翁一杰 黎良盛 钟向新 邓妃富 王义昌 魏劲松

广东医科大学附属医院脊柱退变与畸形外科，湛江 524000

骨质疏松症的特征是骨组织数量和质量的恶化，导致骨折风险增加，其可被分为原发性（病因不明）和继发性（有明确病因）骨质疏松［1］。原发性骨质疏松症进一步分为绝经后Ⅰ型（50～70 岁）和年龄相关的Ⅱ型（70 岁以上同时影响骨小梁和皮质骨），而继发性骨质疏松症的病因较多，常见的有皮质醇过多、甲状腺功能亢进、甲状旁腺机能亢进等［2］。骨质疏松症及其相关骨折的预防对老年人的健康维护和生活质量保证至关重要。

骨质疏松症的诊断

根据世界卫生组织的标准，骨质疏松症的诊断主要依据T评分，而T评分反映的是腰椎和髋部的骨密度。当患者骨密度值比年轻健康女性的平均值低2.5 标准差（T 评分≤-2.5）可被诊断为骨质疏松症，而平均T 评分介于-1.0 SD和-2.5 SD 之间的患者被归类为骨质减少症［3］，大多数骨质疏松性骨折发生在骨密度水平在骨质疏松范围内（-2.5＜T评分＜-1）或甚至骨密度水平正常的人身上［4］。测量骨密度可以预测骨折风险，是评估骨折风险的最佳工具，但它在某些情况下并不可靠，特别是2 型糖尿病的患者，他们通常有更高的骨密度但伴随着更高的骨折风险［5］。除了骨密度的应用外，人们还开发了骨折风险评估（FRAX）工具，是目前可用的最全面风险评估工具，它综合患者的骨密度和临床风险因素，如年龄、性别、骨折史、父母髋部骨折史、吸烟饮酒史、糖皮质激素使用史及其他继发性骨质疏松症原因，估计40～90 岁之间的个体在10 年内椎骨、髋部、前臂和肱骨近端发生严重骨质疏松症甚至骨折的概率，并为治疗决策提供临床指导［6］。

间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）

骨骼是一种动态器官，在一生中以协调良好的方式持续进行骨重塑，以支持身体所需的机械特性并维持钙稳态，其持续的重塑过程主要依靠骨吸收与骨形成，需要多种细胞的精细协调［7-8］。19世纪末，人们发现骨髓基质拥有造血干细胞和MSCs两种不同的干细胞群体，前者是破骨细胞的来源，后者能自我更新和分化为中胚层细胞，具有多向分化潜能的能力［9-10］。将骨髓培养在培养皿中，去除非贴壁细胞后留下具有成纤维细胞样形态的贴壁细胞，能够形成对细胞密度不敏感的生长特性的克隆细胞群，且保持向不同细胞系分化的能力，如成骨细胞、脂肪细胞和软骨细胞，它们广泛存在于骨髓和松质骨中，在骨代谢中发挥重要作用［11-12］。进一步的研究表明，骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMMSCs）在特定的环境下甚至可以分化为其他谱系，如神经元、骨骼肌和心肌［13-14］。

骨质疏松症的发病机制复杂，但成骨细胞的减少是其中最重要的机制，因为成骨细胞分泌类骨是产生骨组织的必要过程，成骨细胞增殖、成熟并分泌细胞外基质蛋白，诱导骨基质矿化，保持骨头正常骨强度及骨密度［15］。越来越多的证据表明，BMMSCs 在骨骼维持和重建中起着重要作用［16］。在正常的生理条件下，由于BMMSCs 向成骨细胞和脂肪细胞分化的平衡，骨组织的动态平衡得以维持［17］。在绝经、衰老或卵巢切除等各种因素影响下，BMMSCs 这种分化的平衡被破坏，成骨细胞分化水平降低和脂肪细胞分化水平增高，导致大量骨髓脂肪细胞积聚，骨形成和骨吸收之间的失衡，最终导致骨量丢失和骨质疏松症［18］。

骨质疏松症的药物治疗

目前骨质疏松症的疗法主要分为非药物治疗和药物治疗。非药物治疗适用于钙和维生素D 摄入不足以及绝经后骨质疏松风险较高的患者，可以通过摄入钙和维生素D 对症处理［19-20］。药物治疗分为抑制骨吸收或刺激骨生成两种方式，适用于已发生骨质疏松性骨折、有骨质疏松性骨折或再骨折高风险的已被诊断为骨质疏松症患者［21］。

