相信大家都對「骨質疏鬆」這個病名再熟悉不過了 —— 骨質疏鬆是一種全身性的骨骼疾病，令骨組織退化和骨量果低，導致身體的骨頭變得脆弱且易碎，間接提升了骨折風險1。一聽到這🐔幾個字，大家應該會馬上聯想到與年老親戚的各種回憶了吧？的確，骨質疏鬆症在老年人中更為普遍，而發病機率會隨著年齡而增長2。
然而，在這篇博文中，我們會將視線轉移到與骨質疏鬆症較為相似的疾病：成骨不全症。
成骨不全（又稱「玻璃娃娃」）是一組結締組織的遺傳性疾病，主要由基因中的膠原蛋白突變引起的過度骨脆性而成疾3，而這個疾病由瑞典醫生奧羅夫·亞克布·艾克曼(Olof Jakob Ekman) 首次發現6。成骨不全的症狀可謂變化無窮；由聽力漸漸損失和便秘到腹部復發性慢性疼痛，肺部和心血管並發症。
聽上去很可怕，是吧？
但是，我們並不需要過於擔心：成骨不全病是一種非常罕見的遺傳疾病，在一個正常的人口分布內，大約每一萬五千至兩萬人就會有一個人會患上成骨不全4。由於成骨不全所涉及的基因之可變性和數量（單單是這個病就可以由19個不同的基因的突變引起），截至2021年，OI根據徵狀和突變的基因可以分為約20不同的種類。最常見的OI種類有四種，如下表所示7：
| 種類 | 介紹 | 突變的基因 | 疾病遺傳方式 | 發病率 |
| I | 徵狀輕微；膠原蛋白不足 | 空白COL1A1基因 | 體染色體顯性遺傳；34% 原發突變5 | 1/30,000 |
| II | 於圍產期發病會致命；膠原蛋白在C末段有致命缺陷 | COL1A1, COL1A2 | 體染色體顯性遺傳；~100% 原發突變5 | 1/40,000 ~ 1/100,000 |
| III | 徵狀嚴重、漸進、具變形性；膠原蛋白數量充足，但質量不足 | COL1A1, COL1A2 | 體染色體顯性遺傳；85%原發突變5 | 1/60,000 |
| IV | 徵狀具有非常高可變性，但通常病人鞏膜正常；膠原蛋白數量充足，但質量不足 | COL1A1, COL1A2 | 體染色體顯性遺傳；50% 原發突變5 | 1/30,000 |
可惜的是，因為這個病症是由基因突變/異常基因遺傳造成的，且基因編輯領域還沒有發展到可以治愈遺傳疾病的地步，至今我們沒有一個沒有已知的治療、藥物或手術8能夠根治成骨不全症。
不過，我們不用灰心，因為現今市面上有很多種藥物可以預防或治療骨頭畸形化和骨折。在這些眾多的藥物之中，處理成骨不全時常用到的兩類藥物為雙膦酸鹽和單克隆抗體。
雙膦酸鹽是一類通常用於通過減緩骨吸收來治療骨質疏鬆症的藥物9；這類藥物以防止破骨細胞粘附在骨表面發揮其作用。因為骨質疏鬆和成骨不全所造成的病徵相似，有的醫生會處方口服或者是靜脈注射形式的雙膦酸鹽。不過，使用這類藥物去治療骨質疏鬆或者是成骨不全有很多的隱藏風險。雙膦酸鹽可能會導致下頜骨組織壞死，並且伴隨著骨骼、關節和/或肌肉疼痛，還很有可能會大幅影響腎功能10。
在瞭解單克隆抗體治療的方式之前，我們需要先弄清楚抗體以及成骨不全背後的運作原理。
人類的骨形成和骨吸收由兩種特化細胞調節：前者是成骨細胞，而後者則是破骨細胞。根據左圖顯示，正常的成骨細胞會通過Wnt信號通路以履行其職能：
首先，一個Wnt 蛋白會與捲曲 (Fz) 家族受體的N-煞尾胞外域結合11。為了方便處理信號，在Fz受體的旁邊通常都會有其他的輔受體，就如在圖中的脂蛋白 LRP-5/612。
之後，當LRP5/6被激活時，Fz 受體會向細胞質內的其他磷蛋白直接發送一個激活信號。
來到這裡，Wnt信號通路之後可以由收到信號的磷蛋白分類成多個不同的分支，但是我們現在最需要留意的是Wnt的經典途徑，其涉及細胞質中β-連環蛋白的積累。β-連環蛋白是身體眾多細胞內其中一個參與基因轉錄調控和協調的雙功能蛋白。
在正常的情況底下，β-連環蛋白會被一個由Axin、PP2A、GSK-3 和酪蛋白激酶 1α組成的複合體降解。但是，一旦Wnt蛋白與Fz和LRP5/6結合，這個複合體會被激活的磷蛋白所抑制，而β-連環蛋白就得以在細胞質得以在細胞質內穩定存在。有一部分的β-連環蛋白會進入細胞核與TCF/LEF（T細胞因子/淋巴增強因子）轉錄因子家族作用並促進特定基因的表達13。在成骨細胞內，這個信號通路最終會導致骨形成增加。
可是，當硬化蛋白（一種由人類 SOST 基因編碼的糖蛋白）附著在 LRP5/6 受體上時，會抑制信號通路的運作14；簡單的來說，在破骨細胞中表達的硬化蛋白會抑製成骨細胞的功能。這是因為一旦 LRP5/6 被硬化蛋白滅活，Wnt信號通路就無法進行，而這將會導致成骨細胞中β-連環蛋白濃度下降，從而間接地令骨質下降。
雖然，在正常人裏，成骨細胞的活性本來就由硬化蛋白和其他的激素和抑制因子以一個負反饋系統作出調節，在成骨不全患者中，硬化蛋白令成骨細胞活性降低通常會導致COL1A1 / COL1A2 基因在成骨細胞中表達不足或錯誤的元兇。
大家必須要認清硬化蛋白並不是「壞」或者是「有害」的蛋白質，而其作為成骨細胞的活性調節劑的重要性不可被忽略。如果負責編碼硬化蛋白的 SOST 基因發生突變，則可能導致範布赫姆病和硬化症疾病15。
前面提到的單克隆抗體叫做Romosozumab16（以Evenity品牌出售）。 抗體藥物的運作原理是與硬化蛋白結合併使蛋白質失活，通過上述的經典 Wnt 信號通路導致成骨細胞活性增加。
然而，在第三期臨床試驗期間，該抗體藥物對成骨不全病人造成嚴重冠狀動脈疾病等心臟缺血事件。
