作者：中國醫科大學附屬盛京醫院 劉盛業
糖皮質激素(GC)在臨床醫療中廣泛被使用，主要表現其在免疫抑制、抗炎症反應、抗休克、解除支氣管痙攣哮喘等疾病的藥理學作用。長期或者高劑量使用GC會導致一些不良反應，如：肌肉骨組織紊亂，如骨質疏鬆症、骨壞死、肌病、肌肉減少症等以及代謝作用導致的葡萄糖耐受不良、糖尿病、血脂異常、脂肪異常增長等疾病。這些副作用已經成為臨床治療棘手的問題。
其中GC誘導性骨質疏鬆症(GIO)已成為如今熱議的話題。其作為最常見的繼發性骨質疏鬆，即使每日使用低至2.5mg潑尼松龍治療也會增加骨質疏鬆性骨折的風險，吸入性GC治療也與骨量流失極為相關，在高劑量的情況下易造成系統性副作用如骨質減少、骨質疏鬆最終骨壞死。多項報告顯示，運用GC治療數周后，骨量開始逐漸流失，最初數個月內的骨量丟失迅速，每年達5%～15%，而長期接受GC治療(至少1年)的患者骨質疏鬆發生率高達30%～50%。
伴隨其發生的將是骨質疏鬆性骨折的發生，最常發生於脊柱椎體、股骨近端和肋骨等部位。儘管臨床實踐中人們對GIO的防範意識有所增加，但是對其所帶來的副作用災難性的損害還有所欠缺，對其致病機制以及防治方法的了解還有所不足。在此筆者對GC在骨組織生理以及病理學方面的作用機制研究的新進展，GC性骨質疏鬆的防治策略概述如下。
內源性GC的生理作用
GC作用信號傳導在調控骨組織細胞的分化、增殖與凋亡過程中至關重要。生理水平的GC可以調節電解質、體液穩態和免疫應激反應等，對於組織的生長發育是必要的，GC受體(GR)廣泛缺失的小鼠導致出生後早期死亡，細胞特異性GC信號的缺失導致了對GC在骨組織生理作用的中斷。GR表達水平和配體結合的親和性可以影響GC在組織中發揮的作用。
GR配體複合體通過兩種方式調控相關靶基因：transactivation與transrepression，即反式激活與反式抑制作用。反式激活是指在GR靶基因的調控序列中GR單二聚體與GC反應元件(GREs)結合，促進基因的轉錄與表達。而反式抑制則是指其它轉錄因子的抑制作用，如激活蛋白1(AP-1)或NF-κB。兩種方式相互作用調節GC信號通路，但是對其具體分子機制的了解還有待深入研究。
研究稱小鼠成骨細胞靶向GR的缺失導致骨組織總體積下降，通過靶向使11β-二型羥化類固醇脫氫酶(11β-HSD2)過表達，使成熟成骨細胞和骨細胞GC信號的失活，導致皮質骨和小梁骨骨量下降，這些動物實驗結果說明內源性GC信號在骨組織骨量積累和骨發育中發揮重要作用，同時GC信號傳導可抑制11β-二型羥化類固醇脫氫酶(11β-HSD1)的表達抑制其對成骨細胞的正向作用。
有研究報導靶向敲除成骨細胞GR或HSD2轉基因小鼠礦化結節形成數量極少，說明在生理濃度下，GC通過直接作用於細胞調節成骨細胞的分化，並且刺激成骨細胞分泌Wnt信號通路相關蛋白激活經典Wnt信號通路，其中Wnt7b、Wnt9a和Wnt10bmRNA也發揮了重要作用，使β-catenin蛋白聚集以及runt相關轉錄因子2(RUNX2)等成骨細胞分化相關因子上調進而調控間充質幹細胞(MSC)的分化，使多能幹細胞成骨分化。GC下調Wnt信號通路抑制因子分泌捲曲相關蛋白1(sFRP1)，進而促進MSC中Wnt信號通路級聯反應。同時旁分泌Wnt信號通路通過誘導金屬蛋白酶14(MMP14)的表達，使細胞外基質降解，影響軟骨組織改建和骨化。GC的存在也可表現在CCAAT增強子連接蛋白(C/EBPα)CpG位點的低甲基化狀態，組蛋白3和4的乙醯化，調控MSC成骨或成脂分化的平衡。
由此可見，內源性生理濃度GC不僅驅動間充質幹細胞成骨分化、降低成軟骨及成脂分化，同時促進膜內成骨，進而增加小梁骨和骨量的增加。
外源性GC生理作用
