林露茜，徐婷婷，曹芹芹，岳 珂，張朝棟，鄭晶晶，賀秀媛，黃淑成

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)獸醫(yī)學(xué)院，河南 鄭州 450002）

眾所周知，鉛是三大重金屬污染物（鉛、汞、鎘）之一。近年來(lái)，鉛被加入有毒有害污染物名錄。目前，我國(guó)鉛生產(chǎn)業(yè)因無(wú)技術(shù)提升，導(dǎo)致能源消耗多，排污量大，成為我國(guó)鉛污染嚴(yán)重的首要原因之一［1］。 另一方面，由于生物代謝不能分解重金屬，鉛在環(huán)境中成為持久性的污染物。 而人和動(dòng)物一旦飲用含鉛的水或長(zhǎng)期使用鉛制品， 會(huì)造成鉛在體內(nèi)的蓄積，進(jìn)而影響機(jī)體各系統(tǒng)功能。醫(yī)學(xué)研究表明， 鉛在人體的分布隨時(shí)間和蓄積量的變化而變化，早期存在于血液等軟組織中，數(shù)周后，從軟組織轉(zhuǎn)移到骨并以溶解度極低的磷酸鉛形式沉積下來(lái)，且骨鉛負(fù)荷可達(dá)95%。 當(dāng)缺鈣或因飲酒、服用酸性藥物等改變體內(nèi)酸堿平衡， 以及發(fā)生骨骼疾病時(shí)（如骨質(zhì)疏松癥、骨瘤等），將導(dǎo)致骨內(nèi)蓄積的磷酸鉛轉(zhuǎn)化為易溶的磷酸氫鉛進(jìn)入血液循環(huán)，引起鉛中毒癥狀發(fā)作或加重癥狀［2］。

骨骼是人和動(dòng)物機(jī)體的支架， 不僅有造血功能，還是重要的礦物質(zhì)倉(cāng)庫(kù)。其主要功能是保護(hù)內(nèi)臟同時(shí)為肌肉收縮提供附著點(diǎn)。 骨骼中的細(xì)胞也在持續(xù)進(jìn)行細(xì)胞代謝，通常將其稱為骨代謝。骨代謝從功能上可分為骨吸收和骨形成， 在整個(gè)過(guò)程中破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞發(fā)揮重要作用［3］，前者可以吸收骨基質(zhì)，而后者能夠合成骨基質(zhì)。骨代謝生化指標(biāo)是反映骨代謝狀態(tài)和輔助代謝性骨病的診療、鑒別診療以及療效評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，經(jīng)常用于臨床試驗(yàn)， 并且為骨質(zhì)疏松癥的治療提供有效信息。 骨代謝生化標(biāo)志物可概括為一般生化標(biāo)志物如血鈣、尿鈣、尿磷等，骨代謝調(diào)控激素和骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物（BTMs）［4］。 骨代謝生化指標(biāo)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)機(jī)體骨代謝狀況， 通過(guò)高水平表達(dá)反映全身骨形成與骨丟失的關(guān)系［5］。

由于骨骼是鉛毒性作用的重要靶器官， 在骨骼中的積累能直接對(duì)成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞產(chǎn)生損傷［6］。 目前，鉛通過(guò)影響骨代謝相關(guān)指標(biāo)如鈣磷代謝、骨形成標(biāo)志物等影響骨骼的生長(zhǎng)發(fā)育，導(dǎo)致骨發(fā)育異常、骨鈣化障礙的研究備受關(guān)注。該文就鉛對(duì)骨形成標(biāo)志物、 骨吸收標(biāo)志物以及骨代謝相關(guān)激素的影響進(jìn)行綜述。

