骨源性硬化素（sclerostin）介导骨-脑串扰：骨质疏松症（OP）与阿尔茨海默病（AD）关联的生物标志物及治疗靶点新视角

《Current Osteoporosis Reports》：Osteoporosis and Alzheimer’s Disease: The Role of Sclerostin

　　

综述目的：目前对骨质疏松症（OP）与阿尔茨海默病（AD）之间关联的潜在原因知之甚少。本综述重点阐述硬化素（sclerostin）——一种主要由骨细胞产生的蛋白质——在新近发现的骨与脑串扰中的作用，并聚焦其对OP与AD关系的潜在贡献。近期研究进展：循环硬化素水平随衰老而升高，并与老年人脑内淀粉样蛋白-β（Aβ）负荷呈正相关。研究表明，升高的硬化素可穿过血脑屏障（BBB），促进Aβ肽沉积，并通过抑制Wnt/β-catenin信号通路损害突触可塑性；而抑制硬化素可恢复神经元可塑性并减轻AD病理。总结：硬化素是骨-脑相互作用通路中有前景的靶点。其作为可测量的循环生物标志物和可修饰组分的双重作用，为早期风险评估和治疗重定位提供了新机会。未来纵向和干预性研究对于确认硬化素与AD风险之间的关联，并阐明靶向硬化素能否延迟疾病发生或改变其轨迹至关重要。

引言：骨质疏松症（OP）与阿尔茨海默病（AD）是两种最常见的年龄相关疾病，均造成显著医疗负担并严重降低老年人生活质量。AD是最常见的痴呆原因，以进行性新皮质退变导致严重认知和功能衰退为特征；OP则以骨密度（BMD）降低和骨微结构受损为特征，导致骨骼脆性增加和骨折风险升高。越来越多证据提示两者存在复杂且可能双向的关联，而非仅由 coincidence 或衰老解释；其重叠可能由低体力活动、维生素D缺乏和肌少症等共同危险因素驱动，并共同处于慢性炎症、氧化应激、血管功能障碍及Wnt/β-catenin信号受损的病理环境。近期纵向研究提示OP个体晚年认知下降和痴呆风险增加，尤其在女性中，提示可能存在共享病理生理机制。除传统结构作用外，骨已被视为动态内分泌器官，可分泌多种信号分子并影响中枢神经系统功能。骨钙素（OCN）和脂质运载蛋白2（LCN2）等骨源性因子在体内研究中显示可影响脑发育、年龄相关认知下降和食欲调节，支持“骨-脑轴”概念。硬化素主要由骨细胞分泌，是Wnt/β-catenin信号通路的强效抑制剂和骨形成中枢调节因子；新证据提示其可能是连接OP与AD的机制纽带。本综述综合骨-脑轴在OP与AD关联中的证据，重点讨论硬化素作为骨-脑串扰介质的作用，并探讨其作为痴呆风险生物标志物及骨骼与认知健康交界处治疗靶点的潜力。

骨作为影响脑功能的信号枢纽：骨传统上被视为运动支持和矿物质储存的被动结构框架，现已被认识为具有系统性影响（包括对脑的影响）的动态内分泌器官。成骨细胞和骨细胞分泌多种信号分子，以激素方式调节葡萄糖代谢、食欲和神经元活动等生理过程，促成骨-脑轴概念。OCN又称骨γ-羧基谷氨酸蛋白（BGP），最初被鉴定为成骨细胞产生的维生素K依赖性非胶原蛋白，并整合入矿化骨基质；其后研究发现OCN可进入循环，循环中未羧化OCN被认为是其激素活性形式。体内研究显示循环未羧化OCN可穿过血脑屏障（BBB）并结合海马受体GPR158，调节焦虑和认知，并与年龄相关认知下降相关；近期研究还显示OCN可通过减少Aβ积累和增强神经胶质糖酵解改善APP/PS1转基因AD小鼠认知缺陷。LCN2最初作为与人中性粒细胞颗粒相关的25-kDa蛋白被鉴定，称为中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白（NGAL），后被发现由成骨细胞高表达和分泌，并被认定为骨源性内分泌因子。骨源性LCN2可穿过BBB并作用于下丘脑黑皮质素4受体（MC4R）调节摄食行为；动物研究提示LCN2还可影响海马信号和Aβ动态，可能参与早期AD样病理。虽然动物研究一致显示骨源性OCN和LCN2调节脑功能，但人类研究证据仍有限且不一致。OCN研究结果受测量方法和受试者特征影响；LCN2荟萃分析显示不同生物体液结果存在差异，但AD相关脑区LCN2表达增加，提示其参与疾病病理生理。新证据进一步提示硬化素可能提供衰老相关骨丢失与认知损害之间的关键机制联系，并得到骨结构和代谢恶化与认知下降平行的流行病学观察支持。