與內源性GC的作用不同，接受治療劑量GC治療的患者，第1年骨質流失可達12%，之後每年以2%～3%的速度骨量繼續下降，骨密度也明顯減低，椎體、肋骨骨折等相應併發症的機率也隨之攀升。有報導指出即使小劑量GC會對骨組織造成有害的影響，而每日劑量＞7.5mg的潑尼松龍的治療則可以顯著引起骨質流失，增加骨質疏鬆性骨折的風險。當停止GC治療後幾年，骨折風險逐漸下降到原水平，由此可知GC不僅能使骨密度下降，而且能逆轉骨組織質量從而影響骨健康。最近Shuai等指出局部ACE，AngII，AT1R和AT2RmRNA水平降低與GIO相關，同時也有學者報導，GC通過AngII通路引發SOST基因表達致GIO，這種通路可被培哚普利等藥物抑制改善骨質疏鬆進程，顯示GC誘導的骨密度(BMD)的改變與血管緊張素腎素系統存在密切的關係，同時GC還可通過參與免疫系統，作用於T和B淋巴細胞，進而參與骨的重建，其具體作用機制還有待深入探究。
GC參與的代謝作用：GC可以通過一些間接途徑致骨質疏鬆，如降低小腸鈣離子吸收，增加腎臟鈣離子清除率，導致負鈣平衡促進繼發性甲狀旁腺功能亢進，影響骨的礦化。GC還可以通過直接或間接途徑拮抗性腺功能，抑制性腺激素、GH和IGF-1的骨形成作用。最近有學者指出：GC導致近端肌病和肌無力也可使骨強度下降，降低了平衡能力，容易發生摔倒最終增加骨折的風險。雖然以上作用導致骨質的流失，但是最主要的還是其對骨組織細胞直接作用，在GIO的小鼠中骨髓間充質幹細胞的增殖、成骨分化能力均下降，同時成骨分化誘導活性因子和腎KlothomRNA表達下降，GC也可直接對成骨細胞、骨細胞和破骨細胞產生作用。有研究稱β蛻皮激素(βEcd)通過增加細胞自噬抑制GC對骨基質細胞的作用，表明GIO與細胞自噬存在相應關係，這也為逆轉GIO提供了新的靶點。
GC對成骨細胞的作用：GC導致骨質疏鬆表現在對成骨細胞的作用上，有文獻證實可以同時抑制成骨細胞分化和功能並且誘導其凋亡，進而導致對骨組織發育強大的抑制作用。對其分子機制的探究也成為相關領域的熱點方向，在治療劑量或者高濃度的GCs水平下，GC可抑制Wnt相關轉錄因子的合成與釋放，下調β-catenin蛋白與RUNX2蛋白的轉錄因子的表達，導致下遊通路傳遞失效。同時高水平的GCs通過糖原合成酶激酶3β(GSK-3β)泛素化功能和蛋白酶β-catenin蛋白增強了其降解作用，這些GC誘導的可溶性拮抗因子致使MSC成骨分化下降。
與此同時大劑量的GCs也增加了過氧化物增殖物激活受體(PPARγ)，促進MSC的成脂分化，但其具體作用機制還有待進一步研究。另一方面，骨生成蛋白BMP-2作為成骨分化重要調節因子，在GC的影響下，其下遊信號被抑制，幹預成骨分化的過程。最近有研究指出，單GC-GR複合體可很大程度上損傷成骨細胞分化，妨礙促炎轉錄因子AP-1和抑制白介素11(IL-11)的轉錄，也導致BMP-2信號的失活。以上作用最終導致MSC的成骨分化的障礙，通過反式抑制作用使膠原和骨鈣蛋白等成骨分泌蛋白的減少。
GC還可以對成骨細胞周期發揮作用，中斷細胞的生理進程。使用地塞米松降低細胞周期蛋白D2和A，增加周期蛋白依賴性激酶抑制劑1B，同時也增加雙特異性磷酸酶1(DUSP1)，提高劑量也會下調淋巴樣增強結合因子1和轉錄因子7(LEF/TCF)表達，抑制經典Wnt信號通路的下傳，抑制G1期向S期的轉化，中斷細胞周期，抑制骨發育。
GCs還可通過誘導成骨細胞凋亡，有報導指出：地塞米松給藥後增加成骨細胞Bcl-2家族的促凋亡因子Bim與Bak表達，而敲除Bim可顯著降低GC誘導的細胞凋亡。另外，GC通過下調β1-整合素而誘導細胞與基質的分離最終導致細胞死亡。還有學者認為：GC還與活性氧(ROS)有關，激活JNK通路，也可以抑制Nrf2通路下調下遊HO1與NQO1效應蛋白，進而誘導成骨細胞凋亡，這種作用可被吲哚-3-甲醇逆轉，也可被一些植物化學物質逆轉，如蘿蔔硫素。
