多发性骨髓瘤骨病发生机制的研究进展.pdf

422Journal of Minimally Invasive Medicine,Aug.2023,Vol.18,No.4多发性骨髓瘤骨病发生机制的研究进展一黄春妮1劳显钧1黄健李忠清?2李若林3*（1广西高校临床检验诊断学重点实验室、广西医科大学第一附属医院检验科，广西南宁市530 0 2 1;2 广西医科大学第一附属医院血液内科，广西南宁市厅530 0 2 1;3广西医科大学第一附属医院临床医学实验中心，广西南宁市530 0 2 1)李若林,主任技师，临床检验诊断学博士，硕士研究生导师。长期从事科研实验室建设与管理工作，擅长科研实验室建设、运行、培训与管理，特别在科技创新平台的申报与评估、人类遗传资源管理、实验室管理制度制订、实验室管理体制优化、实验室安全检查与培训等方面具有丰富的经验。在医院和科室领导的率领下，参与人类遗传资源行政许可保藏审批、自治区重点实验室、国家及广西临床医学研究中心等重要平台的申报和管理工作；制订了临床生物样本库规范化、标准化管理流程，完善设备管理、储存管理、质量控制管理、信息和数据管理，组织中报并获批国家人类遗传资源行政许可保藏审批。在科研方面,主攻肿瘤免疫机制研究、多发性骨髓瘤生物标志物的研究。研究团队利用生物信息学技术,挖掘出GDF15、A T I C、BNI P3L等多个与多发性骨髓瘤相关的生物标志物,从基因、蛋白、细胞等不同层面分析其表达水平、诊断效能和作用机制，并验证它们作为多发性骨髓瘤诊断生物标志物的潜在价值，为多发性骨髓瘤探索新的治疗靶点提供有价值的信息。作为项目负责人主持省级/厅级课题7 项，作为主要参与人获得广西医药卫生适宜技术推广奖一等奖2 项，以第一作者/通讯作者在相关领域发表论文30 余篇，其中SCI12篇（最高IF=5.5分），获批实用新型专利2 项，参与编写器官移植生物样本库建设与管理专著，主持教改课题1项，发表教学和管理论文6 篇。曾获国家自然科学基金依托单位基金管理先进工作者、广西医科大学改革与发展突出贡献个人嘉奖、“三全育人”先进个人等荣誉称号。2 0 2 0 年获国家留学基金委西部地区人才培养特别项目资助。现任中国研究型医院学会临床数据与样本资源专业委员会委员、广西医学会医学伦理分会委员兼秘书、广西医师协会医学伦理医师分会委员兼秘书、右江医学编委等职务。【关键词】多发性骨髓瘤；骨损伤；发生机制；破骨细胞；成骨细胞【中图分类号】R559【文献标识码】A【文章编号】16 7 3-6 57 5（2 0 2 3）0 4-0 42 2-0 5D0I:10.11864/j.issn.1673.2023.04.02多发性骨髓瘤（multiple myeloma，M M)是常见的恶性血液病,约9 0%的MM患者会发生溶骨性改变，即多发性骨髓瘤骨病（multiple myeloma bonedisease，MMBD）,其主要临床表现为骨质疏松、高钙血症、骨痛及病理性骨折等骨骼病变。正常的骨骼处于一个动态平衡的状态,成骨细胞、骨细胞、破骨细胞在骨动态平衡中具有重要作用，是维持骨吸收和骨形成动基金项目：广西医疗卫生适宜技术开发与推广应用项目（编号:S2018076)*通信作者态平衡的重要因素2 。而恶性浆细胞与骨髓间充质干细胞(bone marrow stem cell，BM SC）的相互作用,可引起MM患者免疫系统功能紊乱,成骨细胞与破骨细胞之间动态失衡,患者骨吸收增加,骨形成受到抑制,进而导致一系列病理变化3。MMBD的发生导致 MM 患者的临床治疗难度增大,患者伤残率增高。本文就MMBD发生机制的相关研究进行总结并综述如下。1破骨细胞功能活化破骨细胞是由破骨前体细胞分化而来的多核巨MM微创医学2 0 2 3年第18 卷第4期Journal of Minimally Invasive Medicine,2023,18(4)细胞,破骨细胞功能与成骨细胞相对立,共同维持骨骼的生长与更新,确保机体骨骼硬度与韧性4。恶性浆细胞与BMSC 的相互作用增强了破骨细胞的活性及分化,其中MM细胞和辅助细胞分泌的细胞因子，如白细胞介素（interleukin，I L），包括IL-3、I L-6、IL-1，生长分化因子15（growthdifferentiationfactor-15，G D F-15）、基质细胞衍生因子1/细胞表面趋化因子受体4 等均是破骨细胞活化因子2 。