二磷酸盐药物治疗软骨损伤的相关研究进展

【关键词】 软骨

　　二膦酸盐(bisphostates，BPs)是近30年来发现的一种新药，始于对焦磷酸盐(phosphonophosphinate，PPi)的研究。BPs是PPi的稳定类似物，在体外剂量依赖性地抑制羟磷灰石结晶的生长，在体内抑制异位钙化。BPs能抑制各种药物引起的骨吸收，并在体内对钙代谢有显著的作用，先后用于异位骨化的治疗及骨吸收有关的疾病，如Paget病、恶性高血钙、骨髓瘤和骨转移疾病，最近又用于治疗骨质疏松。但是，BPs是否能预防骨关节炎(osteoarthritis，OA)骨结构的损伤和关节软骨的塌陷尚在研究之中。近年来有关BPs能够保护关节软骨效用有所报道。

　　1 动物实验

　　有报道称在OA发展过程中软骨下骨的重新塑造起着一定的作用。为了证明这个假设，Hayami等［1］切断雄性SD大鼠的右膝前交叉韧带，造成OA模型组，然后与假手术组一起，皮下注射一种有效的抑制剂—阿伦膦酸盐，每周每公斤0.03 μg或者0.24 μg，术后2周、10周检测软骨降解和骨赘形成方面的改变，通过组织形态学测定软骨下骨和骨赘的变化。通过转化生长因子免疫染色、基质金属蛋白酶9和基质金属蛋白酶13检测观察阿伦膦酸盐的局部作用，最后由组织学评价标准和胶原降解产物的标记物来决定。结果证明这两种剂量对蛋白软骨都有保护作用。因为阿伦膦酸盐的治疗可以减少局部具有活性TGFbeta的释放，还可能与抑制关节软骨中基质金属蛋白酶9和软骨下骨中基质金属蛋白酶13表达有关。Podworny等［2］学者为了测试BPs在兔炎性关节炎模型中是否具有保护关节软骨这一假设，通过在兔膝关节腔内注射角叉藻聚糖造成兔炎性关节炎模型，然后分为两组，在其中一组中皮下注射唑来膦酸盐(BPs的一种药)，4周后观察标本。通过定性的等级评分标准，使用光学显微镜来评价关节软骨降解程度和滑膜炎程度，从组织形态学上估计关节软骨、软骨下骨及松质骨。实验结果证明单纯关节腔内注射角叉藻聚糖一组的表现以炎性关节炎伴有软骨破坏为主，而注射唑来膦酸盐的另外一组表现出的则是部分地保护了关节软骨，减少其降解，并且软骨下骨的厚度和松质骨的体积也得到了保护。作者认为，保护关节软骨的效应可以归功于防止骨的再吸收，通过改善局部骨软骨的屏障作用及保持软骨下骨的完整性和松质骨的体积来实现。抑制骨的再吸收有可能对OA的治疗有一定的意义。Muehleman等［3］在软骨基质损害的兔模型中使用唑来膦酸盐以观察它对骨再建的抑制作用。他们把新西兰大白兔分为四组：a)正常组；b)单纯接受关节腔内注射木瓜凝乳蛋白酶组(软骨基质降解酶)；c)关节腔内接受注射木瓜凝乳蛋白酶及同时皮下注射唑来膦酸盐组；d)单纯皮下注射唑来膦酸盐组。通过大体观察、组织学观察、生物化学检测蛋白多糖含量来最终说明结果。每隔一定的时间段检测尿液中的生化标志物，其中胶原的水平可以反映软骨和骨的降解程度。c组与b组相比较关节软骨退化的严重程度大大降低，并且从组织学上也观测到胫骨表面关节软骨退化程度降低。此外，b组尿液中生化标志物显著地增高。作者认为在膝关节腔中注射木瓜凝乳蛋白酶之后，抑制骨再吸收的原因在于唑来膦酸盐的使用。而且，唑来膦酸盐并不增加软骨退变的水平并且似乎具有保护关节软骨的作用。Myers等［4］通过切断前交叉韧带造成犬OA模型，在皮下注射NE10035(BPs的一种药)之后来检测骨组织计量学和骨动力学，以确定这种疗法能否改变OA的病理变化。他们把10只狗全部切断前交叉韧带，其中5只皮下注射NE10035，每周5 d，连续12周，另外5只注射生理盐水。12周处死后，从组织学上评估关节软骨和滑膜浓度，并且测量关节软骨的水分含量和糖醛酸浓度。结果表明NE10035能够显著地减少软骨下骨形成和再吸收，在软骨下骨的转换方面有明显的意义，但是对OA关节软骨的病理变化和骨赘的形成没有治疗意义。

