛋白酶K是破骨细胞分泌的主要溶骨蛋白酶［34］，有多个该靶点药物开发用于治疗骨质疏松，但多处于终止状态。Novartis公司开发的bali⁃catib（AAE581）曾开展Ⅱ期临床（NCT00371670）研究其对膝OA患者软骨体积和JSW的影响（n=223，6个月），2015年发表的会议摘要报告了9位受试者发生皮肤相关不良反应，尚未公布完整的有效性结果［35］。Medivir公司研发的口服组织蛋白酶K抑制剂MIV-711已完成2项Ⅱ期研究（NCT02705625，NCT03037489），研 究的结果显示［36］，在口服MIV-711（每日1次）26周后，对骨关节炎患者的疼痛评分NRS并无显著改善，但显著降低了股骨内侧股区域的进展（100 mg/d，P=0.002和200 mg/d，P=0.004）和股内侧软骨变薄（100 mg/d，P=0.023和200 mg/d，P=0.125），并显著降低了骨骼和软骨生物标志物（CTX-I和CTXII）水平，研究中并无出现类似的皮肤相关不良反应。但目前已公开的数据显示，MIV-711的开发也存在与Sprifermin类似的只改善软骨结构，对疼痛评分无显著效果的问题。其后续的开发策略与试验方案和FDA的态度对同类产品的开发具有重要的参考意义，可保持持续关注。

1.3 靶向炎症通路的DMOAD

现在普遍认为OA具有炎性成分，在特定患者亚组的关节组织中可能更为明显。在许多临床前OA动物模型和患者中已证明了各种促炎性介质（如前列腺素，细胞因子和趋化因子）的释放［8］。滑膜炎是炎症性OA的常见特征，随着超声和MRI等成像技术的进步，可观察到处于不同疾病阶段的患者均患有滑膜炎［37］。非甾体抗炎药和糖皮质激素通常用于治疗OA，但长期使用会出现疗效不佳和严重不良反应［38-39］，目前作为DMOAD开发的抗炎机制代表药物见表4。

表4 进入临床阶段的靶向炎症通路的DMOAD类代表药物

靶向炎症通路的在研药物中大多数生物制剂都是针对类风湿性关节炎（RA）开发的，在RA的治疗中属于成功的改善疾病进展型药物，但在OA中的尝试结果并不乐观。迄今为止，靶向白介素1（IL-1）和白介素6（IL-6）以及肿瘤坏死因子α（TNF-α）的生物制剂在预防和治疗OA的疼痛和结构性进展方面的尝试并未成功。Amgen公司由于缺乏可证明的临床益处［40］终止了IL-1单抗AMG108的开发。结合IL-1β的抗体格伐克单抗（gevokizumab）、康纳单抗（canakinumab）针对OA的Ⅱ期 研 究（NCT01683396，NCT01882491，NCT01160822）已完成，但未公布研究结果。ABT-981是艾伯维开发的IL-1α和IL-1β双特异性抗体，Ⅰ期临床结果显示［41］，研究过程中出现了与药物相关的中性粒细胞数降低和严重支气管炎等不良事件，药物安全性存疑，Ⅱ期试验结果显示对骨关节炎相关的滑膜炎症和WOMAC疼痛评分均无改善［42］。靶向TNF-α的阿达木单抗、英夫利昔单抗、依那西普等药物在OA患者中的临床研究中仅显示出对OA的疼痛症状有限的疗效，并没有明显的疾病进展的改善［43-46］。

从以上结果中可以推测靶向单细胞因子的影响可能很小，最近的策略旨在干扰促炎性信号传导级联的其他上游通路。Toll样受体下游靶标包括p38 MAPK（促分裂素原活化蛋白激酶）、Janus激酶等分子，以及核转录因子等［47］，已经进行了几种尝试来干扰信号分子以抑制OA中的炎症。针对p38 MAPK靶点的PH-797804［48］和FX-005未在临床方案设计中加入软骨结构改善指标作为临床终点，不能判断其是否有结构改善作用。赛诺菲公司针对NF-κB信号通路的SAR113945在Ⅱa期的试验中效果不佳［49］。另外，一氧化氮合酶（iNOS）的抑制剂Cindunistat（SD-6010）公布的Ⅱ期试验（NCT00565812）结果表明无显著有效性改善［50］，由此终止了研究。这些失败的试验结果可能表明OA涉及到各种细胞因子的更复杂的相互作用，仔细评估患者的炎症状态可能有助于确定反应更敏感的患者亚组或关节，也可能需要靶向多种细胞因子以达到疗效，但此种方案也预期会增加严重不良反应的发生率，不适合老年患者长期治疗。

2 总结与展望

OA是涉及整个关节的异质性疾病，通过复杂的分子机制介导多个组织受累，关节软骨的损伤、软骨下骨的重塑和滑膜炎症在OA疾病进展中可能会起到重要作用。通过对本文提到的多个在研药物分析，靶向关节软骨的在研药物Ⅱ期结果较为喜人，靶向软骨下骨和炎症通路的药物研发过程中需要更关注安全性以及耐受性的问题。DMOAD类药物的研发中仍存在许多问题和挑战，如需要进一步明确骨关节结构改善与症状改善的关系，明确这类药物作用于OA时效果最优的疾病进展阶段，发展影像学技术并突破现有诊断在精度和灵敏度上对OA诊断和疾病进展评估的局限性，探索更多可以辅助影像学结果进行疗效判断的替代终点，以及为了提高安全性和依从性开发长效关节内注射的药物递送系统等。

DMOAD的研发目的是为了填补现有治疗方案中的止痛治疗与手术治疗之间的从根本上抑制疾病进展药物的空白，在OA的药物治疗方案中具有重要意义。靶向软骨的DMOAD在除骨关节炎的适应证之外，还可开发如急性软骨损伤等其他和软骨修复相关的适应证，对整个软骨修复领域的治疗具有革命性的突破。