甲状旁腺激素(parathyroid hormone，PTH)是正常人体中由甲状旁腺主细胞合成的一种激素，是人体调节钙磷代谢、骨代谢的重要激素。PTH由84个氨基酸组成，N端部分为生物活性所必需，且氨基酸序列高度保守，因此人工合成的PTH1-34常被代替PTH1-84用于试验研究以及治疗骨质疏松。早在20世纪20年代就在甲状旁腺提取物中发现了PTH 及其增加血钙、尿磷的性质，直到2002年，PTH1-34合成物teriparatide在美国上市，用于治疗骨质疏松症。目前用于治疗骨质疏松的大多数药物，例如二膦酸盐、雌激素、骨化三醇等，都是通过抗骨吸收来治疗骨质疏松症，不能修复已经遭到破坏的骨单位。PTH是目前唯一一种通过促进骨形成治疗骨质疏松症的药物，近年来，有关PTH研究较多，本文对此作一综述。
PTH与PTH受体信号通路PTH的靶器官主要是骨骼、肾脏和肠，PTH受体总共分为PTHR1、PTHR2、PTHR3三类。PTHR1是PTH和PTHrp共有的受体，属于G蛋白耦联受体超家族成员，主要分布在成骨细胞和间质细胞表面以及肾小管基底膜。PTH与PTHR1结合后可活化多个信号通路，其中最重要的途径是通过活化Gsα激活cAMP-PKA通路[1]。蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)信号通路可以通过以下方面调节骨组织的合成吸收代谢：诱导可溶性核因子Kappa B(nuclear factor κB，NF-κB)配体RANKL在骨细胞的表达，调节成骨细胞合成单核细胞趋化蛋白-1(monocyte chemotactic protein 1，MCP-1)、白细胞介素-8(interleukin-8，IL-8)等细胞因子，激活活化转录因子/cAMP反应元件结合蛋白(activating transcription factor/cAMP-responsive-element-binding protein，ATF/CREB)通路以及成骨分化特异性转录因子Runx2活性等。另一个途径是PLC(phospholipase C)途径[2]，PLC一方面作用于IP3调节钙离子浓度，一方面作用于DAG信号，通过PKC激活L型电压门控钙通道和ERK/MAPK(excellular signal-regulated kinases/mitogen-activated protein kinases)，从而调节与骨代谢相关的一系列转录因子，该信号通路较cAMP-PKA通路来说有一定局限性。也有研究指出，PTHR1可以通过直接激活Wnt信号通路调节骨代谢。PTHR1信号通路的负反馈调节则是通过钙离子水平和羧基末端磷酸化来进行的。
间断使用PTH增加成熟的成骨细胞数量骨的重建过程起始于骨吸收，破骨细胞贴附在旧骨表面的小凹陷中，分泌酸性物质溶解矿物质，分泌蛋白酶消化骨基质，形成骨吸收陷窝；骨衬细胞转化为成熟的成骨细胞并移行至被吸收部位，分泌骨基质，最后骨基质矿化而形成新骨。骨衬细胞是未进行骨重建时静止于骨表面的一层扁平的细胞，PTH可以募集这些未活化的细胞，促使其转化为成熟的成骨细胞，从而增加骨量。Dobnig等[3]利用3H胸腺嘧啶核苷掺入法检测到增加的成骨细胞数量并不是来源于前成骨细胞，而是来源于骨衬细胞。有研究者认为，由于骨重建始于骨吸收，故连续大剂量使用PTH可导致骨吸收持续进行，当PTH浓度降低后骨吸收作用才逐渐撤退，此时成骨细胞代偿性的增加，进而骨形成占主导地位。另外一部分增加的成骨细胞来自于骨髓间充质干细胞(bone mesenchymal stem cells，BMSC)的转化。BMSC是一种多潜能干细胞，可以分化为成骨细胞、破骨细胞、软骨细胞[4]及脂肪细胞等。Chen等[5]发现，给予PTH处理后的BMSCs增生明显增加，而抑制PTH的作用后细胞数量减少，两组较对照组差异均有统计学意义(P=0.000)。BMSC促进骨形成可能与两方面有关：一是PTH可以促使骨髓中的BMSC移行至骨小梁表面，然后分化为成骨细胞[6]，二是PTH可以抑制BMSC分化为脂肪细胞、从而增加向成骨细胞分化的数量。
