追问｜长征医院新方案：纳米技术或为骨质疏松提供精准靶向治疗

·“团队在动物研究上进行了新型生物材料的给药实验，发现安全和稳定性都很高。这种生物材料以及内部的核酸药物都能够在工业化量产，一旦效果可靠就可以进行下一步应用。”

纳米技术或为骨质疏松提供精准靶向。

近日，海军军医大学第二附属医院（上海长征医院）骨科脊柱畸形病区周许辉教授团队联合华东理工大学化工学院王俊有教授，提出了骨质疏松症精准靶疗新策略。相关论文《Rational polyelectrolyte nanoparticles endow preosteoclast-targeted siRNA transfection for anabolic therapy of osteoporosis》已于3月8日在《科学-进展》（Science Advances）发表。

该研究设计了一种新型纳米生物材料，通过靶向前破骨细胞，改善了患者骨量丢失问题，有望为临床上治疗骨质疏松提供新的方案。

在本研究中，研究人员设计了一种聚电解质微球，它具有交联型阳离子聚合物的核心，从而能够与带负电荷的siRNA直接结合。核心外层又覆盖着一层惰性的、生物相容的聚乙二醇链的中性外壳，这赋予了颗粒隐形特性，并提供了对RNA酶攻击的保护。中性外壳外则枝接了阿仑膦酸钠分子，从而具有骨靶向特性。最后，微球的二硫键交联能够在细胞外保持稳定，并在细胞内释放。

在实验效果方面，论文第一作者、上海长征医院脊柱畸形病区的张郑博士和孟怡辰博士向澎湃科技介绍，该研究通过一系列生物实验证明：该微球具有很高的转染效率，能够将siRNA运送到细胞内，并且抑制前破骨细胞的融合，增加人血小板衍生生长因子BB（PDGFBB）的含量，从而同时到达抑制骨吸收，促进骨形成和血管形成的作用。在小鼠上的实验也说明微球-siRNA复合体能够显著改善雌激素缺乏导致的骨量下降。

未来，在临床应用方面，“我们会首先改进材料性质，使材料能够具有更长的缓释时间；甚至能够进行口服，减少患者痛苦；其次，在大型动物（如实验用猴、猪和狗）上进行生物安全性和治疗效果的测试，为临床应用打下基础。”两位博士表示。

骨质疏松是因为缺钙吗？

研究人员表示，骨质疏松（Osteoporosis）是以骨密度下降和骨折风险提高为特征的全身性疾病。随着人口老龄化的不断发展，骨质疏松的发病率也不断上升。截至2018年底，中国50 岁以上人群骨质疏松比例达 19.2%，65岁以上人群骨质疏松比例达32%。据估算，中国骨质疏松人群约9000万，其中女性7000万。

不少人认为骨质疏松是缺钙引起的，张郑和孟怡辰表示，我们必须明确一个基本理念：人体骨骼一直处在动态平衡中；也就是说，在微观水平上，骨头一直处于吸收旧骨、形成新骨的过程中。这个过程能够保持我们骨结构适应环境，维持健康。

造成骨质疏松的基本原因就是——这种平衡被打破：要么是骨吸收增强了，要么是骨形成减弱了，或者二者兼有。引起这种不平衡的原因有很多，包括年龄增大、绝经、服用激素类的药物、营养不良等等。

两位博士表示：“虽然骨质疏松并不等于缺钙，但是缺钙确实是导致骨质疏松发生的原因之一。根据现有调查，中国人均钙摄入量普遍不足。注意膳食均衡，补充足够的维生素D和钙盐十分重要。”

在临床诊断方面，据张郑博士介绍，骨质疏松的临床诊断金标准是双能X线测骨密度，也就是医生常说的骨密度仪。这个仪器在对骨头进行检测后会自动给出2个数值，分别是T值和Z值。T值适用于绝经后妇女和50岁以上的男性；Z值适用于儿童、绝经前妇女和50岁以下男性。它们表示测定出的骨密度与正常人群的标准差值。如果骨密度T值小于-1大于-2.5表示骨量降低、骨流量流失，此类患者可能患有骨质疏松的风险。若骨密度T值小于-2.5,则诊断为骨质疏松症，需要配合医生积极进行治疗。

