方玲娜 李翀* 陸榮柱 郝彥明 鐘紹 何大偉 張盼盼

1.江蘇大學(xué)附屬昆山醫(yī)院，江蘇 昆山 215300 2.江蘇大學(xué)醫(yī)學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000

骨質(zhì)疏松癥是一種以骨量減少、骨微結(jié)構(gòu)破壞、骨脆性增加、易發(fā)生骨折為特征的代謝性骨病，其發(fā)病率躍居世界常見(jiàn)病第7位，我國(guó)骨質(zhì)疏松癥患者已達(dá)1.2億。每年美國(guó)全社會(huì)因骨質(zhì)疏松骨折的花費(fèi)為122億至179億美元[1]，骨質(zhì)疏松癥及病理性骨折也對(duì)我國(guó)社會(huì)造成沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，因而如何預(yù)防和治療骨質(zhì)疏松已經(jīng)成為相關(guān)學(xué)科研究的重要任務(wù)。

α硫辛酸，也被稱為1，2-二硫戊環(huán)-3-戊酸酐或硫辛酸，是天然的二硫醇活性化合物。α硫辛酸可在生物線粒體中由辛酸合成[2]，也可以通過(guò)食物獲取，積聚在肝、心臟、骨骼肌等多種器官組織中。α硫辛酸在細(xì)胞中可通過(guò)β氧化分解或酶促轉(zhuǎn)換為二氫硫辛酸而降解[3]，后者釋放到細(xì)胞外或被細(xì)胞利用再轉(zhuǎn)換為α硫辛酸[4]，α硫辛酸和二氫硫辛酸形成強(qiáng)有力的氧化還原組合，能夠清除多種活性氧化物質(zhì)，并增加細(xì)胞內(nèi)輔酶和還原性谷胱甘肽的水平[5,6]。α硫辛酸在臨床上用于治療糖尿病性周?chē)窠?jīng)病變等疾病，近來(lái)研究發(fā)現(xiàn)α硫辛酸具有抗骨質(zhì)疏松作用，現(xiàn)就α硫辛酸對(duì)骨質(zhì)疏松的作用和機(jī)制綜述如下。

1 α硫辛酸對(duì)骨質(zhì)疏松的保護(hù)作用

骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞參與骨重建、骨礦化和骨微損傷的修復(fù)，維護(hù)骨強(qiáng)度和質(zhì)量。研究顯示α硫辛酸能夠保護(hù)骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞，同時(shí)抑制破骨細(xì)胞。在饑餓誘導(dǎo)的骨細(xì)胞樣MLO-Y4細(xì)胞中，α硫辛酸抑制細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激水平，降低細(xì)胞內(nèi)H2O2濃度，同時(shí)抑制MLO-Y4細(xì)胞凋亡[7]。α硫辛酸同樣能夠抑制抗霉素A和H2O2誘導(dǎo)的MC3T3-E1成骨細(xì)胞凋亡[8,9]。α硫辛酸干預(yù)可劑量依賴性的延緩H2O2所引起的成骨細(xì)胞堿性磷酸酶表達(dá)的下降，提示α硫辛酸能夠保護(hù)氧化應(yīng)激狀態(tài)下成骨細(xì)胞活性[10]。此外，α硫辛酸可增加成骨細(xì)胞內(nèi)I型膠原蛋白、骨鈣素、骨形成蛋白-2基因和轉(zhuǎn)錄因子osterix等與成骨分化和骨形成相關(guān)的基因表達(dá)[9]，上調(diào)如Colala、Alp1與等骨形成相關(guān)的基因[11]。另一方面，α硫辛酸可抑制去甲腎上腺素激發(fā)的破骨細(xì)胞形成，減少破骨細(xì)胞的數(shù)量[12]。同時(shí)α硫辛酸下調(diào)如Mmp9、Ctsk等與骨吸收的相關(guān)基因[11]。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示α硫辛酸能夠增加去卵巢大鼠股骨頭的骨密度[13]，進(jìn)一步通過(guò)microCT掃描，發(fā)現(xiàn)松質(zhì)骨的骨小梁厚度、骨小梁數(shù)目增加，骨小梁的分離度則減少，骨微結(jié)構(gòu)性能和骨質(zhì)量均提高[9]。股骨頭骨折大鼠模型中，α硫辛酸治療可促進(jìn)骨折愈合，并呈現(xiàn)劑量依賴性[14]。α硫辛酸能夠減少炎癥誘導(dǎo)骨質(zhì)疏松大鼠的骨吸收，增加骨密度[15]。

臨床研究發(fā)現(xiàn)帕金森患者通過(guò)一年α硫辛酸干預(yù)，經(jīng)體重指數(shù)校正后股骨大轉(zhuǎn)子的骨密度顯著增加[16]；另一項(xiàng)研究則發(fā)現(xiàn)α硫辛酸聯(lián)合鈣劑、維生素D治療可增加絕經(jīng)后骨量減少婦女的跟骨骨密度[17]。