C-fos 是一种细胞原癌基因，其编码的蛋白与细胞生长调控的许多因子有关。PTH可以通过cAMP上调成骨细胞内c-fos基因的表达水平，由 c-fos基因编码的c-fos蛋白对骨转换具有重要意义，后者可以促进与骨生长发育有关的基因的转录和表达。实验证实，小鼠体内的成骨细胞在给予PTH 15 min后就可以检测到c-fos mRNA的表达，30 min后c-fos mRNA表达数量上升至最大值[7]。除了成骨细胞外，间质细胞中也可以检测到c-fos mRNA的表达，但破骨细胞中未检测到。间断给予PTH的c-fos(-/-)小鼠和野生型小鼠相比，野生型小鼠体内的骨细胞数量和碱性磷酸酶明显增加，而c-fos(-/-)小鼠无明显变化[8]，说明c-fos基因的表达是PTH促进骨合成代谢的必要阶段。
PTH的骨形成作用需要通过胰岛素生长因子-1(insulin-like growth factors-1，IGF-1)的表达实现，IGF-1敲除的小鼠在PTH的作用下无法产生骨形成效应，体外实验[9]和体内实验[10]都证实，PTH可以促进IGF-1在成骨细胞上的表达。Oh等[11]的试验显示，PTH不仅可以增加内源性IGF-1的数量，且当IGF-1的作用被小分子RNA干扰后，PTH的作用也受到了抑制。而在人体内诱导PTH促进骨量增加的IGF主要是IGF-2，在利用PTH治疗骨质疏松的妇女体内中可以检测到IGF-2的水平较对照组明显升高。有研究者发现，IGF-1也可以增加c-fos表达水平，在IGF刺激后30 min时可以检测到c-fos表达，60 min时升至最高。这种影响与PTH对c-fos的影响模式是相似的，有研究者认为也许PTH和IGFs对c-fos的作用机制有重合之处。PTH增加骨细胞的抗凋亡作用
PTH促进骨形成的另一个重要机制就是抑制成骨细胞凋亡，从而增加成骨细胞数量、延长成骨细胞及骨细胞寿命。Jilka等[12]研究发现，PTH是通过抑制成骨细胞凋亡而非促进前成骨细胞增生来促进成骨作用。这种抗凋亡作用是通过PTH与PTH/PTHrp受体结合后激活cAMP信号通路实现的，该通路可以抑制部分死亡受体介导的凋亡通路。虽然cAMP通路的抗凋亡作用是短暂的，但骨量的增加可以通过每天重复注射PTH对数代成骨细胞的抗凋亡作用逐步累加实现。Schnoke等[13]发现，PTH可以激活DNA修复蛋白的活性，并且TUNEL检测到大部分修复的DNA来自凋亡的成骨细胞，说明PTH可以促进凋亡的成骨细胞DNA片段的修复。从基因层面上来说，PTH可以激活cAMP介导的PKA信号通路，进而磷酸化并抑制凋亡蛋白Bad、增加凋亡相关基因Bcl-2的转录[14]，从而产生抗凋亡作用。Bcl-2(-/-)Bim(+/-)小鼠骨量较Bcl-2(+/-)Bim(+/-)小鼠骨量明显减少[15]，PTH通过CREB和Runx2促进Bcl-2基因合成，抑制骨细胞凋亡。除此之外，Chandra等[16]发现PTH还可以激活PKA和Wnt通路，加速修复射线损伤后的DNA双链。