1 鉛對(duì)骨形成標(biāo)志物影響

BTMs 是反映骨骼細(xì)胞活性與骨基質(zhì)代謝水平的生化產(chǎn)物，通常分為兩類，即骨形成標(biāo)志物和骨吸收標(biāo)志物， 兩者的生化指標(biāo)可以從血液或尿液中檢測(cè)到， 且骨形成標(biāo)志物和骨吸收標(biāo)志物選擇性地組合可以表達(dá)成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的代謝活性［7］。 骨形成標(biāo)志物是在骨質(zhì)形成過(guò)程中由成骨細(xì)胞生成并分泌到血液循環(huán)中的物質(zhì)。 通常認(rèn)為，骨形成標(biāo)志物主要包括骨鈣素（OC）、骨特異性堿性磷酸酶（BALP）、骨保護(hù)素（OPG）、Ⅰ型前膠原氨基端前肽（PINP）和Ⅰ型前膠原羧基端前肽（PICP）［8］。 OC、BALP、PINP 是反映骨形成的特異性生化指標(biāo)，通常OC 作為成骨細(xì)胞成熟的標(biāo)志，而BALP 和PINP 在骨形成前期敏感性較好。 目前，這方面研究結(jié)果更多來(lái)自小鼠或大鼠，人醫(yī)方面將其與糖尿病或骨瘤等疾病相結(jié)合做出的調(diào)查同樣意義重大（見表1）。 臨床上，骨形成標(biāo)志物的測(cè)定結(jié)果結(jié)合骨密度值， ?？捎糜诠琴|(zhì)疏松癥的診斷， 也可用于鑒別原發(fā)性骨質(zhì)疏松和繼發(fā)性骨質(zhì)疏松。 另外，在骨質(zhì)疏松癥的治療過(guò)程中，定期采取血液測(cè)定骨形成標(biāo)志物數(shù)值， 可通過(guò)動(dòng)態(tài)觀察數(shù)值變化評(píng)估治療效果。此外，在繼發(fā)性骨質(zhì)疏松癥的鑒別中， 骨形成標(biāo)志物測(cè)定可起到?jīng)Q定性作用。

表1 鉛對(duì)骨形成標(biāo)志物的影響

1.1 骨鈣素

骨 鈣 素 （osteocalcin，OC 或bone glaprotein，BGP）是骨組織中含量最豐富的非膠原蛋白，大部分與骨基質(zhì)內(nèi)的羥磷灰石（HA）緊密結(jié)合。 堆積在骨基質(zhì)中的羧化OC 能有效吸引并使HA 附著，抑制異常HA 結(jié)晶的形成， 降低生長(zhǎng)軟骨礦化的速度［9］。已有研究發(fā)現(xiàn)OC 是成骨細(xì)胞分化成熟的標(biāo)志，主要參與骨吸收的調(diào)節(jié)、基質(zhì)的礦化過(guò)程與成骨細(xì)胞的分化［10］，因此，OC 是反映骨形成的特異性生化指標(biāo)。 Zhang 等［11］的研究發(fā)現(xiàn)，鉛暴露大鼠骨內(nèi)OC 水平有所下降， 經(jīng)螯合治療部分情況好轉(zhuǎn)，說(shuō)明鉛暴露可影響成骨細(xì)胞的分化和增殖；路小婷等［12］證實(shí)了鉛接觸可引起工人血清OC 水平降低；吳煥卿［13］和劉康生等［14］研究結(jié)果也支持鉛抑制OC 合成分泌的觀點(diǎn)。 另外，在分子水平上進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)， 鉛減少OC 的產(chǎn)生并抑制堿性磷酸酶的活性［15］，因此，研究OC 在骨代謝過(guò)程中的作用可能對(duì)預(yù)防鉛中毒有重要意義。

1.2 骨特異性堿性磷酸酶

骨特異性堿性磷酸酶 （bone specific alkaline phosphatase，BALP） 是成骨細(xì)胞產(chǎn)生的一種糖蛋白，在特異水解酶作用下，釋放入血，在骨骼發(fā)生病變時(shí)其活性增加，以促進(jìn)鈣鹽沉積于骨骼內(nèi)。通常成骨細(xì)胞成熟和具有活性的標(biāo)志就是BALP，且被認(rèn)為是最精確的骨形成標(biāo)志物之一［3］。 張玲［16］通過(guò)探討血清BALP 與非小細(xì)胞肺癌骨轉(zhuǎn)移的相關(guān)性， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，BALP 升高對(duì)診斷骨轉(zhuǎn)移的靈敏度為86.7%，特異度為83.3%，即BALP 對(duì)診斷骨轉(zhuǎn)移靈敏度高， 因此，BALP 可為骨轉(zhuǎn)移的早期診斷、 治療效果的監(jiān)測(cè)、 病情預(yù)后等提供有效的依據(jù)。 鉛對(duì)成骨細(xì)胞的直接作用是抑制其合成、分泌BALP， 但探討胎兒期低水平鉛暴露對(duì)新生兒骨代謝的影響發(fā)現(xiàn)BALP 水平與血鉛濃度成正相關(guān)［15］；在鉛致大鼠骨骼損傷的干預(yù)作用研究中，也發(fā)現(xiàn)鉛暴露使BALP 活性上升［17］，這與鉛對(duì)骨骼細(xì)胞水平的毒性作用相悖， 提示可能與鉛毒性作用引起的鈣、VD 降低有關(guān)。