細胞內質網應激作用也會增加ROS，抑制Eif2α去磷酸化進而促進成骨細胞與骨細胞凋亡。程序性壞死抑制劑Necrostatin-1可以加速GIO中骨生成。而纖溶酶原激活物抑制因子1(PAI-1)恰恰可以抑制成骨細胞的凋亡而促進GIO骨的流失。同樣，Cbfa1是成骨細胞充當保護角色的轉錄因子，地塞米松的使用可以降低Cbfa1mRNA的表達，加速的ROS對骨組織破壞作用。
綜上所述，超出生理濃度的GCs通過抑制成骨細胞分化和功能以及誘導其凋亡，打破骨生成與骨吸收的平衡穩態，降低骨量，增加骨折風險。
GC對骨細胞的作用：骨細胞是骨組織中數量最多的細胞種類，佔總體細胞數量的90%～95%，GC對骨細胞的作用主要體現在對骨強度的影響下，降低內膜骨血管生成和降低骨陷窩微管系統的血運，促進骨細胞的死亡，組織壞死，這也恰恰表明GIO與其它骨質疏鬆最大特點是造成骨壞死，最常發生於股骨頸。GC導致骨重建功能減退，骨微損傷後修復能力下降，骨脆性增加，易發生骨折和骨壞死。
在高濃度的GCs作用下，細胞內自噬體的形成創造了一個對於細胞的毒性環境。通過自噬的作用骨細胞修復細胞損傷，導致細胞死亡。同GC誘導成骨細胞凋亡相似的作用機制，GC誘導的促凋亡激酶Pyk2和JNK的活化，進入活性氧誘導的細胞凋亡程序。Liu等指出鈣結合蛋白D28k可以抑制GC誘導的骨細胞和成骨細胞凋亡，並且增加ERK1、2的磷酸化，說明GC致骨質疏鬆與骨組織細胞的凋亡機制相關。由此可見，GC對骨細胞的作用不僅體現在對細胞活性的抑制，同時也反映出對骨陷窩微管等骨組織結構方面的影響。
GC對破骨細胞的作用：骨細胞是惟一發揮骨吸收作用的細胞。GC治療人或動物的將會出現早期骨吸收的一過性增強，這是由於GC誘導的破骨細胞數量以及活性的上升。這是基於GCs刺激RANKL的產生，同時使RANKL誘餌受體骨保護素(OPG)的下降。RANKL作用在破骨細胞前體細胞表面RANK結合，誘導其向成熟的破骨細胞分化，繼而參與骨的吸收與改建。同時GC刺激集落刺激因子的產生促進破骨細胞分化，也有文獻指出骨細胞凋亡的細胞體本身也促進了破骨細胞的生成，GC抑制了破骨前體細胞的增生，但其具體作用機制還有待深入研究和討論。近期Shi等指出：GC下調microRNA-17-92a和microRNA-17/20a促進成骨細胞源性RANKL的表達，與破骨前體細胞共培養後可促進其向成熟破骨細胞分化，這也標誌著mRNA局部靶向治療與GIO進一步強烈相關性。
總之，在長期的外源性GC的作用下，GC誘導了破骨細胞的生成，並且延長其壽命，加速了骨吸收作用，對骨組織結構框架產生破壞作用。
GIO的治療進展及展望
GIO引起的嚴重後果不容忽視，其早期症狀卻較為隱匿，多數患者僅出現酸痛乏力等症狀，加重後出現骨骼疼痛，在輕微損傷後發生脊柱、髖部、肋骨或長骨的骨折。因此，有效防治GIO是現代醫學亟待解決的重要問題。在改善生活習慣如戒菸、限制酒等方式的基礎上，補充維生素D，新版指南推薦預防和治療GIO的藥物包括：阿侖膦酸鈉、唑來膦酸、利塞膦酸鈉、特立帕肽。也有資料顯示：其它藥物如羥乙膦酸鈉、降鈣素、雄激素、雷洛昔芬、雷尼酸鍶等可能有效，但還需要大樣本和高質量的文獻支持。
綜上所述，GIO是嚴重影響生命質量的一大不良因素，對於GIO的防治還要對其致病機理進行探究，隨著研究的不斷加深，其分子水平以及基因水平，或表觀遺傳學等方面的致病機制將逐漸明朗，為逆轉GIO提供新的治療靶點，為積極預防和治療GIO提供確切依據。
來源：中國骨與關節雜誌2015年11月第4卷第11期
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