　　2 体外培养

　　BPs保护软骨蛋白的效应不仅仅局限于实验动物，在体外培养中还发现了BPs对软骨细胞的直接作用。Van Offel等［5］通过使用不同浓度的氯膦酸盐、氨羟二磷酸二钠、利塞膦酸盐及地塞米松在体外培养和孵化牛软骨细胞，结果证明在软骨细胞的成活和增殖方面只有高浓度(大于1×10－6mol/L)的氯膦酸盐、氨羟二磷酸二钠和利塞膦酸盐才能诱导其减退。由地塞米松(1×10－7mol/L)诱导的软骨细胞生长发育迟缓和凋亡可以通过添加氨羟二磷酸二钠(1×10－6mol/L)和利塞膦酸盐(1×10－8或1×10－6mol/L)来预防。由此可以看来BPs对体外软骨细胞培养来讲其治疗量是可靠的。此外，还证实了通过补充氨羟二磷酸二钠和利塞膦酸盐可以预防由于使用非甾体类激素引起的软骨细胞的发育迟缓与调亡。因此提示BPs具有直接保护软骨细胞的作用。Mansfield等［6］在细胞外应用放射性磷酸钠促使骨骺软骨细胞调亡的一项实验中发现，磷酸钠离子的堆积在某一特殊时期可以诱导成熟软骨细胞调亡和细胞外基质矿化。在后续研究中［7］，他们还研究了阿伦膦酸盐和磷酸三钠甲酸盐(PFA)一磷酸钠协同运输的竞争性抑制剂对软骨细胞凋亡的影响；ALN和PFA可以显著地减少软骨细胞内的无机磷酸盐的总体浓度，抑制无机磷酸盐诱导的细胞调亡。

　　3 临床观察

　　许多学者［8～12］认为，Ⅱ型胶原的降解是OA患者关节软骨破坏的主要原因之一。Garnero等［13］为了评价唑来膦酸盐短时效应，进行了一组双盲随机安慰剂控制研究实验，给26位活动期Paget病合并Ⅱ型胶原降解的患者应用了不同剂量的唑来膦酸盐。其中，使用一种新的免疫测定法—测量尿液中Ⅱ型胶原降解后尾肽(CTXⅡ)的含量来评价Ⅱ型胶原降解的情况。分别在注射唑来膦酸盐的5、10、30、60 d测量生物化学标记物，结果在基线附近Ⅱ型胶原没有显著增加。通过静脉注射唑来膦酸盐(200 mg或400 mg)尿液中的CTXⅡ可以短暂减少。最终研究表明，唑来膦酸盐不但可以减少骨的吸收而且可以直接降低Paget患者的Ⅱ型胶原的降解，证明BPs具有保护软骨细胞的作用。英国学者Spector等［14］为了确定利塞膦酸盐对OA患者的疗效和安全性，进行了为期1年的前瞻性、双盲、随机安慰剂对照研究，有轻度至中度OA症状的患者(40～80 岁)被随机分在研究组(口服利塞膦酸盐5 mg或15 mg)和安慰剂对照组中，关节腔间隙由X线片评价，疼痛、功能及稳定性由WOMAC(the western ontario and mcmaster universities osteoarthritis inder，WOMAC)骨关节炎指数评分评价。通过病人的整体评价和辅助行走器的使用情况判断，那些接受利塞膦酸盐为15 mg的患者，WOMAC指数明显改善，特别是生理功能，显著地改善了全身情况，并且能够减少辅助行走器的使用。利塞膦酸盐(15 mg)能够显著地减少软骨的降解和防止骨的再吸收，对这两种剂量患者都可以很好的耐受。最终结果证明，骨关节炎患者的关节结构和自身症状都有所改善，这些研究结果对将来OA的治疗是有积极作用的。