大多数因子能够通过调节核因子kB受体活化因子(receptor activator of nuclear factor-kappa B,RANK)、核因子kB受体活化因子配体（RANKligand，RANKL）及其抑制剂骨保护素（osteoprotegerin，O PG）等通路发挥作用51.1RANK/RANKL/OPG系统RANK是一种跨膜蛋白，是表达于破骨细胞前体细胞与成熟破骨细胞表面的一种受体。RANKL主要由成骨细胞、活化T淋巴细胞、骨髓基质细胞产生,受 IL-1、I L-11、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，T NF）等细胞因子的调控6 。在巨噬细胞集落刺激因子的作用下,RANK与RANKL相结合，能显著增加破骨细胞前体细胞的数量；而RANKL结合破骨细胞前体细胞上的RANK后,可有效促进破骨细胞分化生长，延缓成熟的破骨细胞调亡。因此,可认为RANKL是MMBD的主要干扰因子。OPG是一种可溶性受体,由骨髓基质细胞和破骨细胞产生，通过BMSC表达的OPG可以结合在RANK上，并能与RANK竞争RANKL，从而阻止RANKL与RANK的相互作用,有效抑制破骨细胞过度表达,诱导并影响破骨细胞凋亡7 。研究8 发现，MMBD患者的OPG水平明显降低,RANKL水平显著升高,致使破骨细胞过度表达，骨吸收增加而加剧MM 患者溶骨性病变。此外,MM 患者的血清RANKL水平显著高于健康成年人,其与溶骨性病变数目、骨损伤的发生及严重程度呈正相关，而低水平RANKL的MM患者可获得较长生存期9。据此,RANKL/OPG比值可作为判断MMBD患者疾病程度的检测指标。1.2Notch信号通路Notch信号通路在骨骼发展和重塑中有重要作用,其主要由受体、配体、细胞内效应物、靶基因等调节分子组成，在细胞形态发育、生长、凋亡及多种恶性肿瘤调控的过程中起关键作用10 。目前发现的人类Notch受体有4种，分别是Notchl、Notch2、No t c h 3和Notch4。No t c h 受体是异二聚体跨膜蛋白,由一个跨膜通道、一个胞内结构域和一个胞 423外结构域组成,其中胞外结构域含多个表皮生长因子的重复序列，主要作用是为Notch配体的结合提供附着点。MM细胞、BMSC及破骨细胞均可表达Notch信号受体,在MMBD患者中,恶性浆细胞的增殖及存活均受到Notch信号的显著影响；激活Notch信号通路后可提高BMSC的RNAKL水平，使破骨细胞前体细胞表达RANK,直接诱导破骨细胞生成和骨吸收12 ;破骨细胞祖细胞中的Notch信号通路还能够被MM细胞来源的Notch配体中的Jagged配体激活13。有学者14 通过小鼠实验发现,Notch信号通路能够抑制成骨细胞分化，提示MM细胞衍生的Notch配体能够利用Notch信号通路来降低成骨细胞的数量,从而使破骨细胞活性增强,这可能是临床靶向治疗的新思路。1.3GDF-15GDF-15是由2 2 4个氨基酸组成的具有7 个胱氨酸结构域的多肽二聚体,在细胞质中表达为35kDa的前体蛋白（由30 8 个氨基酸多肽组成,其中包括2 9个氨基酸的信号肽序列、112 个氨基酸的成熟区和16 7 个氨基酸的前肽序列）。GDF-15也是转化生长因子超家族中的一员，超家族被证明在心血管疾病、癌症、炎症和许多病理反应中起关键作用15。MM患者中骨髓基质细胞超量表达CDF-15,且外周循环出现高表达的GDF-15可能引起预后不良,但目前关于GDF-15对骨细胞的作用尚不明确。有研究16 发现,在缺氧状态下,GDF-15在MM 患者骨重塑过程中发挥重要作用，因此由骨细胞产生的GDF-15 在体外和体内均能显著促进破骨细胞分化、成熟。Westhrin等17 发现MM患者血液中的GDF-15水平明显高于健康成年人，而溶骨性疾病患者的GDF-15水平也显著高于无溶骨性病变患者。另有研究18 指出,血清GDF-15与破骨细胞活性标志物呈现相关性,并且发现GDF-15水平呈现依赖性升高，由外周血单个核细胞分化成GDF-15阳性破骨细胞。1.4?IL-6IL-6 是一种多功能的细胞因子,在机体免疫调节和造血功能中具有重要作用。IL-6 由 MM细胞自分泌和旁分泌产生,是MM细胞和破骨细胞的主要生长因子,对于破骨细胞的生成、分化，以及延长MM细胞的寿命有明显促进作用,并能有效抑制MM细胞凋亡19。研究2 0 指出,IL-6 还能促进破骨细胞前体细胞数量显著增加,从而增加其他破骨细胞因子的生成,提示IL-6在MM患者骨损伤过程中起到促进作用,既能刺激破骨和骨吸收，又能间接抑制成骨:424细胞形成,且与 MMBD患者病情的严重程度与预后紧密相关。