1、PTH1类似物

迄今为止，唯一被批准用于治疗骨质疏松症的骨合成代谢药物是重组人甲状旁腺激素的生物活性N-末端1-34 氨基酸片段（特立帕肽），它被公认为治疗严重骨质疏松症最有效的药物［22］。甲状旁腺素（PTH）是体内最重要的钙调节激素，由甲状旁腺分泌，通过刺激骨吸收从骨骼中释放钙来增加血清钙浓度。与PTH 作用类似，特利帕肽与成骨细胞和成骨细胞前体［23］中表达的PTHR1 结合，不仅促进成骨细胞分化和增殖，还表现为RANKL 的表达增加，进而激活破骨细胞。当原发性甲状旁腺机能亢进症患者受持续甲状旁腺激素过度分泌影响时，不仅骨形成的激活频率明显增加，骨重塑和骨吸收也明显增加，总体效果为骨重建增强，与成骨细胞介导的骨形成过程相比，破骨细胞介导的骨吸收作用更强［24］，导致骨质丢失甚至骨质疏松症。与促进骨吸收的持续刺激相反，PTH 与其受体PTHR1 的间歇性结合能够增加骨合成代谢，成骨细胞对PTH 刺激的反应表现为骨形成大于骨吸收［25］。根据FDA 规定，特立帕肽的疗程不允许超过2 年［26］，且终止治疗后会迅速导致骨密度下降，须继续使用抗骨吸收药物［27］。

2、双膦酸盐

双膦酸盐是一种合成化合物，为治疗骨质疏松最常用的一线药物。有几种双膦酸盐已被批准作为治疗骨质疏松症的药物，包括阿仑膦酸、班卓膦酸、利塞膦酸和唑来膦酸。其化学结构类似于无机焦磷酸盐，通过焦磷酸盐分子中的一个碳原子取代一个氧原子而得到。双膦酸盐广泛应用于临床实践中以骨重塑增加为特征的疾病，如骨质疏松症、Paget 病、骨溶解性骨转移瘤和炎症相关骨丢失［28-29］。因为它们的主要生物学作用是破坏破骨细胞的功能和影响其生存的亚细胞定位和某些信号蛋白的正常功能，从而抑制骨吸收［30］。值得注意的是，双膦酸盐耐受性良好，能减少骨质疏松性骨折的风险，但长期使用双磷酸盐治疗的患者可能会有严重的不良反应，如肠胃不适、肾并发症、颌骨坏死和非典型股骨骨折［31-32］。

3、雌激素和选择性雌激素受体调节剂（SERMs）

SERMs 是一类能结合雌激素受体作为激动剂的药物，常用于治疗骨质疏松症。绝经后女性的雌激素水平降低，骨质疏松症的发生率显著增加。有研究证实，雌激素受体有在成骨细胞中表达，因此雌激素在调节成骨细胞分化方面具有重要作用［33-34］。有研究发现，一定浓度的雌二醇除了可促进体外培养的BMMSCs 增殖、成骨分化、软骨分化外［35］，还能促进成骨细胞增殖、成熟及BMP2 的表达和分泌［36］。此外，雌激素也被证明可以抑制BMMSC向脂肪细胞的分化［37］。然而，长期使用SERMs（如雷洛昔芬）也有其严重的不良反应，特别是乳腺癌、心血管事件和血栓栓塞的风险，限制了雌激素和SERMs 作为骨质疏松症的长期治疗［38］。

4、雷奈酸锶

锶是一种在元素周期表中与钙在同一主族的化学元素，因此其化学性质也与钙相似。这种相似性让锶能在骨组织中替代钙而不干扰正常骨代谢［39］。雷奈酸锶是一种锶盐，被认为对骨代谢有双重作用，既能增加成骨细胞以促进骨形成，又能减少破骨细胞从而抑制骨吸收，是治疗绝经后骨质疏松症的潜在药物，可降低脊柱和髋部骨折的风险和增加骨密度［40］。有研究表示，使用雷奈酸锶治疗有皮疹、心肌梗死、栓塞和静脉血栓形成等不良反应［41］。

5、地诺单抗

近几十年来，生物疗法的发展也为治疗骨质疏松提供了新药物的开发。地诺单抗是一种IgG2 人源性单克隆抗体，有独特的抗骨吸收作用机制。其对特异性靶向核因子κB受体活化因子配体（RANKL）有高度亲和力，抑制破骨细胞形成和活化，减少骨吸收，增加骨密度［42］。地诺单抗被认为是治疗骨质疏松症相对安全的疗法［43］。须注意的是，服用免疫抑制剂或免疫系统受损的患者使用该药物时，发生严重感染的风险可能会增加。