1.3 Ⅰ型前膠原C-端前肽/N-端前肽

Ⅰ型前膠原C-端前肽 （type Ⅰprocollagen carboxyl-terminal peptide，PICP） 和Ⅰ型前膠原氨基末端肽（type Ⅰprocollagen amino-terminal peptide，PINP）來(lái)自Ⅰ型膠原，占有機(jī)骨基質(zhì)的90%。膠原合成中前膠原的細(xì)胞外加工包括切割氮末端和碳末端延伸前肽。 因?yàn)檫@些前肽與新形成的膠原分子以1∶1 的化學(xué)計(jì)量比產(chǎn)生［18］，在一定范圍內(nèi)血液中PINP 水平作為特異指標(biāo)反映成骨細(xì)胞活性、骨形成以及Ⅰ型膠原合成速率，是具有真正意義的骨形成標(biāo)志物［9］。目前，大量研究表明PINP與多種骨代謝疾病密切相關(guān)，且其檢測(cè)不受食物、激素等干擾因素影響。 因此， 與PICP 相比，PINP是骨形成更特異和敏感的指標(biāo)， 是一個(gè)優(yōu)質(zhì)的新型骨代謝疾病的臨床診斷標(biāo)志物， 可以利用放射免疫法進(jìn)行檢測(cè)［19］。研究發(fā)現(xiàn)，鉛暴露大鼠在成骨細(xì)胞增殖期間分泌的早期骨形成標(biāo)記物PINP 增加［11］，這與OC 水平表達(dá)不一致，推測(cè)原因可能是鉛損害成熟的成骨細(xì)胞，降低OC 水平，而未成熟的成骨細(xì)胞增加并分泌更多的PINP，以維持機(jī)體骨骼生長(zhǎng)發(fā)育的平衡［20］。

1.4 骨保護(hù)素

骨保護(hù)素（ostoeprotegerin，OPG）是一種分泌的腫瘤壞死因子受體相關(guān)蛋白，在體外和體內(nèi)對(duì)破骨細(xì)胞分化和維持骨密度具有負(fù)調(diào)節(jié)的作用［21］。OPG 在多種骨細(xì)胞中均有表達(dá)，如成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞等［22-23］。 OPG 對(duì)骨的作用表現(xiàn)在OPG 對(duì)OC的作用上， 即抑制OC 的分化、 活化成熟和誘導(dǎo)OC 的凋亡，還能影響OC 的存活，通過(guò)減少OC 的數(shù)量減少骨吸收［24］?，F(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)，參與調(diào)節(jié)骨重建最重要的分子系統(tǒng)之一是OPG/RANK/RANKL信號(hào)通路及相關(guān)分子， 這對(duì)女性絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的防治意義重大［25］。研究表明，OPG 基因的表達(dá)受雌激素調(diào)節(jié)， 雌激素是一種控制包括維持骨量在內(nèi)的多種生理過(guò)程的關(guān)鍵激素［26］。 女性絕經(jīng)后骨代謝發(fā)生變化，血清中OPG 持續(xù)升高，且與年齡成正相關(guān)［27］，由此推測(cè)雌激素缺乏時(shí)破骨細(xì)胞功能活躍，機(jī)體代償性骨吸收，導(dǎo)致骨形成增加，OPG 水平升高。 在研究鉛暴露對(duì)不同年齡組大鼠骨代謝的影響中， 發(fā)現(xiàn)鉛暴露主要使幼齡大鼠OPG 水平下調(diào)， 而青年大鼠和成年大鼠在鉛暴露后OPG 蛋白表達(dá)和基因表達(dá)均無(wú)明顯變化［11］；在鉛暴露對(duì)胎兒影響的研究中也發(fā)現(xiàn)孕婦低濃度鉛暴露能直接影響新生兒骨代謝［28］，因此，可以推測(cè)嬰幼兒時(shí)期骨代謝生化指標(biāo)對(duì)鉛暴露更敏感。