2 α硫辛酸對(duì)骨質(zhì)疏松保護(hù)作用的機(jī)制

2.1 抑制氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激可導(dǎo)致骨質(zhì)疏松。研究顯示氧化應(yīng)激能夠誘導(dǎo)成骨細(xì)胞凋亡[18]，驅(qū)動(dòng)破骨細(xì)胞的形成和招募[19]，促進(jìn)骨吸收[20]。α硫辛酸可通過(guò)促進(jìn)抗氧化物如谷胱甘肽的合成來(lái)支持成骨細(xì)胞功能[21]。在H2O2干預(yù)下的成骨細(xì)胞系MC3T3-E1細(xì)胞中，α硫辛酸能夠逆轉(zhuǎn)細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽下降，上調(diào)超氧化物歧化酶活性，降低乳酸脫氫酶含量，緩解細(xì)胞內(nèi)鈣質(zhì)流失，預(yù)防DNA裂解，從而增加成骨細(xì)胞活性和減少成骨細(xì)胞凋亡[10, 22]。α硫辛酸能夠顯著的降低核因子激動(dòng)劑受體配體(receptor activator of NFκB ligand, RANKL)和TNF-α培育下骨髓來(lái)源巨噬細(xì)胞內(nèi)2’-7’-二氯熒光素的水平，其對(duì)破骨細(xì)胞的抑制作用較N-乙酰半胱氨酸和谷胱甘肽更強(qiáng)[23]。α硫辛酸能下調(diào)煙堿酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶2和煙堿酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4的表達(dá)，這兩種氧化酶均屬于ROS生成酶，在ROS產(chǎn)生過(guò)程中發(fā)揮重要作用[24]。此外，α硫辛酸促進(jìn)多種細(xì)胞分泌核因子相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2, Nrf2)，Nrf2可促進(jìn)如線粒體超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶3和硫氧還原蛋白還原酶1等多種抗氧化物基因的表達(dá)，提示α硫辛酸通過(guò)調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄清除氧化物質(zhì)[24,25]。

2.2 干擾核因子κB活化

核因子κB(Nuclear fator κB, NF-κB)屬于Rel蛋白家族，為同二聚體和異二聚體，包括5個(gè)亞基：RelA(p65)、RelB、c-Rel、NF-κB1(p50)和NF-κB2(p52)，是炎癥反應(yīng)通路中重要的調(diào)節(jié)因子。RANKL由成骨細(xì)胞、T細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生，位于破骨細(xì)胞和前體細(xì)胞中，與核因子激動(dòng)劑受體(receptor activator of NFκB, RANK)結(jié)合后，可誘導(dǎo)腫瘤壞死因子相關(guān)因子6的聚集和自動(dòng)泛素化，使NF-κB二聚化，誘導(dǎo)下游靶基因，從而導(dǎo)致炎癥細(xì)胞招募，促進(jìn)破骨細(xì)胞的分化[26,27]。

研究[28]發(fā)現(xiàn)NF-κB1和NF-κB2基因促進(jìn)破骨細(xì)胞分化，這兩種基因敲除的小鼠會(huì)發(fā)展為石骨癥，表現(xiàn)為異常高骨密度，NF-κB可能是骨質(zhì)疏松治療的靶點(diǎn)。α硫辛酸能夠劑量依賴性的降低細(xì)胞內(nèi)NF-κB活性[29]，這可能是其對(duì)骨質(zhì)疏松保護(hù)的機(jī)制。對(duì)膠原誘導(dǎo)關(guān)節(jié)炎的雄性DBA/1小鼠進(jìn)行腹腔注射α硫辛酸后，發(fā)現(xiàn)α硫辛酸能夠顯著性降低NF-κB結(jié)合DNA的活性，減少踝關(guān)節(jié)中TNF-α、IL-1β和IL-6濃度，劑量依賴性的抑制破骨細(xì)胞形成，防止骨侵蝕[30]。在低劑量RANKL/TNF-α混合物或高劑量RANKL干預(yù)下的破骨細(xì)胞前體細(xì)胞中，α硫辛酸可減少細(xì)胞內(nèi)NF-κB與DNA結(jié)合，抑制破骨細(xì)胞分化[23]。α硫辛酸可能通過(guò)以下方式干擾NF-κB活化：1)通過(guò)刺激谷胱甘肽合成和ROS淬火酶表達(dá)促進(jìn)ROS清除，2)調(diào)節(jié)NF-κB級(jí)聯(lián)中半胱氨酸殘基[31]，3)抑制IkBs激酶2誘導(dǎo)環(huán)氧化酶2表達(dá)[32]。最后一種方式是獨(dú)立于α硫辛酸抗氧化應(yīng)激作用的。

