[发明专利]Semaphorin 4D在预防及治疗骨代谢性疾病中的应用

说明书

 

技术领域

本发明属于生物医学药物领域，具体涉及脑信号蛋白家族成员Semaphorin 4D在制备治疗骨代谢性疾病药物中的应用。

背景技术

在健康的骨骼中，骨改建过程在激素、细胞因子及细胞间相互作用所构成的网络精确调节下进行，简单来说骨骼表面融解破坏骨骼的破骨细胞与促进骨骼形成的成骨细胞均衡发挥作用，维持骨密度、硬度和柔韧性等，如果这种平衡失衡，就会患上骨代谢性疾病，如发生骨量增加（硬化症），但更常出现的是骨丢失（骨质疏松症）等疾病。

随着社会老龄化加快，骨质疏松症的发病率日益增高，目前中国60岁以上老年人的发病率就高达56%。骨质疏松基本病理机理是骨吸收和骨形成的偶联出现缺陷，使骨密度逐渐减少，累及全身骨骼，同时存在局部骨折或缺损愈合不良影响治疗效果。因此，如何改善骨质疏松患者的全身及局部状况显得尤为重要。

目前抗骨质疏松药物以抑制骨吸收为主，治疗后可伴有骨质硬化、脆性增高，骨折好发等临床特点，不仅加大了骨缺损的治疗难度，而且严重影响老龄化人口的生活质量。因此如何增强骨骼自身的成骨修复能力而不影响破骨活性，让成骨细胞-破骨细胞参与的骨改建循环正常进行，从而再生满足生理机械力学需求的功能化骨成为目前骨质疏松研究中的首要问题。

脑信号蛋白（Semaphorins）最初被确定为神经发育过程中控制轴突路径的分子，已经发现超过20多种脑信号蛋白，它们在不同生物学行为中发挥不同功能，包括心脏发育、血管生成、癌变及调节免疫反应等。特别是最近越来越多的研究表明脑信号蛋白参与骨代谢平衡并在骨代谢性疾病中发挥作用。

就局部而言，骨重塑过程是由成骨细胞和破骨细胞之间的相互作用直接进行调节的。因为在同一骨骼位点不能同时出现骨形成和骨吸收两个过程；所以，假设成骨细胞和破骨细胞存在相同的抑制剂，则可使一个特异位点同时存在骨形成和骨吸收。Hiroshi Takayanagi的团队发现了这种相互作用的分子机制，成骨细胞的骨形成作用同时阻碍了破骨细胞的骨吸收。Semaphorin 3A，是成骨细胞产生的一种神经轴突导向因子，可抑制核因子κB配体的受体（RANKL，也称肿瘤坏死因子配体超家族）化导致的骨髓源单核细胞中的破骨细胞生成。他们假设培养的小鼠成骨细胞除了分泌护骨素(强效的破骨细胞抑制剂)，还分泌调节骨代谢的蛋白。作者对培养的成骨细胞(来自护骨素缺陷小鼠)条件性培养基进行分馏，鉴定Semaphorin 3A是一个成骨细胞衍生蛋白，它能抑制破骨细胞的形成。重要的是，该蛋白不仅抑制破骨细胞骨吸收，也增加成骨细胞骨形成。Semaphorin 3A缺陷小鼠骨质减少，静脉注射Semaphorin 3A预防卵巢切除引起的骨丢失。Semaphorin 3A通过不同信号途径减少骨吸收，增加骨形成。对骨吸收的抑制作用由semaphorin-3A与神经纤毛蛋白-1结合作用介导，竞争性抑制与神经丛蛋白A1（plexin-A1）的结合，并继而抑制plexin-A1–TREM2–DAP12复合物的产生，通过抑制免疫受体酪氨酸激活基序和RhoA信号途径预防RANKL诱导的破骨细胞分化。当Semaphorin 3A缺乏时，RANKL信号使neuropilin-1快速下调、plexin-A1释放并促进破骨细胞分化。Semaphorin 3A通过使单核细胞处于“待命”状态来抑制破骨细胞的分化，并以此支持骨形成。反之，Semaphorin 3A对骨形成的刺激作用由经典Wnt/β-连环蛋白信号途径的促进作用介导。抗吸收治疗方法抑制骨吸收，同时在一定程度上也抑制骨形成。因此，Semaphorin 3A的作用机制非常罕见，因为它将骨重塑的两个部分分解，对这种治疗优势加以开发研究，可能会带来一类新的双重作用骨质疏松治疗药物。

同时研究发现Semaphorin 6D也是Plexin-A1的配体，能够与破骨细胞表面的DAP12-(Trem-1)-(Plexin-1)复合体结合，通过钙振荡促进破骨细胞分化。同时，Semaphorin 6D与Plexin-A1结合也会使胞浆内FARP2活化，进而产生Rac-GTP，从而使破骨细胞伪足重排而影响破骨细胞粘附能力。因此Semaphorin 6D其抗体或通过基因沉默抑制该蛋白的表达有可能作为治疗骨质疏松的靶点，Semaphorin 6D重组蛋白也可能用于骨硬化病的治疗。