磷酸酶病:碱性磷酸酶同工酶与骨源性(内分泌学 代谢性骨病与软骨病)
磷酸酶病包括低磷酸酶症(hypophosphatasia)和高磷酸酶症(hyperphosphatasia)两种。前者的病因和发病机制较清楚,主要与组织非特异性碱性磷酸酶(tissue-nonspecific alkaline phosphatase,TNAP)基因突变有关;后者的病因未明,TNAP基因无异常,可能与OPG/RANK的结构和功能异常有关,血ALP升高只是一种继发性表现,故高磷酸酶症可能不属于磷酸酶病范畴。
碱性磷酸酶及其同工酶与骨代谢关系密切
ALP广泛存在于肝、骨骼、肾、小肠及胎盘等组织中,不同组织中的ALP功能不同;且同一组织的ALP同工酶在不同细胞和亚细胞结构中也有不同的作用。ALP的同工酶有4种,其中肝、骨骼、肾脏中的ALP称为组织非特异性碱性磷酸酶(tissue-nonspecific alkaline phosphatase,TNAP)。
由于除骨以外的其他组织也能合成和释放ALP,所以除骨组织本身的疾病外,其他如肝、肠、肾脏的疾病和某些药物均可引起ALP活性增高或降低(如低磷血症、甲状旁腺功能减退症、家族性磷酸酶过少症等)。同时,除疾病以外,ALP还受年龄和性别的影响。儿童血清中有大量的骨源性ALP,而极少或甚至没有肝和肠ALP。50岁以下的成人血清内均有肝、骨和肠来源的ALP。50岁以上者,血清骨源性ALP活性升高。
引起血清ALP活性升高的主要疾病
骨源性ALP是骨形成标志物
在基质囊泡(matrix vesicle)内可发现活性很高的ALP,基质小泡是骨矿化中心,因此ALP与骨矿化有密切关系。此外,用婴幼儿低磷酸酶症的TNAP基因敲除模型发现,TNAP还可双相性调节成骨细胞的浆细胞膜型糖蛋白-1(PC-1)和磷酸二酯酶-核苷焦磷酸酶(phosphodiesterase nucleotide pyrophosphatase,PDNP/NTPPPH)。ALP在碱性(pH 8~10)条件下,催化磷酸单脂分解,形成的非特异性水解酶催化无机磷酸盐水解,降低焦磷酸盐浓度,有利于骨矿化(无机焦磷酸盐是矿化作用的极强抑制剂)。
骨化中心矿化时,在骨干软骨膜和肥大型软骨细胞处形成一薄层类骨质,围绕着骨干扩展,形成环状或领口样类骨质层,此时已存在ALP活性。这些细胞与胶原纤维排列成束,形成骨小梁。软骨中的ALP来源于肥大型软骨细胞。基质的矿化有时与原始骨同时形成,但多在其后出现。当板层骨沉积活跃时,骨表面被成骨细胞覆盖,其胞质内含有核糖核酸和较多的线粒体,使成骨细胞胞质呈碱性。分化了的成骨细胞含有糖原,一旦这些细胞形成骨组织,糖原即消失。与之相邻的成骨细胞和组织也含有ALP,但当骨矿化开始时,ALP活性即开始下降。因此,无论胚胎期的骨形成过程中或在成人,成骨细胞在数量和(或)功能增加、降低时,ALP的活性与之同步消长。
临床上很早就应用血清ALP活性测定来诊断骨骼疾病。骨病的诊断可借助X线、闪烁扫描、磁共振等来诊断,ALP在一些骨病的早期改变与形态学变化一致,所以ALP活性测定对骨病的早期诊断和鉴别诊断有重要价值,而且是提供病情随访和预后的重要依据。