骨质疏松症治疗进展

骨质疏松症治疗进展:由OPG-RANKL-RANK系统到Denosumab
骨质疏松症的主要发病机制是机体的骨重建失衡。

骨重建是指去除骨骼局部旧骨代之以形成新骨的过程,是成熟骨组织的一种重要替换机制,是破骨细胞与成骨细胞一个成对的、相偶联的细胞活动过程。

破骨细胞主要行使去除旧骨即骨吸收的功能,而成骨细胞主要行使形成新骨即骨形成的作用。

目前针对骨质疏松症的治疗主要是集中在抑制骨吸收和促进骨形成两个方面
2006年2月23日出版的《新英格兰医学杂志》刊发了Michael R. McClung等题为“Denosumab用于低骨密度绝经后妇女”的文章,并配发了编者按。

Denosumab又称为AMG-162,是一种针对细胞核因子κB受体活化因子配基(RANKL)的单克隆抗体,是基于对OPG/RANK-L/RANK系统深刻认识基础上研发的新型骨吸收抑制剂。

本文就OPG/RANK-L/RANK 系统到Denosumab的研究做一综述。

OPG的发现启动了对OPG/RANKL/RANK系统的研究
OPG(osteoprotegerin,意为骨骼保护因子,中文译做护骨素)是在1997年分别被美国和日本的两个研究组同期发现的。

OPG蛋白含有380个氨基酸,是一种分泌型糖蛋白和缺乏跨膜结构域的TNF受体(TNFR)家族成员,又称为TNF的饵受体(可溶性受体)。

人类OPG基因位于染色体8q23~24。

OPG mRNA具有广泛的组织分布,在肝、心、肺、肾、胃、小肠、皮肤、脑、脊髓和骨骼中的表达水平较高。

OPG的主要作用是抑制破骨细胞的形成和活性,但其作用又不仅限于骨骼中。

比如OPG基因敲除小鼠致OPG缺乏,在小鼠成熟前即显示严重骨质疏松和动脉钙化,小鼠大动脉钙化、动脉内膜和中层增殖,部分动脉夹层形成。

说明OPG对脉管系统的形成也具有作用,近期发现OPG可能是维持内皮细胞成活的重要因子。

OPG治疗可预防骨质疏松和血管钙化及逆转骨质疏松。

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OPG的配基RANKL
OPG发现之后,考虑到OPG对破骨细胞调节的重要性,上述两个研究组立即开始查找OPG配基,即骨保护素配体(OPGL)、破骨细胞分化因子(ODF)、肿瘤坏死因子(TNF)相关激活诱导细胞因子(TRANCE)、细胞核因子κB受体活化因子配基(RANKL)。

为避免不同命名在学术上引起不便,美国骨矿研究学会(ASBMR)将其标准化命名为RANKL。

人类RANKL的mRNA主要在骨骼、骨髓以及淋巴组织中,在骨骼中的主要作用为刺激破骨细胞的分化和活性,抑制破骨细胞的凋亡。

破骨细胞前体在分化为成熟破骨细胞的过程中必须有低水平巨噬细胞集落刺激因子和RANKL的存在。

RANKL基因敲除的小鼠表现为严重的骨硬化和出牙缺陷,破骨细胞的完全缺失,T细胞和B细胞早期分化缺陷,缺少淋巴结和
胸腺分化不足,而脾脏的结构正常。

同时表现有乳腺发育缺陷,妊娠期小叶肺泡形成障碍导致出生后即死亡。

RANKL作用的靶点RANK
当OPG的配基TRANCE/RANKL被确认后, 再转而关注RANK似乎容易得多。

因为RANK 已经被确认为一种受体。

研究证实,在骨髓来源的破骨细胞前体和在体成熟的破骨细胞中,RANK的mRNA大量表达。

而转基因小鼠表达过量的可溶性RANK-Fc融合蛋白,则表现为严重的骨硬化症,类似于OPG转基因小鼠的表现型。

破骨细胞前体表达的RANK是RANKL的唯一受体。

RANK敲除的小鼠由于缺乏破骨细胞而表现为严重的骨硬化。

如果将RANK cDNA回转到造血细胞前体中将启动破骨细胞的形成。

与RANKL基因敲除的小鼠类似,RANK敲除小鼠也表现为外周淋巴结的缺失,B细胞和T细胞的成熟缺陷,但是其胸腺仍正常发育。

人类RANK含有616个氨基酸,包含28氨基酸的信号肽,N-末端的细胞外域,和21氨基酸的短跨膜域和较大的C端胞浆域。

RANK主要表达在巨噬/单核细胞系。

当RANK与RANKL结合并被活化后,之后的信号通路将沿着RANKL+RANK作用于TNF 受体相关 (TRAF) 家族, 激活核因子 (NF)-B and c-Fos, JNK, c-src, 以及丝氨酸-苏氨酸激酶Akt/PKB等途径调节破骨细胞的分化。