　　综上所述，在许多方面揭示了BPs对软骨有不同的效果，但两者之间明确的关系尚不能界定。不过，有理由相信随着对BPs研究的深入，在预防和治疗方面会给临床实践带来希望。

参考文献

［1］Hayami T，Pickarski H，Wesolowski GA，et al.The role of subchondral bone remodeling in osteoarthritis：reduction of cartilage degeneration and prevention of osteophyte formation by alendronate in the rat anterior cruciate ligament transection model［J］.Arthritis Rheum，2004，50(4)：11931206.

［2］Podworny NV，Kandel RA，Renlund RC，et al.Partial chondroprotective effect of zoledronate in a rabbit model of inflammatory arthritis［J］.J Rheumatol，1999，26(9)：19721982.

［3］Muehleman C，Green J，willlams JM，et al.The effect of bone remodeling inhibition by zoledronic acid in an animal model of cartilage matrix damage［J］.Osteoarthritis Cartilage，2002，10(3)：226233.

［4］Myers SL，Brandt KD，Burr DB，et al.Effects of a bisphosphonate on bone histomorphometry and dynamics in the canine cruciate deficiency model of osteoarthritis［J］.J Rheumatol，1999，26(12)：26452653.

［5］Van Offel JF，Schuerwegh AJ，Bridts CH，et al.Effect of bisphosphonates on viability，proliferation，and dexamethasoneinduced apoptosis of articular chondrocytes［J］.Ann Rheum Dis，2002，61(10)：925928.

［6］Mansfield K，Rajpurohit R，Shapiro JM.Extracellular phosphate ions cause apoptosis of terminally differentiated epiphyseal chondrocytes［J］.J Cell physiol，1999，179(3)：276286.

［7］Mansfield K，Teixeira CC，Adams CS，et al.Phosphate ions mediate chondrocyte apoptosis through a pasma membrane transporter mechanism［J］.Bone，2001，28(1)：18.

［8］Dodge GR，Poole AR.Immunohistochemical detection and immunochemical analysis of type Ⅱ collagen degradation in human normal，rheumatoid，and osteoarthritic articular cartilages and in explants of bovine articular cartilage cultared with interleukin［J］.J Clin lnvest，1989，83(2)：647661.

［9］Hollander AP，Heathfield TF，Webber C，et al.Increased damage to type Ⅱ collagen in osteoarthritic

articular cartilage detected by a new immunoassay［J］.J Clin Invest，1994，93(4)：17221732.

［10］Hollander AP，Pidoux Ⅰ，ReinerA，et al.Damage to type Ⅱ collagen in aging and osteoarthritis starts at the articular surface，originates around chondrocytes，and extends into the cartilage with progressive degeneration［J］.J Clin Invest，1995，96(6)：28592869.

［11］Billinghurst RC，Dahlberg L，Ionescu M，et al.Enhanced cleavage of type Ⅱ collagen by collagenases in osteoarthritic articular cartilage［H］.J Clin Invest，1997，99(7)：15341545.

［12］Stoop R，van der Kraan PM，Buma P.Denaturation of type Ⅱ collagen in articular cartilage in experimental murine arthritis.Evidence for collagen degradation in both reversible and irreversible cartilage damage［J］.J Pathol，1999，188(3)：329337.

［13］Garnero P，Christgau S，Delmas PD.The bisphosphonate zoledronate decreases type Ⅱ collagen breakdown in patients with Paget′s disease of bone［J］.Bone，2001，28(5)：461464.

［14］Spector TD，Conaghan PG，BucklandWright JC，et al.Effect of risedronate on joint structure and symptoms of knee osteoarthritis：results of the BRISK randomized，controlled trial［J］.Arthritis Res Ther，2005，7(3)：625633.