综述：骨重塑和矿化生化评估的新方面

《Frontiers in Endocrinology》：Novel aspects of biochemical assessment of bone remodeling and mineralization

骨重塑依赖破骨细胞、成骨细胞和骨细胞的动态调控，传统骨周转标志物（BTM）存在特异性低、重现性差且无法反映骨细胞功能的问题。新型BTM包括蛋白质（sclerostin、DKK-1、RANKL/OPG、periostin）、脂质（sphingosine-1-phosphate）和miRNA，可更精准评估骨细胞间信号调控及骨代谢活动。激素如PTH、维生素D和FGF23通过复杂机制协同调节骨矿化和重塑，其中sclerostin抗体已获临床应用。组学技术（代谢组学、蛋白质组学）为发现新型生物标志物提供工具，但需解决标准化和临床转化问题。摘要结束。

　　骨代谢是一个动态且复杂的过程，对维持骨骼完整性至关重要。这一过程主要由成骨细胞、破骨细胞和骨细胞网络中的调控因子共同协调完成。传统骨转换标志物（Bone Turnover Markers, BTM）已被广泛用于评估骨骼代谢活性，但它们在临床应用中存在局限性，如特异性不足、重复性差以及无法反映成骨细胞的功能。因此，近年来研究者们开始探索新型的骨转换标志物，包括蛋白质、脂质和微小RNA（miRNA）等，这些新型标志物能够更准确地反映骨细胞之间的相互作用以及骨骼微环境中的分子信号传递，为骨代谢的评估提供了更丰富的视角。

### 传统骨转换标志物的局限性

传统BTM主要基于骨代谢过程中产生的蛋白质片段，例如胶原蛋白I的C端肽（CTX-I）和N端肽（NTX-I），以及骨特异性碱性磷酸酶（BALP）和骨钙素（OC）等。这些标志物能够提供骨骼代谢活动的间接信息，但其临床应用仍受到多种因素的限制。首先，这些标志物的骨特异性较低，因为胶原蛋白I不仅存在于骨骼中，还广泛分布于皮肤、肌腱和血管等组织中，导致在某些疾病状态下（如系统性硬化症、心力衰竭等）出现假阳性或假阴性结果。其次，个体间的检测结果存在显著差异，这可能与年龄、性别、月经周期、药物使用、吸烟等可变因素有关，进一步影响其在临床中的可靠性。此外，肾功能不全也会干扰这些标志物的检测，因为部分BTM（如CTX-I、NTX-I和OC）通过肾脏清除，因此在肾功能受损的患者中，这些标志物可能无法准确反映真实的骨代谢状态。

尽管传统BTM在一定程度上有助于诊断和监测骨疾病，但它们的临床价值仍然有限。例如，多项研究发现骨吸收标志物与骨密度（BMD）呈负相关，而骨形成标志物则与骨折风险呈正相关。然而，也有研究指出这些标志物与骨折风险之间的关系并不一致。例如，Crandall等的研究并未证实CTX和PINP能够有效预测髋部骨折的发生率。此外，这些标志物目前并未被纳入骨折风险评估工具（FRAX）中，也未被常规用于骨质疏松症的诊断。尽管如此，它们在某些特定情况下的应用仍然具有重要意义，例如用于评估抗骨吸收治疗的疗效或监测患者对治疗的依从性。

### 新型骨转换标志物的探索与应用

随着对骨代谢分子机制的深入研究，新型的骨转换标志物不断被发现，这些标志物不仅具有更高的特异性，还能够更全面地反映骨细胞的活动。其中，蛋白类标志物包括骨硬化素（Sclerostin）、Dickkopf-1（DKK-1）、RANKL/OPG系统以及骨桥蛋白（Periostin）等；脂质类标志物如鞘氨醇-1-磷酸（S1P）；而miRNA则作为调控基因表达的重要分子，也逐渐成为研究热点。

#### 骨硬化素（Sclerostin）

骨硬化素是由成熟的成骨细胞分泌的一种蛋白质，它是Wnt/β-连环蛋白信号通路的重要抑制因子。该信号通路的激活可以促进骨形成，而骨硬化素则通过抑制这一通路来减少成骨细胞的活性。此外，骨硬化素还能通过上调成骨细胞表面的RANKL表达，间接促进破骨细胞的形成和活动，从而增加骨吸收。基于这一机制，抗骨硬化素抗体（如Romosozumab）已被批准用于治疗高骨折风险的绝经后女性骨质疏松症。然而，尽管骨硬化素的检测在临床中具有潜在价值，但目前尚无法明确其是否能准确预测Romosozumab的治疗效果。