1.5巨噬细胞炎症蛋白1巨噬细胞炎症蛋白1(macrophage inflammatory protein 1 alpha,MIP-1)属于趋化因子C-C亚族，是促炎细胞因子,生理作用为促进细胞黏附和聚集，激活并促进破骨细胞增殖与分化。研究2 1 发现MM患者的骨髓瘤细胞能够分泌MIP-1。正常生理状况下，机体需要一定浓度的MIP-1，而MM患者体内的MIP-1呈现异常高表达状态。研究2 2 表明,MM患者血清MIP-1水平升高与MMBD严重程度有关，其通过调节RANKL/OPG比值和增加破骨细胞代谢而引起MMBD,可作为判断MMBD 疾病严重程度的参考指标。唐云青等2 3 研究发现,血清MIP-1能与 MM细胞表面的 CCR5、C C R1受体结合，促进MM细胞增殖、分化,还可增加MM细胞与BMSCs 黏附,进而造成多种炎症因子异常表达。MIP-1水平还与溶骨性病变的形成存在相关性,在促进破骨细胞生成的同时抑制成骨细胞活性。2成骨细胞抑制多年来,众多研究者均倾向于研究破骨细胞功能，但临床通过对MMBD患者进行组织活检发现，骨表面成骨细胞数量大大减少，活性显著降低，提示MMBD的发生机制除了受破骨细胞影响导致的溶骨性病变外,成骨细胞受到抑制引起的骨修复减弱也可能是MMBD的发生机制之一2 4。在骨髓微环境中，各种细胞因子与细胞间基质的相互作用,共同导致了MMBD发生。研究2 5 指出，Wnt信号通路是诱导成骨细胞分化的最重要通路,参与作用的相关成骨细胞生成抑制剂有Wnt信号通路抑制因子（dickkopf-1，DKK1）、细胞生长因子、骨硬化蛋白等,其在MMBD的发生机制中有着重要作用。2.1Wnt信号通路Wnt信号通路是成骨细胞生成和分化的首要途径。Wnt信号通路配体与低密度脂蛋白受体相关蛋白5（lowdensitylipoproteinreceptorrelatedprotein5，LRP5）或Frizzled结合后，利用-catenin信号维持骨质平衡、调节骨代谢。具体作用机制有两点：一是MM细胞分泌的sFRPs与Wnt信号通路配体直接结合，抑制Wnt信号通路，进而干扰成骨细胞生理功能;二是MM细胞分泌的DKK1与Wnt信号通路受体复合物中的LRP5结合，阻断Wnt信号通路,从而抑制成骨细胞功能。DKK1主要在MM细Journal of Minimally Invasive Medicine,Aug.2023,Vol.18,No.4胞、成骨细胞、骨髓基质细胞中表达,在MMBD患者成骨细胞抑制中发挥着关键作用，属于经典的Wnt信号通路抑制剂，既能抑制成骨细胞前体细胞分化，又能延缓骨损伤修复。正常情况下,MMBD患者血清中的DKK1呈现异常高表达状态，从而引起骨质疏松,破坏骨髓环境。研究2 6 表明,DKK1 水平与MM疾病分期、骨损伤程度有明显关系，临床使用DKK1抗体治疗后可提高成骨细胞数量，有利于促进骨质生成。2.2骨硬化蛋白骨硬化蛋白是SOST基因编码的一种糖蛋白,也是骨细胞分泌的重要信号因子,属于Wnt信号通路抑制剂，在机体内参与骨形成，具有决定骨重建过程中的结构和骨量的作用。通常情况下，骨硬化蛋白与Wnt信号通路受体复合物中的LRP5结合,从而造成骨形成减少。但在MMBD疾病进程中，骨硬化蛋白能够直接抑制Wnt信号通路，造成成骨细胞数量下降，细胞外基质成熟障碍，骨量急速减少2 7 。研究2 8 显示,活动性MM患者的骨硬化蛋白明显高于正常水平。2.3Pim-2Pim-2是丝氨酸/苏氨酸激酶家族的一员，为MM抗细胞调亡调节剂,在MM患者中呈过表达状态。研究2 9 发现,Pim-2起负向调节作用，可通过破骨细胞和BMSC相互影响，促进有缺陷的成骨细胞加速分化；且BMSC及破骨细胞可通过IL-6、核因子kB通路上调Pim-2表达水平,并由此减少MM细胞调亡。由此可见,Pim-2抑制剂对于MM患者的骨损伤再修复重建有明显促进作用，进而减轻肿瘤负荷。希望更多学者对Pim-2抑制剂进行深入研究,其有望在未来成为MMBD 的治疗靶点之一。2.4泛素蛋白酶体抑制剂蛋白酶体途径对于成骨细胞的分化起到重要的抑制作用。近年来MM患者使用最广泛的药物类型为泛素蛋白酶体抑制剂，主要治疗药物以硼替佐米为代表。研究30 发现，硼替佐米通过干扰NF-kB活性而抑制TNF-、I L-6 等炎症因子的表达，使其水平大量降低，通过诱导骨髓瘤细胞迅速调亡而发挥抗肿瘤作用。