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编号:10255830
二膦酸盐的细胞作用机制
http://www.100md.com 2003年8月25日 《西北药学杂志》 2000年第4期
     作者:秦同文 王志敏 付焱 许贞久

    单位:秦同文 王志敏 付焱 许贞久(河北医科大学药学院 石家庄 050017)

    关键词:

    西北药学杂志000428 中图分类号:R962 文献标识码:A

    二膦酸盐(BPs)是焦磷酸盐(PPi)的稳定类似物,在体内抑制异位钙化;抑制各种药物引起的骨吸收,并对钙代谢有显著作用,可治疗与骨吸收增加有关的疾病:如Paget'疾病,恶性高血钙,骨髓瘤和骨质疏松等。目前上市药物有etidronate, pamidronate, alendronate, tiludronate和ibandronate。最初认为二膦酸盐的作用机制是它能结合到羟磷灰石结晶上,抑制其生长和溶解,但这种解释不足以说明其各种作用。二膦酸盐干扰破骨细胞机理还不清楚。可能是破骨细胞使二膦酸盐内移(internakize),通过特异的生化过程,干扰了破骨细胞的复原、分化、功能,并使之凋亡。
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    1 二膦酸盐对破骨细胞的作用

    体内含二膦酸盐浓度最高的细胞是破骨细胞,后者通过骨髓中造血的前细胞融合而形成高度特异的多核细胞。它们对钙亲和力大,迅速从体液清除并结合到暴露着骨矿物的地方,如吸附在破骨细胞的周围,然后从吸附在破骨细胞下面的酸性环境中的骨中释放〔1〕。Sato等测定了体内抑制骨吸收时,破骨细胞下面腔隙中二膦酸盐可高达1mol/L〔2〕

    二膦酸盐从骨表面释放后,很可能通过液相胞饮作用或钙络合的吞噬作用进入破骨细胞内部。体外已证明放射性标记的alendronate能进入细胞液泡内。二膦酸盐也存在其他亚细胞成分如细胞质、线粒体和细胞核中。几乎可以肯定,二膦酸盐的作用部位是在细胞。因为降钙素可使吸收了二膦酸盐后的破骨细胞免受其有害作用〔3〕。将etidronate注射到离体的破骨细胞中,可破坏骨吸收所需的细胞支架的排列。脂质体可以提高二膦酸盐在细胞内的释放进入吞噬细胞(如巨噬细胞和网柱菌属变形虫)。二膦酸盐一旦进入细胞内部,就可影响许多生化过程,使骨吸收能力丧失,甚至引起破骨细胞死亡。已证明二膦酸盐引起破骨细胞支架破坏,包括丧失骨表面极化和密封带形成所需要的活性环和丧失皱状边缘(靠近骨表面高度旋绕膜),通过这一区域分泌水解酶和质子〔4〕。clodronate, pamidronate和residronate可引起体内外破骨细胞凋亡,其特征为有明显的细胞和细胞核的形态学改变(包括细胞固缩和细胞核的破碎)〔5,6〕。以前,Schenk和Rowe等也观察到破骨细胞形态学的退化。在体外二膦酸盐引起其他类型的细胞(包括J744巨噬细胞和人骨髓细胞)凋亡。在体内,二膦酸盐引起J744巨噬细胞凋亡作用的结构-活性关系与抑制骨重吸收的结构-活性关系一致〔7,8〕,说明二膦酸盐以类似的分子机理引起巨噬细胞和破骨细胞的凋亡。
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    2 二膦酸盐的靶分子