MSCs的治疗现状

目前，骨质疏松症的治疗方案是基于一系列抑制骨吸收或诱导骨形成的合成代谢药物［44］。研究表明，抗吸收药物不能逆转现有的骨质流失，只能抑制其进一步骨吸收，且长期服用都有一定的不良反应。因此迫切需要找到治疗骨质疏松症的替代方法。MSCs 是一种具有自我增殖和多向分化能力的未分化细胞，可以修复再生受损的组织，其在骨骼的维持和重建中起着重要作用，因此被认为是骨质疏松症替代治疗的发展方向。实验动物模型在开发新药和治疗方法时起到关键作用，尽管实验动物的发病机理和免疫应答与人类疾病之间有差异，它们仍然为我们提供了疗效和安全性评估的重要信息［45］。现阶段中常用的骨质疏松模型主要是接受了卵巢切除术［46］或服用糖皮质激素［47］后的小鼠或大鼠，而主要的给药方式是骨髓内注射和经尾静脉注射。

MSCs 可从大量的组织中分离出来，并进行选择性培养，最常见的是BMMSCs，它已被广泛应用于去卵巢骨质疏松模型和年龄相关性骨质疏松模型中，也被证实具有促进成骨分化的作用。脂肪间充质干细胞（ASCs）是通过微创方法从白色脂肪组织中分离出来，相对于BMMSCs 而言，更容易分离，细胞数量更丰富，产量更高。在骨质疏松症动物模型体内移植ASCs 后可以增强骨形成能力，骨密度显著增加［46］，且自体ASCs在机体骨质疏松条件下保持了其抗炎能力，其增殖和成骨能力受衰老及传代的影响也较BMMSCs小［48］。牙髓间充质干细胞（DP-SCs）是从牙髓组织中分离出，后来也陆续从乳牙、牙周韧带、牙槽骨等地方分离得到其他的牙齿间充质干细胞［49］，这些口腔组织的MSCs具有自我更新、多分化潜能、免疫调节功能以及组织再生的能力，且成骨能力强于BMMSCs，成脂能力弱于BMMSCs。羊水源性间充质干细胞（AF-MSCs）在研究中被证实90%以上表达一些胚胎干细胞标志物，如八聚体结合转录因子4（Oct-4），因此被认为是胚胎干细胞和成体干细胞中间的一个阶段，其在促成骨的同时，也表现出抑成脂的特性。胎盘组织源性间充质干细胞（PD-MSCs）的成骨能力同样得到了研究，根据来源部位不同，分为羊膜MSCs（AM-MSCs）、脐带MSCs（UC-MSCs）、绒 毛 膜MSCs（CM-MSCs）和 蜕 膜MSCs（DC-MSCs），且AM-MSCs 和UC-MSCs 较其他来源的MSCs具有更高的成骨潜能［39］。由于其来源的特殊性，使用胎盘组织源性MSCs时，总引起关于在政治、伦理、道德和情感方面的争论。同样值得争议的还有人类囊胚的多能胚胎干细胞（hESCs），由于hESC的分离需要破坏人类胚胎，这也形成了一个难以回避的伦理问题［49］。

MSCs 移植可以改善骨质疏松动物模型的症状，实际治疗效果却有限，因为它容易受到各种因素的干扰。因此，为了提高MSCs的增殖及成骨能力，人们寄希望于基因工程来提高治疗效果［50］。通过基因修饰改变干细胞的表型可以改变细胞分化方向，促进成骨分化以治疗骨质疏松症［51］。目前的研究中，一般使用5 种基因修饰的方案：（1）过表达成骨相关基因，包括BMP-2、BMP-6、RUNX2 和OSX 等的表达基因［52-54］。（2）修饰抑制破骨细胞活化的相关基因，如RANK-Fc 的表达基因，RANK-Fc 可与RANKL 结合，阻止RANK 发挥激活破骨细胞的作用［55］。（3）过表达促血管生成的基因，如编码血小板衍生生长因子B（PDGFB）的基因，为新生骨及MSCs繁殖提供血供［56］。（4）修饰归巢相关基因，如激 活CXCR4，以 促 进MSCs 的 归 巢 和 迁 移［57］。（5）延 缓BMMSCs的衰老，如激活端粒酶逆转录酶（TERT），以延长或稳定端粒［58］。

问题与展望

骨质疏松症是一种全身性骨骼疾病，其病因是由于破骨细胞和成骨细胞活动失衡而导致骨密度降低。现有的预防骨质流失进一步进展的药物虽然对治疗骨质疏松症有效，但长期治疗会引起严重不良反应，这导致了对骨质疏松症新治疗方法的迫切需求。干细胞疗法有望为骨质疏松症的治疗提供新的策略和方法，同时，这也应引起我们对使用干细胞疗法安全问题的思考，具有自我更新能力的干细胞某种意义上与肿瘤细胞无异，且经传代后的MSCs经常不可避免地经历表型、功能及更重要的遗传变化，与原代细胞相比会导致不可预测的安全问题，存在潜在的参与肿瘤形成和进展的风险，这些都有待进一步的研究来解决，相信在不久的将来，MSCs将在骨质疏松症的治疗中发挥重要作用。