2 鉛對(duì)骨吸收標(biāo)志物的影響

骨吸收標(biāo)志物代表破骨細(xì)胞活動(dòng)以及骨吸收的代謝產(chǎn)物，特別是骨基質(zhì)的降解產(chǎn)物，主要包括Ⅰ型膠原交聯(lián)C-末端肽（CTX）、Ⅰ型膠原交聯(lián)N-末 端 肽 （NTX）、 抗 酒 石 酸 酸 性 磷 酸 酶-5b（TRACP5b）、 尿吡啶啉 （PYD） 和尿脫氧吡啶啉（DPD）等物質(zhì)［29］。 這些指標(biāo)的測(cè)定能幫助鑒別骨轉(zhuǎn)換的類型、計(jì)算骨丟失的速率和評(píng)估骨折風(fēng)險(xiǎn)，有益于治療方法的選擇以及療效的監(jiān)測(cè)。 但在臨床發(fā)生鉛中毒時(shí)，NTX、TRACP、PYD 等不常作為檢測(cè)指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)研究中也鮮有報(bào)道。 目前，臨床與實(shí)驗(yàn)研究中較多推薦β-Ⅰ型膠原交聯(lián)C-末端肽（β-carboxy-terminal cross-linking telopeptide of type I collagen，β-CTX）作為骨吸收的標(biāo)志物。

除此之外， 對(duì)CTX 的研究報(bào)道也較多，CTX由破骨細(xì)胞介導(dǎo)的Ⅰ型膠原蛋白降解并釋放到血液中，而后在骨中由豐富的有機(jī)物質(zhì)構(gòu)成。Ⅰ型膠原蛋白C 末端肽α1 鏈經(jīng)過(guò)β 異構(gòu)化和消旋化形成血清CTX［30］。 血清CTX 可反映破骨細(xì)胞的骨吸收活性，Brito 等［31］和Monir 等［32］研究結(jié)果均顯示，鉛暴露后，CTX 濃度顯著增加，表明此時(shí)破骨細(xì)胞高度活躍，加速骨吸收，進(jìn)而影響骨代謝的平衡。

3 鉛對(duì)骨代謝調(diào)控激素的影響

在骨代謝過(guò)程中， 發(fā)揮激素調(diào)節(jié)作用的主要有鈣磷代謝調(diào)節(jié)指標(biāo)、激素以及細(xì)胞因子。鈣磷代謝是影響骨代謝以及骨病痊愈的重要因素， 正常的鈣磷代謝能夠促進(jìn)骨的形成以及骨骼礦化［33］。鈣磷代謝調(diào)節(jié)指標(biāo)主要包括甲狀旁腺激素、 降鈣素和VD3及其代謝產(chǎn)物（見表2）。

表2 鉛對(duì)骨代謝調(diào)控激素的影響

3.1 甲狀旁腺激素

甲狀旁腺激素 （parathyroid hormone，PTH）是甲狀旁腺主細(xì)胞分泌的多肽類激素，骨、腎以及小腸是其主要靶器官。PTH 作用于骨時(shí)，能加快骨質(zhì)吸收，使骨鈣轉(zhuǎn)入血液。 當(dāng)血鈣降低時(shí)，PTH 可間接誘導(dǎo)破骨細(xì)胞的增殖、分化，促進(jìn)骨基質(zhì)的吸收，進(jìn)而使骨鈣釋放滿足身體對(duì)鈣的需求。因此，通常情 況 下，鉛 暴 露 后 機(jī) 體 血 鈣 水 平 變 化 不 大［2，34-35］。鉛能損傷甲狀旁腺， 從而影響PTH 的生成及VD3的羥化，進(jìn)而干擾鈣磷代謝。 鉛暴露后，PTH 濃度代償性增加，以維持血清鈣水平。 有研究發(fā)現(xiàn)，鉛中毒兒童血清PTH 表達(dá)增加與全血中OC 含量輕微下降有相關(guān)性［36］。宋波等［37］的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，低濃度鉛暴露可造成未懷孕小鼠血清總PTH 水平升高44.21%，證實(shí)了鉛可對(duì)小鼠甲狀旁腺的功能造成直接影響。而郝稱莉等［38］的研究結(jié)果顯示，一定劑量的鈣可通過(guò)調(diào)節(jié)骨骼中的BGP 和PTH 的變化，緩解鉛導(dǎo)致的骨代謝紊亂，從而保護(hù)骨組織的損傷。