现在临床上还可以用肌骨超声、骨血清标志物（CTX-1和PINP等）进行骨质疏松的筛查，但最终确诊还是需要测量骨密度。

使用纳米材料改善骨质疏松

此次研究的核心思路在于抑制前破骨细胞的过度融合。这与上述骨质疏松的发病机制有关，骨重塑（Bone remodeling）过程的紊乱导致了骨质疏松。骨重塑的基本过程包括：破骨细胞的激活与骨吸收、骨微血管的长入、成骨细胞的募集和骨形成。其中前破骨细胞的作用非常特殊，它能够融合并形成成熟破骨细胞，进行骨吸收，而且又能够分泌血小板衍生生长因子BB（PDGFBB）诱导血管形成和骨形成。

在病理条件下（如绝经、衰老、激素类药物、肥胖和营养不良等），前破骨细胞的过度融合会导致破骨细胞数增加，骨吸收过程过度亢进。而前破骨细胞融合后自身数量减少，又造成PDGFBB分泌不足，血管形成和骨形成下降，这就使得旧骨吸收过多，而新骨形成不足，最终导致骨质疏松发病。所以，抑制前破骨细胞的过度融合是一种能够同时调节成骨、破骨和成血管过程的抗骨质疏松治疗思路。

树突状细胞特异性跨膜蛋白（DCSTAMP）是前破骨细胞融合的关键分子，并且它在成骨细胞系中几乎不表达，是一种特异性很强的分子靶标。但到现在为止，由于DCSTAMP蛋白结构不明，所以还没有特异性的小分子抑制剂出现，因此该研究设计了高效的小干扰RNA（siRNA），能够在转录水平抑制DCSTAMP的表达。

但是，裸露的siRNA分子无法进入细胞，并且在体内还会造成不必要的免疫反应，所以需要一种高效的运送载体。载体必须满足多种要求，包括对RNA的充分包裹和保护，RNA的长循环时间、靶向递送和受控释放。

因此，“本研究中，我们设计一种聚电解质微球，它具有交联型阳离子聚合物的核心，从而能够与带负电荷的siRNA直接结合。核心外层又覆盖着一层惰性的、生物相容的聚乙二醇链的中性外壳，这赋予了颗粒隐形特性，并提供了对RNA酶攻击的保护。中性外壳外则枝接了阿仑膦酸钠分子，从而具有骨靶向特性。最后，微球的二硫键交联能够在细胞外保持稳定，并在细胞内释放。”研究人员介绍道。

它从理论上克服了传统治疗药物可能导致的副作用。传统临床上最常用的抗骨质疏松药物是双膦酸盐类药物，规律使用能够增加骨密度。但是这种药物并非完美，主要有2个弊端。一个是双膦酸盐长期应用（2年以上）使非典型性骨折风险增加。“也就是说，骨密度虽然正常了，但是仍然有可能在无明显外伤或受轻微外伤情况下发生骨折。另一个弊端是双膦酸盐会导致下颌骨坏死这种罕见并发症。”孟怡辰也强调，这种并发症发生率极低，大约只有万分之一；但是一旦发生则会对病人生活造成极大影响。

这些副作用的发病机制仍然不清楚，但有许多学者认为：非典型性骨折主要是因为双膦酸盐长期抑制骨吸收功能，导致大量损伤的旧骨沉积，使得虽然骨密度没有下降，但是骨质量却下降了。而下颌骨坏死则是因为双膦酸盐不仅会抑制骨吸收，还会抑制血管形成。

“我们研究的新型生物材料，能够通过靶向前破骨细胞的方式，同时起到抑制骨吸收，并且增强骨形成和血管形成。从理论上解决了这些弊端，但是具体应用还需要进一步研究。”两位博士表示。

在适应证方面，该研究主要针对原发性骨质疏松。原发性骨质疏松是随着年龄增长必然发生的一种生理退行性病变，可分为绝经后骨质疏松症和老年性骨质疏松症。而继发性骨质疏松则是由于其他疾病或药物引起的骨质疏松症。二者的基本原理是相同的，都是骨吸收强于骨形成所导致。

据研究人员介绍，原发性骨质疏松是最主要的骨质疏松类型，“我们发现合成的新型生物材料能够同时促进成骨、抑制破骨，具有良好的抗骨量丢失的治疗效果。我们认为其对继发性骨质疏松应该也会有效，我们会在未来的研究中进行进一步证实。”

该治疗采取注射的给药方式，团队在动物研究上进行了新型生物材料的给药实验，发现安全和稳定性都很高。“这种生物材料以及内部的核酸药物都能够在工业化量产，一旦效果可靠就可以进行下一步应用。”