骨质疏松症与阿尔茨海默病关联的观察性研究启示：越来越多研究一致提示OP与AD之间存在显著且双向的关联。流行病学研究报道AD个体BMD较低且OP患病率较高；而BMD降低或骨折史者认知下降和痴呆（包括AD）风险增加。一项纳入157,988名参与者的队列研究报告，与年龄和性别匹配对照相比，OP个体AD患病率高出1.49倍，提示OP可能增加40岁以上成人AD易感性。另一项936人、随访5年的前瞻性队列显示，BMD最低四分位者转为AD的风险较BMD较高者增加两倍。值得注意的是，这种关联不仅见于双能X线吸收法（DXA）测量的BMD，也见于定量超声（QUS）评估的跟骨BMD。Rotterdam研究评估3,651名70岁及以上无痴呆个体BMD并平均随访11年，随访期间688名参与者（19%）发生痴呆；最低BMD四分位者痴呆发生率显著高于最高四分位者，即使调整年龄、性别和痴呆家族史后，最低BMD者发生痴呆的可能性仍高42%。加拿大骨质疏松多中心研究随访2,300余名65岁及以上老年人长达16年，发现认知下降与女性加速骨丢失显著相关，且独立于衰老和其他混杂因素；约13%参与者在5年内出现有临床意义的认知下降，并与随后十年骨折风险增加相关，提供认知恶化与骨骼脆性相互关联的纵向证据，尤其在女性中。遗传学研究提供补充见解：近期孟德尔随机化（MR）分析使用全基因组关联研究（GWAS）数据集检验OP与AD双向关系，多项敏感性分析后未发现任一方向存在显著因果效应。这与队列研究结果的差异可能反映观察性设计局限，包括残余混杂和OP定义异质性；MR证据支持OP与AD可能共享重叠生物学通路，而非一种疾病直接引起另一种疾病。值得注意的是，低BMD与痴呆风险关联强度随随访时间延长而减弱，提示低BMD可能是痴呆前驱特征而非原发原因，可能反映脑内毒性蛋白积累相关的早期系统性变化。骨丢失与认知下降之间持续且未解释的关联提示存在连接骨骼脆性与神经退行性变的潜在生物学机制。

硬化素：骨-脑串扰中的新兴关键因子：硬化素主要由成熟骨细胞产生，是Wnt/β-catenin信号通路的强效抑制剂。该通路改变不仅与骨形成受损和骨丢失有关，也与AD神经病理相关；近期对人文骨和脑转录组的网络分析鉴定Wnt信号为OP与AD共享的最富集分子通路之一。鉴于硬化素在调节Wnt信号中的核心作用，其成为参与骨骼脆性和认知功能障碍的候选因子。硬化素由SOST基因编码，主要通过拮抗经典Wnt/β-catenin信号通路影响骨形成，该通路对成骨细胞增殖、分化和功能至关重要。机制上，硬化素结合Wnt共受体低密度脂蛋白受体相关蛋白5和6（LRP5/6），阻止Wnt配体与Wnt-Frizzled-LRP复合物结合并启动下游信号；该阻断干扰通常使β-catenin从胞质破坏复合物释放的磷酸化级联，促进β-catenin降解并降低T细胞因子/淋巴增强因子（TCF/LEF）介导的成骨靶基因转录，从而抑制骨形成、相对增强骨吸收，防止过度骨积累并维持骨骼稳态。骨中硬化素产生受遗传、表观遗传、激素和机械因素共同调控：SOST位点遗传多态性可影响循环硬化素水平，其启动子CpG岛DNA甲基化调节转录活性；甲状旁腺激素（PTH）强效抑制硬化素表达，而绝经后OP中的雌激素缺乏与硬化素水平升高相关；负重运动等机械负荷下调硬化素，反映其在骨细胞感知应变并调整骨重塑的机械转导中的作用。重要的是，循环硬化素水平随衰老升高，这种年龄相关升高不仅与骨形成减少有关，也可能参与年龄相关认知下降等骨外过程。