间充质干细胞（m e s e n c h y m a l s t e m c e ll，M SC）和成骨细胞中的-catenin/TCF信号通路能被蛋白酶体抑制剂激活，进一步诱导成骨细胞和MSCs分化,提高其活性，减少骨损伤，从而达到抗MMBD的效果。研究31-32 表明，硼替佐米治疗方案具有较佳的临床效果且能延长患者无病生存期；联合其他药物治疗初治、复发难治MM微创医学2 0 2 3年第18 卷第4期Journal of Minimally Invasive Medicine,2023,18(4)的MM患者是一种安全有效的治疗方案。3MMBD中的骨细胞MMBD中的骨细胞主要来源于成骨细胞分化,骨细胞分泌的RANKL、D K K 1和骨硬化蛋白等细胞因子用于调控机体骨重建。Abe33发现在骨髓活组织检查中,MM患者死亡骨细胞与健康人群相比明显增加,有活性的骨细胞显著减少。MMBD中的骨细胞与MM细胞相互作用能明显加快细胞调亡速度,Notch信号通路在一定程度上也能影响骨髓细胞调亡,MM细胞大量释放TNF-的情况下也会使细胞凋亡速度加快。有研究34 认为，骨细胞是RANKL的首要来源,骨细胞调亡明显增加了RANKL的表达,间接增加破骨细胞前体细胞数量，造成骨吸收明显，骨损伤程度加剧。MMBD中的骨细胞与 MM细胞相互作用可使骨硬化蛋白的表达水平显著升高，减少成骨细胞分化。此外，骨细胞与MM细胞的相互作用激活了Notch信号通路，使RANKL表达增加,OPG表达受抑制,导致RANKL/OPG比例严重失调。4MMBD 中的脂肪细胞骨髓脂肪组织可以给恶性浆细胞创造一种保护性环境。骨髓脂肪组织利用瘦素或通过其他脂肪因子来提高MM细胞增殖、分化,并发挥保护MM细胞的作用,减少细胞凋亡35。骨髓脂肪细胞可分泌胰岛素、TNF-、瘦素、脂联素等物质,从而利用肿瘤细胞的生长发育来影响骨髓形成36 。此外,脂肪细胞还具有诱导成骨细胞调亡的作用，但目前鲜有研究探讨脂肪细胞在MMBD患者中的相关机制,故仍需进一步研究验证。5小结MM患者骨损伤发生机制的关键因素是破骨细胞活性增加,成骨细胞活性被抑制。MMBD是多种信号通路、细胞因子和趋化因子相互作用的结果，除上述讨论外,其发生机制还受到许多细胞通路、因子等的影响。尽管MM患者的溶骨性病变尚未能完全治愈,但已有大量文献报道MMBD的相关发病机制,并为其治疗提供了新思路与新方向。未来临床试验的深入研究,将有望发现新的治疗靶点，为MMBD联合治疗提供新方法。425.参考文献1 张娟,马艳萍.多发性骨髓瘤骨病发病机制及靶向治疗的研究进展J.中华临床医师杂志（电子版），2017,11(6):1024-1028.2金炜,管俊,陈家楠,等.多发性骨髓瘤骨病发病机制及治疗的研究进展J.中华临床医师杂志（电子版),2 0 18,12(11):6 30 -6 34.3 Adamik J，G a ls o n D L,Ro o d m a n G D.O s t e o b la s tsuppression in multiple myeloma bone disease J.JBone Oncol,2018,13:62-70.4Mundy GR,Raisz LG,Cooper RA,et al.Evidence forthe secretion of an osteoclast stimulating factor inmyelomaJ.N Engl J Med,1974,291(20):1041-1046.5鲍立,黄晓军.多发性骨髓瘤骨病患者骨代谢及调节因子水平及其意义J.中华内科杂志，2 0 11,50（3）：243-247.6Bonewald LF.The amazing osteocyte J.J Bone MinerRes,2011,26(2):229-238.7Yamagishi T,Kawashima H,Ogose A,et al.Receptor-Activator of Nuclear KappaB Ligand Expression as a NewTherapeutic Target in Primary Bone Tumors J.PLoSOne,2016,11(5):e0154680.8Kushlinski NE,Timofeev IuS,Gershtein ES,et al.Clinical perspectives of the study of RANK/RANKL/OPG system components in primary and metastatic bonetumorJ.Vopr Onkol,2014,60(4):413-421.9李文君,郭艳秋，高玉娟，等.