覓食和逃跑的本能讓骨骼進化出了骨鈣素，抗衰老「鑰匙」或許藏在骨骼中
2020-12-20 文匯網
圖：視覺中國
過去，人們一直認為，骨骼主要是一種機械結構，其主要作用是「身體組織的腳手架」。但科學家通過多年研究發現，骨骼實際上是一種活器官。
從記憶、食慾、肌肉健康，到生育力、新陳代謝，它在調節一系列身體過程中發揮作用。其中，骨骼所產生的一種激素——骨鈣素，有朝一日可能為肌肉減少症、記憶力衰退等年齡相關健康問題提供新的治療途徑。
「活骨骼」開闢研究新領域
20世紀90年代初，年輕科學家熱拉爾·卡森蒂的一次偶然發現，改變了人們對骨骼及其在身體中所扮演的角色認識。骨鈣素是骨骼中最豐富的蛋白質之一。
當時，卡森蒂懷疑骨鈣素在骨骼重塑過程中起著至關重要的作用——骨骼會不斷地新陳代謝並積極生長，這使我們能夠在兒童和青少年時期快速成長，也能夠從骨折等損傷中復原。
為了研究這個問題，他進行了一個基因敲除實驗，從小鼠身上去掉了負責骨鈣素合成的基因。然而，令他失望的是，這似乎沒有給突變小鼠帶來任何明顯的骨骼缺陷。
但隨後，卡森蒂注意到了一些意想不到的事情：雖然小鼠的骨骼發育正常，但它們看起來明顯發胖，且有認知障礙。
骨骼通過產生激素、在血液中循環的蛋白質，在一個信號網絡中與其他器官溝通。圖：電腦製圖
「沒有骨鈣素的小鼠葡萄糖代謝增加，而且它們看起來有些愚蠢，學習能力不強，還顯得有點沮喪。」卡森蒂的前同事馬蒂厄·費倫說。他現在是蒙特婁臨床研究所骨生物學研究室負責人。
卡森蒂和他的團隊花了相當長時間才明白，骨鈣素究竟是如何影響這些功能的。15年後，卡森蒂團隊發表了一系列具有裡程碑意義的發現，徹底改變了人們對骨骼的看法。
「過去我們認為，骨骼只是一個簡單的器官。作為一個礦化組織，它並沒有與其他器官組織溝通的想法。但這一認識已經改變。」美國約翰霍普金斯肌肉骨骼研究中心骨科手術教授託馬斯克·萊門斯說，「卡森蒂開創了骨骼參與身體其他組織溝通的理念，這在以前並沒有被真正理解或研究過」。
人們現在知道，骨骼通過產生自己的激素、在血液中循環的蛋白質，參與到一個信號網絡中，與其他器官溝通。
卡森蒂的小鼠最終讓他意識到，骨鈣素其實就是這樣一種激素，深入了解它的功能，可能會對未來的公共健康幹預產生影響。
「骨骼可以產生一種影響新陳代謝的激素，這想法最初是有點令人震驚。」費倫說，「但此後這一結果得到其他科學家的證實。這為骨骼研究開闢了一個全新的領域。」
扭轉與年齡相關的衰退
隨著年齡的增長，我們每個人都不可避免地流失骨量。研究表明，人類的骨量在20多歲時達到頂峰；隨後，骨量緩慢下降，最終可能導致身體虛弱和老年骨質疏鬆症等疾病。
過去十年，新的研究發現表明，骨量的減少也可能與肌肉的衰弱有關——醫學上稱之為 「肌肉減少症」。此外，許多衰老帶來的記憶和認知問題，似乎都與血液中的骨鈣素水平有關。
骨鈣素影響著體內許多其他激素。「骨鈣素在肌肉中的作用是增加產生ATP（磷酸三腺苷）的能力，ATP是我們運動的燃料。」卡森蒂說，「在大腦中，骨鈣素調節大多數神經遞質的分泌，這些神經遞質是有記憶力的。人類骨鈣素的循環水平在中年左右會下降，這大約也是某些生理功能開始下降的時候，比如記憶力和運動能力。」
產生骨鈣素和骨唾液蛋白的成骨細胞。圖：東方IC