硬化素与脑Aβ沉积：人类研究证据：脑内Aβ肽异常积累是AD的标志性病理特征，可在症状出现前数年发生。为探究硬化素与AD的潜在联系，研究团队既往研究100名认知未受损老年人，使用正电子发射断层扫描（PET）评估脑Aβ负荷。结果发现，脑Aβ负荷异常升高者血浆硬化素水平显著高于Aβ沉积正常者；Spearman相关分析显示血浆硬化素浓度与脑Aβ负荷正相关，提示较高系统性硬化素可能是AD相关病理的早期生物标志物或危险因素。更近期研究将发现扩展至脑脊液（CSF）：AD患者CSF硬化素水平升高，并与已确立的AD生物标志物（包括Aβ₄₂、总tau和磷酸化tau）及痴呆严重度相关；此外，较高CSF硬化素水平与AD连续谱中较差的全局和领域特异性认知表现相关，尤其在轻度认知障碍个体中关联更明显。结合血浆和PET发现，这些人证据汇聚显示硬化素水平改变与AD相关病理和认知损害相关，其生物学合理性得到Wnt/β-catenin信号在中枢神经系统中既定作用的支持。

硬化素与AD发病机制：分子机制：经典Wnt/β-catenin信号对神经元分化、突触可塑性和记忆形成至关重要，其破坏与神经退行性变相关。AD动物模型研究一致显示Wnt通路受损；尤其AD动物模型脑内可检测到Dickkopf-1（Dkk1）等Wnt抑制剂水平升高，驱动突触退变并损害长时程增强（LTP）；相反，Wnt-3a和Wnt-7a等Wnt配体激活可增强突触形成、树突棘生长和海马神经发生，这些是学习和记忆的基础过程。分子水平上，AD发病中可见β-catenin减少和糖原合成酶激酶-3β（GSK-3β）活性增加，机制上将Wnt破坏与tau过磷酸化和Aβ诱导毒性联系起来。补充性体内研究提供硬化素调节认知的机制见解：Shi等显示老年小鼠骨细胞来源硬化素可穿过BBB，骨特异性过表达硬化素抑制脑内Wnt/β-catenin信号，导致雌雄老年小鼠突触可塑性和记忆受损；机制上，硬化素通过上调β-catenin依赖的β-分泌酶1（BACE1）表达并降低β-catenin水平促进Aβ产生。与这些发现一致，Shi等报告AD患者中高血清硬化素者较低血清硬化素者认知损害更严重。因此，来自临床队列、动物模型和机制研究的证据将硬化素定位为AD发病的新贡献者，并突出其作为骨与脑健康交叉处治疗靶点的潜力。

骨-脑串扰：硬化素如何跨越BBB？BBB是血液与脑实质之间的选择性半透膜，通过调节分子、离子和细胞通过，保护神经组织免受有害物质影响并维持中枢稳态。尽管人类队列和动物实验证据将外周硬化素水平与脑病理和认知下降联系起来，骨源性硬化素进入脑的机制仍未解决。Shi等近期证明循环硬化素可在衰老生理条件下穿过完整BBB并进入脑实质，但具体转运途径尚未明确。从生化角度看，硬化素性质不利于被动扩散跨越BBB。根据ProtParam计算分析，硬化素是一种22.5 kDa分泌糖蛋白，理论等电点（pI）为9.43；在生理pH（约7.4）下带净正电荷，这一特征可能影响其与细胞表面受体相互作用及潜在跨BBB passage。相比之下，可自由扩散跨BBB的分子通常较小（<450 Da）、亲脂，且常为中性或仅弱带电。因此，若骨源性硬化素确实到达脑实质，可能途径包括受体介导转胞吞、吸附介导转胞吞、经细胞外囊泡（如外泌体）运载，或在衰老或病理条件下BBB受损时通过。机制考虑支持受体介导途径的可能性：硬化素结合Wnt共受体LRP5/6，而LRP5/6不仅表达于骨细胞，也表达于脑内皮细胞和神经血管单元其他组分；内皮Wnt/LRP5/6信号对BBB发育、完整性和功能至关重要。这种共享受体系统提示硬化素可能与脑内皮LRP受体相互作用，或促进其转胞吞，或间接调节BBB特性；然而，尚无研究明确证明硬化素跨BBB的受体介导转运。总之，虽然外周硬化素与衰老、认知下降和AD相关病理相关，且大量证据支持Wnt信号通路在中枢存在时对硬化素敏感，但骨源性硬化素在基础条件下自由穿越完整BBB的假说仍需在人类中 definitive 证明。解决该问题需整合人CSF/血浆生物标志物研究、体内示踪剂生物分布、体外BBB转运实验以及衰老和疾病中BBB通透性评估；此类多模式证据对于阐明硬化素是经直接入脑作为骨-脑信号因子，还是通过系统性或血管内皮机制发挥作用至关重要。