2.3 下調(diào)RANKL/RANK

α硫辛酸在RANKL/RANK信號(hào)通路中的作用也得到眾多學(xué)者的研究。體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)α硫辛酸能夠抑制RANKL對(duì)巨噬細(xì)胞集落刺激因子依賴性骨髓巨噬細(xì)胞的促破骨形成作用，體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中嚙齒類(lèi)動(dòng)物顱骨注射含α硫辛酸的膠原蛋白后，同樣觀察到α硫辛酸對(duì)RANKL誘導(dǎo)的破骨形成的抑制作用[23]。在饑餓誘導(dǎo)的骨細(xì)胞凋亡實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭校亮蛐了崮軌蛳抡{(diào)骨細(xì)胞RANKL的表達(dá)和釋放、硬骨素的表達(dá)和RANKL/OPG比值，α硫辛酸通過(guò)JNK信號(hào)通路抑制骨細(xì)胞凋亡，通過(guò)JNK和ERK1/2調(diào)節(jié)RANKL等因子表達(dá)[7]。在H2O2干預(yù)下的成骨細(xì)胞系MC3T3-E1細(xì)胞中，α硫辛酸干預(yù)可增加OPG/RANKL比值[9]。小鼠通過(guò)高脂肪飲食補(bǔ)充α硫辛酸后，股骨近端的RANKL/OPG的mRNA比值下降[24,33]。以上研究提示α硫辛酸可通過(guò)抑制RANKL活性和下調(diào)RANKL表達(dá)來(lái)減少破骨形成。

另有研究則發(fā)現(xiàn)α硫辛酸干預(yù)對(duì)RANKL有不同的結(jié)果。通過(guò)異丙腎上腺素和α硫辛酸注射，C57BL/6J小鼠股骨中RANKL/OPG的mRNA比值明顯升高[12]。在IL-1干預(yù)的成骨細(xì)胞中，α硫辛酸能夠阻斷RANKL表達(dá)的持續(xù)上調(diào)，但是對(duì)IL-1誘導(dǎo)的RANKL轉(zhuǎn)錄的起始上調(diào)無(wú)作用[15]。α硫辛酸能夠有效的抑制破骨形成，但是0.1mmol/L濃度的α硫辛酸卻能增加RANKL的表達(dá)，對(duì)OPG則無(wú)影響[19]。這些數(shù)據(jù)表明，α硫辛酸能夠有效的阻斷破骨細(xì)胞分化，但是其作用機(jī)制并非完全靠下調(diào)RANKL表達(dá)，具體機(jī)制需要進(jìn)一步研究。

2.4 調(diào)節(jié)Wnt信號(hào)通路

Wnt信號(hào)通路對(duì)骨細(xì)胞的分化、增值和凋亡有重要影響，維持骨形成和骨重建。Wnt/β-catenin是經(jīng)典Wnt信號(hào)通路，β-catenin是調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞分化和骨形成的關(guān)鍵因子[34]，Wnt蛋白可通過(guò)Wnt信號(hào)通路調(diào)節(jié)骨代謝，也能通過(guò)OPG和RANKL影響成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞活性[35]。大劑量α硫辛酸干預(yù)可增加去卵巢骨質(zhì)疏松大鼠體內(nèi)β-catenin、Lp5和Wnt3a的mRNA表達(dá)，其中Wnt3a是Wnt蛋白，可上調(diào)OPG表達(dá)抑制破骨細(xì)胞形成，下調(diào)RANKL抑制破骨細(xì)胞分化[36]。DKK1是一種Wnt抑制劑，在去卵巢大鼠中表達(dá)明顯升高，α硫辛酸干預(yù)后則降低DKK1的表達(dá)[15]。另外在骨關(guān)節(jié)炎大鼠模型中，α硫辛酸則通過(guò)抑制Wnt/β-catenin活性，減少軟骨分解，保護(hù)軟骨[37]。以上研究顯示α硫辛酸可以調(diào)節(jié)Wnt信號(hào)通路，但對(duì)不同骨細(xì)胞的作用和機(jī)制還需要更多的研究明確。

3 總結(jié)和展望

細(xì)胞和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示α硫辛酸能夠促進(jìn)骨形成和抑制骨吸收，具有治療骨質(zhì)疏松的作用，但是有關(guān)的臨床研究很少，α硫辛酸最佳治療劑量、療程以及與其他抗骨質(zhì)疏松藥物聯(lián)合治療是否具有累加效應(yīng)，需要進(jìn)一步的研究證實(shí)。目前α硫辛酸抗骨質(zhì)疏松機(jī)制研究主要集中在氧化應(yīng)激方面，α硫辛酸是否具有抗氧化應(yīng)激以外的機(jī)制，對(duì)RANKL/RANK、Wnt信號(hào)通路的調(diào)節(jié)作用，也待更多研究的闡明。