#### Dickkopf-1（DKK-1）

DKK-1是一种与骨硬化素功能相似的蛋白，它通过与LRP5/6共受体结合，抑制Wnt信号通路，从而减少骨形成。研究发现，DKK-1水平的升高可能与骨吸收增加有关，因此在某些骨代谢紊乱中（如骨质疏松症、骨硬化症）具有重要意义。尽管DKK-1的检测方法已经相对成熟，但其在临床中的应用仍需进一步验证，特别是在骨折风险评估和治疗反应监测方面。

#### RANKL和OPG

RANKL和OPG是调控破骨细胞生成和存活的重要因子，它们通过RANK/RANKL/OPG信号通路相互作用，影响骨代谢的平衡。RANKL能够促进破骨细胞的分化和功能，而OPG则作为RANKL的假受体，抑制其作用。因此，RANKL/OPG比值常被用于评估骨吸收与骨形成之间的动态平衡。然而，这一比值在不同研究中的意义尚不明确，部分研究认为其反映骨代谢趋势，而另一些则发现其与骨密度之间的关联较弱。此外，RANKL的检测还受到其在血浆中存在膜结合形式和可溶性形式的影响，使得其在临床中的解读变得更加复杂。

#### Periostin

Periostin是一种参与骨形成和修复的蛋白质，它能够通过激活Wnt/β-连环蛋白、NF-κB/STAT3、PI3K/Akt和粘附连接等信号通路，促进成骨细胞的迁移、附着和增殖。研究还发现，Periostin在骨吸收过程中可能具有抑制作用，因为它能够下调骨硬化素的表达。此外，Periostin在多种炎症性疾病和肿瘤中也表现出异常表达，这提示其可能在这些疾病的诊断和治疗中具有潜在价值。尽管Periostin的检测方法已经相对成熟，但其在临床中的应用仍需进一步验证。

#### 鞘氨醇-1-磷酸（S1P）

S1P是一种重要的脂质信号分子，它通过与不同的G蛋白偶联受体（如S1PR1、S1PR2、S1PR3等）相互作用，调节多种细胞活动，包括成骨细胞和破骨细胞的迁移、增殖和分化。研究发现，S1P在骨吸收过程中可能具有促进作用，而在骨形成过程中则表现出抑制效果。此外，S1P还可能通过促进血管生成，影响肿瘤的转移和进展。因此，S1P在骨代谢和相关疾病中的作用逐渐受到关注。尽管其检测方法（如液相色谱-串联质谱法）已经较为成熟，但其在临床中的应用仍需更多研究支持。

#### 微小RNA（miRNA）

miRNA是一类小分子非编码RNA，它们能够通过调控基因表达，在骨代谢中发挥重要作用。近年来，研究发现某些miRNA（如miR-21、miR-29b、miR-144-5p等）能够影响成骨细胞和破骨细胞的活性，因此被广泛研究作为骨质疏松症的潜在诊断标志物。例如，Shuai等的研究发现，某些miRNA在骨质疏松症患者中表现出显著差异，能够更准确地区分健康个体和骨质疏松患者。此外，miRNA在多种骨相关疾病（如骨硬化症、类风湿性关节炎、多发性骨髓瘤等）中也具有潜在的诊断和治疗价值。然而，miRNA的检测仍面临标准化和临床应用方面的挑战，例如其在血浆和尿液中的稳定性以及检测方法的差异。

### 骨矿化的新内分泌调控机制

除了骨转换标志物，骨骼矿化过程也受到多种激素的调控，其中最重要的包括甲状旁腺激素（PTH）、维生素D（vitD）和成纤维细胞生长因子23（FGF23）。这些激素不仅维持全身钙磷平衡，还通过直接作用于骨细胞，调节骨吸收和骨形成。

#### 甲状旁腺激素（PTH）

PTH是一种由甲状旁腺分泌的多肽激素，其作用机制复杂。当血钙水平降低时，PTH的分泌会增加，进而通过与骨细胞上的受体结合，促进钙的释放和吸收。然而，长期持续的PTH升高会导致骨吸收增加，而间歇性给予PTH则能够促进骨形成。这种双重作用使得PTH在骨代谢中具有重要的调节功能。此外，研究发现，PTH能够通过抑制骨硬化素的表达，增强Wnt信号通路，从而促进成骨细胞的活性。然而，PTH的检测仍面临一些挑战，例如其在血浆中存在多种片段，其中C端片段（cPTH）可能具有不同的生物学活性，而目前的检测方法主要针对完整的PTH（intact PTH）或C端片段，但尚未完全解决这些片段之间的区分问题。