3.2 維生素D3

VD3可以促使骨鈣動(dòng)員到循環(huán)中， 促進(jìn)鈣鹽堆積在骨基質(zhì)內(nèi)［33］。 VD3代謝產(chǎn)物中活性最高的是1，25（OH）2D3。1，25（OH）2D3是調(diào)節(jié)骨代謝的重要激素，具有極強(qiáng)的生物活性，可促進(jìn)人體小腸上皮細(xì)胞吸收鈣、磷并加速入血，還可作用于成骨細(xì)胞，影響遺傳信息轉(zhuǎn)錄過(guò)程，促進(jìn)蛋白質(zhì)合成和細(xì)胞分化，加速成骨作用。 研究表明［39］，鉛可使1，25（OH）2D3分解增加，降低血中活性維生素D水平。 Needleman［40］研究指出，隨著體內(nèi)鉛濃度增加，兒童1，25（OH）2D3水平降低，進(jìn)而影響骨發(fā)育。 董秋穎等［41］在研究維生素D 受體（VDR）基因與血鉛水平的meta 分析中發(fā)現(xiàn)， 不同VDR 基因位點(diǎn)的血鉛水平有差異， 在普通人群中攜帶b 基因的人血鉛含量較高，因此，鉛的接觸水平還可能與一些調(diào)控基因有關(guān)。

3.3 降鈣素

降鈣素（calcitonin，CT）由甲狀腺的濾泡旁細(xì)胞（明亮細(xì)胞或C 細(xì)胞）產(chǎn)生和分泌，能夠降低血鈣、血磷的濃度；阻止小腸對(duì)鈣離子的吸收，使體內(nèi)血鈣濃度降低，導(dǎo)致血中游離鈣轉(zhuǎn)至骨組織中［3］。CT 能直接作用于人的成骨細(xì)胞， 使其增殖分化，但CT 主要靶細(xì)胞是破骨細(xì)胞，對(duì)其骨吸收功能有顯著的抑制作用。 另外，CT 還能抑制破骨細(xì)胞成分的生成，如酸性磷酸酶等［42］。當(dāng)鉛鎘聯(lián)合使用致大鼠亞慢性中毒后，測(cè)定血清中PTH 和CT 濃度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)PTH 水平上升，而CT 水平下降，該結(jié)果表明鉛鎘聯(lián)合染毒可使大鼠鈣磷代謝紊亂， 進(jìn)而影響骨代謝過(guò)程［43］。

4 其他

此外，與骨代謝相關(guān)的指標(biāo)還有細(xì)胞因子，如白細(xì)胞介素-1（interleukin-1，IL-1）、白細(xì)胞介素-6（IL-6）、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（TGF）、胰島素生長(zhǎng)因子-1（insulin like growth factor-1，IGF-1）；激素，如生長(zhǎng)激素（growth hormone，GH）、雌激素和睪酮等（見圖1）。申海琴等［44］研究還發(fā)現(xiàn)，持久職業(yè)性鉛暴露會(huì)造成促炎細(xì)胞因子與血管生成因子的濃度均升高，影響骨骼細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)吸收，進(jìn)而影響骨骼的生長(zhǎng)發(fā)育。 徐焰等［45］研究發(fā)現(xiàn)，鉛可能通過(guò)促進(jìn)IGF-1相關(guān)信號(hào)通路分子的磷酸化從而影響IGF-1 介導(dǎo)的GH 促生長(zhǎng)作用，進(jìn)而導(dǎo)致兒童生長(zhǎng)矮小。 由此可見，骨代謝過(guò)程受多種因素的調(diào)節(jié)，而探索更多的影響因素對(duì)預(yù)防及治療鉛中毒意義重大。

圖1 骨代謝生化指標(biāo)分類

5 結(jié)論

綜上所述， 鉛可以通過(guò)影響骨代謝指標(biāo)的水平影響骨骼的生長(zhǎng)和發(fā)育， 即鉛暴露對(duì)骨代謝的影響是多因素綜合作用的結(jié)果， 且這種影響可以通過(guò)骨代謝生化指標(biāo)如PINP、CTX 等檢測(cè)到。 目前，隨著骨代謝生化指標(biāo)檢測(cè)技術(shù)不斷發(fā)展，其在臨床應(yīng)用日益廣泛，但國(guó)內(nèi)外仍無(wú)統(tǒng)一檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，因此， 不斷探索骨代謝生化指標(biāo)的具體作用以及統(tǒng)一檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，或?qū)?duì)預(yù)防鉛中毒有重大意義。