近年來，卡森蒂進行的一系列實驗表明，通過注射提升老年小鼠體內骨鈣素的水平，可以逆轉許多與年齡有關的疾病。
「骨鈣素似乎能夠逆轉大腦和肌肉中的衰老表現。」他說，「了不起的是，如果給老年小鼠注射骨鈣素，它的記憶力會有所恢復，運動能力也恢復到了年輕小鼠的水平。這些發現使得骨鈣素從醫學的角度來看，具有極大的潛在吸引力。」
科學家們還發現，人類可以通過運動來自然地維持血液中骨鈣素的水平。這一點很直觀，因為一直以來，體育鍛鍊都被認為具有抗衰老的作用。
「如果你經常鍛鍊，那麼它就會刺激你的骨骼製造更多的骨鈣素，這將對肌肉和大腦產生有益影響。」費倫說，「從流行病學研究中我們知道，比起久坐不動的人，在衰老過程中，那些熱衷體育鍛鍊的人認知能力下降更緩慢。」
進一步研究還表明，在青少年時期和成年早期多運動，可在以後的生活中持續對骨骼和其他方面的健康產生保護作用。
「我認為，這可以加強人們在青春期和成年早期積極活動的信息。」費倫說，「這將幫助他們達到更高的峰值骨量，保護他們免受與骨鈣素下降有關的年齡相關問題的影響。」
利用骨激素開發新藥
然而，骨鈣素並不是唯一引起科學家注意的骨激素。在梅奧診所，桑迪普·科斯拉一直在研究一種叫做DPP4的激素，這種激素是由骨骼外層的破骨細胞製造的，似乎在調節血糖方面發揮著作用。
科斯拉對這種激素特別感興趣，因為藥物地諾單抗是臨床上用於治療骨質疏鬆的處方藥，用於減緩骨質流失。但它似乎對DPP4也有積極的影響。在近期發表的一項相關研究中，他注意到該藥物還同時改善了糖尿病的症狀。
「這表明，也許這種藥物可以同時治療骨質疏鬆症和糖尿病。」科斯拉說，「我們現在希望對這些觀察結果進行跟蹤，並通過隨機對照試驗進行測試。」
然而，骨鈣素具有預防與年齡相關的許多方面的衰退的潛力，仍是骨骼研究的主要課題。卡森蒂正在研究一種人工增加血液中骨鈣素水平的方法，還申請了利用它治療認知障礙的專利。
「我們希望開發一種調節骨鈣素的分子。」他說，「我們正在探索各種方法，希望最終會找到一些藥物來治療與年齡相關的疾病，如肌少症和記憶力下降。這不僅會讓老年人受益，而且任何因髖關節骨折或他疾病而導致肌肉功能下降的人，也可從中獲益。」
費倫表示，針對骨鈣素的藥物將通過刺激骨量增加來實現更廣泛的健康效益。然而，仍有很多障礙需要克服。例如，單純靠注射骨鈣素，未必能在人體中起到治療作用。
「這樣的治療往往更昂貴，也更困難，因為蛋白質注射劑的半衰期並不長。」費倫表示，他的實驗室正在開發一種更穩定的骨鈣素，這樣它就能在體內停留更久，但最好的解決方案是開發出某種小分子藥物。
卡森蒂的發現也讓科學家們思考一個更深奧的問題：骨骼當初是如何發展出產生骨鈣素等激素的能力的？他本人認為，答案就在我們的進化史深處——求生的本能進化出了骨鈣素。
為了躲避捕食者，人類需要骨骼能向肌肉發出奔跑的信號，這是由骨鈣素介導的。為了生存，人類還需記住哪裡可以找到食物，或一個小時前捕食者在哪裡，這樣的記憶過程是由骨鈣素調節的——越來越多的人認為，它是作為一種幫助動物逃離危險的生存激素而進化產生的。
作者：慕子嵐編譯
編輯：沈湫莎
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