硬化素在AD诊断与治疗中的前瞻作用：队列和动物研究证据提示硬化素参与AD相关病理，但直接将硬化素与认知功能和 incident AD 联系起来的大规模人类数据仍有限，因此稳健的纵向研究对确认循环硬化素与AD风险的关联至关重要。在此基础上，硬化素为推进AD诊断和治疗提供两条互补途径。硬化素作为生物标志物：循环硬化素有望作为血液生物标志物用于早期风险分层。识别可可靠预测认知下降或AD进展的生物标志物仍是关键未满足需求。研究团队队列研究显示，将硬化素加入其他已确立血浆生物标志物 panel（包括Aβ₄₀、Aβ₄₂、神经丝轻链（NFL）、胶质纤维酸性蛋白（GFAP）、总tau（t-tau）、磷酸化tau（p-tau₁₈₁和p-tau₂₃₁），尤其是Aβ₄₂/Aβ₄₀比值）可提高区分以异常脑Aβ沉积定义的前AD（pre-AD）风险老年人的准确性。作为连接骨与脑代谢的稳定且生物学相关介质，硬化素可能有助于更早识别高危个体并指导预防策略或临床试验的患者选择。硬化素作为治疗靶点：靶向硬化素是减缓AD进展的有前景策略。已知SOST基因功能缺失突变导致罕见高骨量疾病，如硬化性骨综合征和van Buchem病，这一生物学基础支持短暂阻断硬化素的治疗策略。Romosozumab是一种抗硬化素单克隆抗体，已获美国食品药品监督管理局（FDA）批准用于治疗绝经后OP，通过增加骨形成、减少骨吸收并显著降低骨折风险发挥作用。临床前研究显示，抑制硬化素可恢复Wnt/β-catenin信号、保护突触完整性并减轻AD模型中的淀粉样变过程；因此，romosozumab可能具有骨再生和神经保护的双重潜力，尤其通过抑制硬化素活性增强突触可塑性和小胶质细胞功能。除AD特异性模型外，药物流行病学证据提示抑制硬化素具有更广泛神经保护作用：一项全国队列中，与PTH受体激动剂相比，romosozumab使用与帕金森病（PD）风险显著降低相关，尤其在女性和75岁及以上个体中。鉴于认知功能障碍是PD晚期特征，这些发现提示通过抑制硬化素激活Wnt/β-catenin可能更广泛地延迟神经退行性变。逻辑上的下一步是研究接受romosozumab的OP患者与匹配未治疗人群相比AD或痴呆发生率是否改变，这可为其作为预防性治疗的可行性提供关键见解。尽管有前景，靶向硬化素的治疗开发仍面临若干挑战：第一，全身激活Wnt/β-catenin信号带来异常骨过度生长和潜在肿瘤发生风险，强调剂量优化和治疗持续时间的重要性；第二，鉴于硬化素跨BBB转运的不确定性，外周给予抗硬化素治疗能否充分调节中枢Wnt活性仍不清楚；第三，患者异质性（如APOE ε4基因型、性别或基线骨健康差异）可能影响疗效，需要精准医学方法。通过严格临床前测试和精心设计的早期试验解决这些挑战，对于将靶向硬化素的干预转化为临床实践至关重要。展望未来，推进对硬化素在AD中作用的理解需要整合人群队列、生物标志物检测和治疗探索的研究议程；未来工作应优先关注高危群体（如老年人、APOE ε4携带者或轻度认知障碍个体）的纵向研究、硬化素中枢与外周作用的机制探索，以及抗硬化素治疗痴呆的早期临床试验。

结论：硬化素正成为骨骼健康与神经退行性变之间的关键链接，为骨源性信号如何影响AD及相关痴呆提供新见解。实验模型强烈提示硬化素参与Wnt/β-catenin信号调节、淀粉样变过程和突触可塑性，而人类研究才刚刚开始阐明其与认知下降和AD的关联。作为可测量的循环因子和已批准OP药物的治疗靶点，硬化素既是有前景的认知衰老生物标志物，也是痴呆中可修饰的通路。建立这一联系不仅可将OP治疗重新定位到AD研究领域，也将为理解骨骼信号如何塑造脑衰老和神经退行性变开辟新前沿。