    通过对含氮二膦酸盐侧链构效关系的研究,认为其抗吸收作用很可能是侧链与特殊的靶点结合,对其侧链或构型稍加改变,就会影响它的重吸收活性。二膦酸盐可能抑制细胞内酶,这种酶能与含磷酸盐或含焦磷酸盐的底物结合。已发现多种二膦酸盐在离体破骨细胞和颅盖细胞中抑制蛋白质的合成,抑制糖酵解和减少乳酸盐的产生。Schmidt等证明alendronate等可抑制某些蛋白酪氨酸磷酸酯酶(如PTPσ和PTPε),而不影响丝氨酸和苏氨酸磷酸酯酶〔9〕。tiludronate抑制蛋白磷酸酯酶活性而增加破骨细胞中蛋白磷酸化水平。二膦酸盐作用机理可能是通过对破骨细胞中骨吸收必需的底物中蛋白去磷酸化如C-Src抑制,抑制其骨吸收能力。质子泵ATP酶对活性破骨细胞重吸收腔的酸化也是至关重要的。有人证明tiludronate对由破骨细胞膜得到的泡内外质子泵活性具有很强的抑制作用;etidronate, pamidronate, clodronate通过间接作用抑制细胞的代谢,或防止ATP酶进入浆膜,抑制破骨细胞中空泡的酸化〔10〕
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    Rogers MJ建议按照二膦酸盐抑制破骨细胞机理分类:一类是与焦磷酸盐相似的clodronate和被网柱菌属变形虫(其生长受二膦酸盐抑制)〔11,12〕代谢成不水解含有β,γ亚甲基的ATP类似物;另一类是具有较大侧链的含氮二膦酸盐,如pamidronate, alendronate,它们不被代谢。第一类二膦酸盐很可能受第二类氨酰基-tRNA合成酶的催化,代替焦磷酸盐而被代谢,抑制了氨酰基-tRNA合成〔13〕。这些酶普遍存在,被归于dictyostelium代谢ATP类似物中。哺乳类动物细胞(鼠J744巨噬细胞和人的MG-63骨肉瘤细胞)也能代谢clodronate,从而证实了Felix等人的观察:clodronate被颅盖细胞内吸收后,可以进行修饰。Rogers MJ等在长期骨髓培养中,发现clodronate代谢物在细胞间蓄集,引起细胞死亡和破骨细胞数目的减少,很可能是由于细胞毒素代谢物在细胞内的蓄集而抑制了骨的重吸收〔14〕

    含氨基的二膦酸盐的作用机理可能与clodronate不同,不能抑制氨酰基-tRNA合成酶的活性〔15〕。Rogers证明含氨基的二膦酸盐通过抑制J744巨噬细胞中的角鲨烯合成酶和生物合成甲戊二羟酸途径中的其他酶影响破骨细胞。虽然合成胆固醇需要甲戊二羟酸途径几个中间体,但修饰转移后GPT-结合蛋白(如ras, rac, rho族蛋白)也需要。含氨基的二膦酸盐(如alendronate, ibandronate)能抑制部分J744巨噬细胞中这类蛋白的修饰,阻止它们的细胞膜结合,并影响其功能〔16〕。甲戊二羟酸合成途径中的其他抑制剂(如美伐他丁)在体外也引起巨噬细胞和破骨细胞的凋亡。二膦酸盐对破骨细胞有选择作用是由于对骨矿物具有高度的亲和作用。
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    3 二膦酸盐对其他细胞的作用

    3.1 前破骨细胞 二膦酸盐除作用于成熟破骨细胞外,可能通过对前破骨细胞的作用而抑制骨的吸收。Hughes等在体外长期培养人骨髓时发现,二膦酸盐剂量依赖性抑制破骨细胞样细胞形成,5个二膦酸盐的强度顺序与其在体内抑制骨吸收的强度是一致的。Boonekamp等用低浓度含氨基二膦酸盐(如pamidronate)在体外通过抑制前破骨细胞的变形、成熟或融合,抑制小鼠胎儿掌骨中的骨吸收〔17〕,表明较高浓度pamidronate以及强度较低的clodronate, etidronate通过影响成熟的破骨细胞而抑制吸收,推测二膦酸盐对前破骨细胞和成熟破骨细胞的影响,决定于二膦酸盐的类型和细胞周围的浓度。

    3.2 巨噬细胞 二膦酸盐似乎对巨噬细胞特别有害,这大概是由于它们具有高度液泡性质,能使大量的二膦酸盐进入。因此二膦酸盐能抑制其增殖、活力,而引起凋亡。这些细胞是刺激骨吸收的细胞因子的源泉。但是,含氨基二膦酸盐(如pamidronate, alendronate)也引起暂时急性期反应,这大概是由于释放致炎前细胞因子(如白细胞介素6)和肿瘤坏死因子α之故。在体外pamidronate通过LPs刺激巨噬细胞,提高了IL-6的产量〔18〕。对动物关节炎模型抗炎作用也说明用二膦酸盐能影响单核白血球-巨噬细胞系统,特别是clodronate脂质体胶囊对有吞噬细胞作用的巨噬细胞有毒性,而对其他细胞无毒性。
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    3.3 肿瘤细胞 在转移疾病动物模型中,二膦酸盐可减少骨转移的发展及肿瘤的负累。虽然还没有证据证明二膦酸盐直接影响肿瘤细胞,但已发现pamidronate, incardronate(YM175)在体外吸收破骨细胞周围100μm,使细胞周期停止,人骨髓细胞系凋亡。最近,Van der pluign等报道与骨矿物结合的二膦酸盐也能抑制乳腺癌细胞粘着和扩散到骨基质中去,可防止肿瘤细胞转移到骨组织上〔19〕

    参考文献

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    (收稿:2000-01-17), 百拇医药