多发性骨髓瘤骨病的机制研究及治疗进展J.实用肿瘤学杂志，2 0 17,31(3):246-249.10 Yin L,Velazquez OC,Liu ZJ.Notch signaling:emerging molecular targets for cancer therapy J.Biochem Pharmacol,2010,80(5):690-701.11 Colombo M,Mirandola L,Platonova N,et al.Notch-directed microenvironment reprogramming in myeloma:asingle path to multiple outcomes J.Leukemia,2013,27(5):1009-1018.12 Colombo M,Galletti S,Garavelli S,et al.Notchsignaling deregulation in multiple myeloma:a rationalmolecular target J.O n c o t a r g e t，2 0 15，6（2 9）:26826-26840.13 Colombo M,Thuimmler K,Mirandola L,et al.Notchsignaling drives multiple myeloma induced osteoclasto-genesisJ.Oncotarget,2014,5（2 1)：10 393-10406.42614 Zanotti S,Smerdel-Ramoya A,Stadmeyer L,et al.Notch inhibits osteoblast differentiation and causesosteopeniaJ.Endocrinology,2008,149(8):3890-3899.15】赵娜,杨俊杰.多发性骨髓瘤患者血清CDF15的检测及其临床意义J.中南大学学报（医学版）,2 0 14，39(3):270 275.16 Tanno T,Lim Y,Wang Q,et al.Growth differentiatingfactor 15 enhances the tumor-initiating and self-renewalpotential of multiple myeloma cells J.Blood,2014,123(5):725-733.17 Westhrin M,Moen SH,Holien T,et al.Growthdifferentiation factor 15（G D F15）p r o m o t e s o s t e o c l a s tdifferentiation and inhibits osteoblast differentiation andhigh serum GDF15 levels are associated with multiplemyeloma bone disease J.Haematologica,2015,100(12):e511-e514.18刘旭剑，张匣，张谦倩，等.骨髓瘤骨病的研究进展J.肿瘤,2 0 2 0,40(1):7 6-8 0.19 Salem DA,Korde N,Venzon DJ,et al.Expression ofthe IL-6 receptor alpha-chain（CD 12 6）i n n o r m a l a n dabnormal plasma cells in monoclonal gammopathy ofundetermined significance and smoldering myeloma J .Leuk Lymphoma,2018,59(1):178-186.20 Pid d o c k RE,M a r le in C R，A b d u l-A z iz A,e t a l.Myeloma-derived macrophage inhibitory factor regulatesbone marrow stromal cell-derived IL-6 via c-MYCJ.JHematol Oncol,2018,11(1):66.21褚彬,陆敏秋,吴梦青,等.多发性骨髓瘤骨病临床特点及监测骨代谢标志物的临床意义J.中华医学杂志,2 0 16,9 6(18):142 4-142 9.22王晓桃,唐荣芳,刘玲,等.