OPG/RANKL/RANK系统
短短2年,OPG/RANKL/RANK系统逐渐为人们所认识,回答了前成骨细胞调控破骨细胞分化成熟的准确机制,同时也增加了对骨重建过程中骨形成和骨吸收耦联机制的理解。

在骨骼局部,基本多细胞单位的活动过程如下:首先是破骨细胞移行到骨重建的部位,产生骨吸收,经过反折期开始成骨细胞的骨形成。

在骨重建的开始阶段始动破骨细胞起始于前成骨细胞或干细胞的调控。

而成骨细胞分化因子cbfa1也是前成骨细胞/干细胞表面过表达RANKL所必需。

如图所示前成骨细胞表面表达RANKL,与破骨细胞前体细胞表面的RANK结合。

M-CSF结合在前破骨细胞受体c-Fms上, 是破骨细胞分化所必需的确定因子。

而RANKL是诱使分化的关键, 促使破骨细胞前体融合为多核细胞并活化破骨细胞。

OPG相当于整个RANKL系统的制动器,与RANKL结合,抑制了RANKL-RANK系统的作用。

此外其他的细胞因子和激素如TGF-β(增加OPG产生), PTH (增加RANKL/减少OPG产生), 1,25-双羟D3(增加RANKL产生), 糖皮质激素(增加RANKL/降低OPG产生), 雌激素(增加OPG生成) 对破骨细胞生成的调节均是通过OPG和RANKL发挥作用的。

然而,不是所有因子对破骨细胞的调节均通过成骨细胞这一唯一途径,如降钙素,通过直接作用破骨细胞雌激素、诱使破骨细胞凋亡和干扰RANK信号而抑制破骨细胞的分化。

TGF-β可刺激RANK在前破
骨细胞中表达,并增加破骨细胞RANKL的活性。

基于OPG/RANKL/RANK系统的治疗研究
对OPG-RANKL-RANK系统的认识促使研究者们将其用于以过度骨吸收为特征疾病的治疗,如多发性骨髓瘤、肿瘤骨转移和绝经后骨质疏松症等。

一项随机双盲的安慰剂对照研究在52名绝经后妇女中观察了单次皮下注射OPG对骨吸收抑制的剂量效应(0~3 mg/kg)。

结果表明OPG可快速有效抑制骨吸收,并维持较长的时间。

另一项临床研究表明,单次皮下注射OPG(0.3 mg/kg 或1 mg/kg)可以被多发骨髓瘤或乳腺癌患者良好耐受,骨吸收指标NTX显著被抑制,其作用与帕米膦酸盐类似。

尽管对OPG-Fc的研究获得了阳性结果,但同时发现OPG与TRAIL的结合则限制了其应用,因为OPG同TRAIL的结合阻滞了对TRAIL敏感的癌细胞的抑制作用。

为了解决这一问题,Amgen研究组研发了一种完全人RANKL的单克隆抗体,称为AMG-162(或称Denosumab) 。

对49名绝经后妇女的安全性和抗骨吸收效应的研究表明,对AMG162的耐受性良好且无严重的不良反应。

单次注射(0.01~3.0 mg/kg) AMG 162引起剂量依赖性的快速持久的骨转换受抑制,表明抗RANKL的抗体可被用于骨质疏松症的治疗。

McClung等观察了皮下注射denosumab的安全性和有效性,对412名绝经后低骨量妇女随机分组,分别每3个月注射denosumab(6、14或30 mg)或者每6个月注射denosumab (14、60、100或210 mg), 口服阿仑膦酸盐70 mg或安慰剂作为对照。

结果表明,Denosumab增加骨矿密度,减少骨吸收。

近期关于RANKL的单克隆抗体denosumab对骨量减少的绝经后妇女的研究取得了令人鼓舞的结果,尤其是其对骨吸收快速可逆性的抑制,使未来骨质疏松的治疗有了新的希望。

但由于体内OPG-RANKL-RANK系统的作用广泛,其调控作用包括骨重建、免疫系统以及其他未知领域。

长期使用RANKL的单克隆抗体对肿瘤和感染等方面的安全性还有待于长期观察。