#### 维生素D

维生素D是维持骨骼矿化的重要激素，它通过促进肠道对钙和磷的吸收，以及抑制甲状旁腺激素的分泌，来调节全身钙磷平衡。此外，维生素D还能够通过其受体（VDR）直接作用于成骨细胞，促进其分化和矿化。然而，维生素D的检测仍存在一定的局限性。例如，25-羟基维生素D（25-(OH)D）是目前最常用的检测指标，但其浓度可能受到结合蛋白（VDBP）的影响，导致实际生物活性与检测结果不一致。此外，研究发现，24,25-二羟基维生素D3（24,25-(OH)2D3）可能在维生素D代谢中具有重要作用，它不仅与维生素D的代谢相关，还可能在骨骼形成过程中发挥调节作用。因此，维生素D代谢物比值（VMR）被提出作为更可靠的检测指标，能够更准确地反映维生素D的状态。

#### 成纤维细胞生长因子23（FGF23）

FGF23是一种由成骨细胞和成骨细胞分泌的蛋白质，它在调节磷代谢和钙磷平衡中起着关键作用。FGF23通过抑制肾小管对磷的重吸收，减少1,25-羟基维生素D3（1,25-(OH)2D3）的合成，从而降低血磷水平。此外，FGF23还能通过抑制甲状旁腺激素的分泌，间接影响骨代谢。在慢性肾病（CKD）患者中，FGF23的水平通常升高，这可能与骨骼矿化障碍和骨折风险增加有关。然而，FGF23在骨质疏松症中的作用仍存在争议，部分研究发现其与骨密度呈负相关，而另一些则未发现显著关联。因此，FGF23的检测在临床中的应用仍需进一步研究。

### 生物化学骨状态指标的新命名

为了统一骨代谢相关的生物化学指标，国际骨质疏松基金会（IOF）和国际临床化学与检验医学联合会（IFCC）联合发布了新的命名建议，将所有反映骨骼代谢状态的指标统称为“骨状态指标”（Bone Status Indices, BSI）。这一分类包括了传统的骨转换标志物，如胶原蛋白I的代谢产物（如PINP、CTX-I），也涵盖了骨细胞酶（如BALP、TRACP5b和CTSK），以及内分泌和旁分泌调控因子（如PTH、vitD代谢物、FGF23、骨钙素、Wnt/β-连环蛋白抑制因子、肿瘤坏死因子超家族成员和影响细胞迁移的因子）。这一新的命名体系有助于提高骨代谢研究的标准化，促进不同研究之间的比较和交流。

### “组学”技术在骨代谢评估中的应用

近年来，“组学”技术（如代谢组学、蛋白质组学、基因组学等）在骨代谢评估中得到了广泛应用。这些技术能够提供更全面的骨代谢信息，揭示传统标志物无法捕捉的分子机制。例如，代谢组学研究发现，骨形成标志物P1NP与多种代谢通路（如氨基酸代谢、维生素C代谢、B族维生素代谢、三羧酸循环和丙酮酸代谢）相关，而骨吸收标志物CTX则与脂肪酸和脂质代谢密切相关。这些发现不仅有助于理解骨代谢的复杂性，还可能为个性化治疗提供新的依据。

然而，“组学”技术在临床中的应用仍面临诸多挑战。首先，由于个体间的生物变异较大，这些技术的检测结果可能不够稳定，影响其在临床中的可靠性。其次，不同平台的检测覆盖范围和灵敏度存在差异，导致数据的可比性降低。此外，生成的数据量庞大，需要复杂的分析方法和标准化的数据处理流程。因此，尽管“组学”技术在骨代谢研究中具有巨大潜力，但其临床转化仍需进一步优化和验证。

### 结论

骨代谢是一个复杂的动态过程，涉及多种细胞和分子的相互作用。传统BTM虽然在某些情况下具有应用价值，但其特异性较低，无法全面反映骨细胞的功能。新型的骨转换标志物（如Sclerostin、DKK-1、RANKL/OPG、Periostin、S1P和miRNA）为这一领域提供了更深入的见解，有助于理解骨代谢的分子机制，并可能成为未来的治疗靶点。同时，PTH、vitD和FGF23等内分泌因子在维持骨骼矿化和骨转换平衡中发挥重要作用，其检测和应用也逐渐受到重视。此外，随着“组学”技术的发展，骨代谢的评估正在向更全面、更动态的方向发展。然而，这些新型标志物和方法在临床中的应用仍需进一步研究，以明确其在特定疾病中的诊断和治疗价值。未来，随着技术的不断进步和标准化的推进，这些新型标志物有望在骨代谢的评估和管理中发挥更大的作用。