PTH对Wnt通路的影响Wnt信号通路包括3条细胞内信号转导通路，其中以 Wnt/β-连环蛋白信号转导通路最为经典，PTH可抑制β-连环蛋白降解和磷酸化，使其在胞质聚集并转移至核内，与转录因子T细胞因子(T cell factor，TCF)/淋巴增强因子(lymphoid enhancer factor-1，LEF)-1结合，从而调节Wnt靶基因的转录表达。Redda等[17]研究发现β-连环蛋白促进BMSC向成骨细胞分化，同时抑制其向脂肪细胞或软骨细胞分化。敲除β-连环蛋白基因的小鼠，其成骨细胞增生减少，而破骨细胞的增生增多，出现骨质疏松。骨硬化素(sclerostin)由骨细胞特异性表达，是骨形成的负性调节因子，在干细胞向骨细胞分化的过程中，SOST表达明显增加[18]。Keller等[19]发现间断使用PTH可以通过抑制SOST表达减少骨硬化素的合成，且PTH对SOST起直接调控作用，该作用不被其他抑制蛋白合成影响，是通过对mRNA转录水平的调控实现的。
PTH对OPG/RANKL/RANK通路的调控OPG//RANKL/RANK被认为是介导破骨细胞分化成熟的最重要的信号通路。护骨素(osteoprotegerin，OPG)是肿瘤坏死因子受体超家族的成员之一，它与NF-κB配体RANKL和其受体活化因子RANK是调节破骨细胞分化、活化与生物活性的重要细胞因子。RANKL与破骨细胞表面的 RANK 结合后，激活的 RANK 将信号传入细胞内，使c-fos表达增加，启动破骨细胞生成基因的转录，诱导成熟的破骨细胞形成，抑制破骨细胞凋亡；而护骨素可以阻断上述作用，使骨吸收减弱、血钙降低。实验证明PTH可以通过PTH受体信号通路上调骨细胞RANKL的表达，从而诱导骨吸收[20, 21]。Costa等[22]发现持续大剂量给予PTH后RANKL：OPG比率增加，破骨细胞数量较对照组增加3倍；间歇使用PTH后成骨细胞分化相关标志蛋白增加，RANKL：OPG比率无明显变化，说明不同的PTH给药方式可以调节RANKL：OPG比率，而RANKL：OPG的比率决定着破骨细胞的分化和活性。大量体外实验数据表明雌激素能增加 OPG 的表达，抑制RANKL的表达，同时抑制M-CSF的分泌，因此绝经后妇女体内雌激素减少可使破骨细胞分化和骨吸收增强导致骨量减少。
PTH对VEGF的作用血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)是作用于血管内皮细胞的糖蛋白，具有强烈的促内皮细胞增生作用。近年来研究发现VEGF可以促使骨髓基质干细胞向成骨细胞分化。在VEGF缺乏的小鼠体内，血管增生和软骨细胞增生受到抑制，椎骨形成被破坏；VEGF抑制剂可以阻止小鼠干骺端骨密度和松质骨骨量的增加，减少血管生成。体外实验显示，用适当浓度的PTH间断刺激成骨细胞系可使VEGF聚集增加30%[21]；Prisby等[23]发现，PTH可以舒张小鼠股骨的主要营养动脉，骨小梁数量的改变与血管舒张峰呈一定相关性。因此PTH通过刺激VEGF表达，促进成骨细胞系增生分化，增加成骨部位小血管形成，使骨形成增加。另外还有一些体外实验[24]证实PTH可以上调成骨细胞中VEGF mRNA的数量。
展望PTH/rhPTH是目前唯一通过促进骨形成，从而防治骨质疏松症的药物，疗效肯定，不良反应少，尤其对于绝经后妇女骨质疏松疗效良好，可明显增加骨量、降低骨折的发生率，但其作用机制还未完全明确，有很多问题尚未得到确切的答案，如为何PTH的用药方式能够影响骨代谢？PTH是通过什么机制来实现骨形成与骨吸收的双重调节？PTH调节骨形成和骨吸收的靶点有何不同？这些都有待进一步研究。
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| (收稿日期：2015-04-22) |