巨噬细胞炎症蛋白-1和骨硬化蛋白在多发性骨髓瘤中的表达及临床意义J.中国现代医学杂志，2 0 13,2 3（8）：6 2-6 5.23唐云青,陈姣,岳春迪.MIP-1在多发性骨髓瘤中导致骨质破坏的可能机制研究J.中国临床研究，2021,34(10):1337-1342.24翟妮,王昌敏.多发性骨髓瘤骨病发病机制的研究进展J.新疆医学，2 0 19,49（10）：10 3310 36.25 Hanamura I,lida S.Multiple myeloma:update onpathophysiology and management J.Rinsho Ketsueki,2018,59(5):529-538.Journal of Minimally Invasive Medicine,Aug.2023,Vol.18,No.426 van Andel H,Kocemba KA,Spaargaren M,et al.Aberrant Wnt signaling in multiple myeloma:molecularmechanisms and targeting options J.Leukemia,2019,33(5):1063-1075.27 Delgado-Calle J,Sato AY,Bellido T.Role andmechanism of action of sclerostin in bone J.Bone,2017,96:29-37.28 Eda H,Santo L,Wein MN,et al.Regulation ofSclerostin Expression in Multiple Myeloma by Dkk-l:APotential Therapeutic Strategy for Myeloma Bone DiseaseJ.J Bone Miner Res,2016,31(6):1225-1234.29 Hiasa M,Teramachi J,Oda A,et al.Pim-2 kinase isan important target of treatment for tumor progression andbone loss in myelomaJ.Leukemia,2015,29(1):207-217.30 Ri M.Mechanism of action and determinants of sensitivityto the proteasome inhibitor bortezomib in multiplemyeloma therapyJ.Rinsho Ketsueki,2016,57(5):537 545.31秦英,高莉,郑丽飞,等.硼替佐米与沙利度胺方案治疗多发性骨髓瘤的临床疗效及对肾功能的影响J.中国药物与临床,2 0 2 2,2 2(2）：118-12 2.32高欣，解海谊，王慧涵，等.国产与进口硼替佐米治疗多发性骨髓瘤的真实世界疗效、安全性及经济学对比J.现代肿瘤医学,2 0 2 2,30（10)：18 2 1-18 2 5.33 Abe M.Mechanisms of myeloma-induced bone diseaseJ.Clin Calcium,2016,26(5):699-706.34 Delgado-Calle J,Anderson J,Cregor MD,et al.Bidirectional Notch Signaling and Osteocyte-DerivedFactors in the Bone Marrow Microenvironment PromoteTumor Cell Proliferation and Bone Destruction inMultiple MyelomaJ.Cancer Res,2016,76（5):1089-1100.35 Liu Z,Xu J,He J,et al.Mature adipocytes in bonemarrow protect myeloma cells against chemotherapythrough autophagy activation J.Oncotarget,2015,6(33):34329-34341.36赵郁,朱晓婷,王轶楠.-3多不饱和脂肪酸诱导多发性骨髓瘤细胞凋亡及抗增殖机制的研究J.实用肿瘤学杂志,2 0 16,30(6):516-52 2.（收稿日期：2 0 2 3-0 4-17 修回日期：2 0 2 3-0 6-2 8）