考慮到藥物對心臟病發作、中風和嚴重心血管疾病等發病率以及因而引致死亡的相關風險過高16，這個抗體藥物曾經多次未能夠通過美國食品和藥物管理局以及歐洲藥品管理局的藥物審批。
雖然最終這個藥物還是通過了審批16, 17，但是其作為骨質疏鬆症的藥物申請市場授權的曲折經歷，再加上成骨不全患者大多數都會患上心血管疾病18，證明了高風險藥物要通過審批是多麼的困難。
大家了解了現今對成骨不全症的治療方法之風險之後，相信很容易會理解為甚麼創建第二代硬化蛋白抑製劑是可取的。
在硬化蛋白抗體臨床實驗期間，成骨不全患者的心血管問題也越來越受到關注，尤其是有心血管異常或有心血管疾病病史的患者。因此，第二代硬化蛋白的抑製劑既需要治療成骨不全症，又不能夠在此過程中增加患心血管疾病的風險。
iGEM Team HKBU 2021 已經開發出一種適體作為替代的硬化蛋白抑製劑。該抑製劑將選擇性抑制硬化蛋白，使其與LRP5/6受體結合的能力失活，同時保留硬化蛋白作為人體心血管調節劑的功能。適體藥物已獲得美國 FDA 孤兒藥資格。
參考文獻：
1 NIAMS, 2014. “Handout on health: Osteoporosis”.
2 World Health Organization, 2015. “Chronic rheumatic conditions”.
3 B.O. Edelu et al., 2014. “Osteogenesis Imperfecta: A Case Report and Review of Literature”.
4 Forlino A, Marini JC (April 2016). “Osteogenesis imperfecta”.
5 Zhytnik L et al., 2019. “De novo and inherited pathogenic variants in collagen-related osteogenesis imperfecta”.
6 O. J. Ekman, 1788. “Descriptionem et casus aliquot osteomalaciae sistens”.
7 Sillence et al., 1979. “Genetic heterogeneity in osteogenesis imperfecta”.
8 B. Lee, D. Krakow, 2019. “Osteogenesis Imperfecta Overview”.
9 G.A. Rodan, H.A. Fleisch, 1996. “Bisphosphonates: mechanisms of action”.
10 S. Durham et al., 2010. “Bisphosphonate Nephrotoxicity Risks and Use in CKD Patients”.
11 T.P. Rao, M. Kühl, 2010 June. “An updated overview on Wnt signaling pathways: a prelude for more”.
12 Y. Komiya Y, R. Habas, 2008 April. “Wnt signal transduction pathways”,
13 B.T. MacDonald, K. Tamai, X. He, 2009 July. “Wnt/beta-catenin signaling: components, mechanisms, and diseases”.
14 X. Li, Y, Zhang, H, Kang, W. Liu, P. Liu, J. Zhang J, et al, 2005 May. “Sclerostin binds to LRP5/6 and antagonizes canonical Wnt signaling”.
15 R. L. Van Bezooijen et al., 2005. “Control of bone formation by osteocytes? Lessons from the rare skeletal disorders sclerosteosis and van Buchem disease”.
16 U.S. Food and Drug Administration, 2019 April. “FDA approves new treatment for osteoporosis in postmenopausal women at high risk of fracture”.
17 European Medicines Agency, 2020 Feb. “Evenity”.
18 L. Folkestad et al., 2016 Sept. “Cardiovascular disease in patients with osteogenesis imperfecta – a nationwide, register-based cohort study”.
19 AMGEN, 2016 Nov. “Results From Phase 3 BRIDGE Study Show Romosozumab Significantly Increases Bone Mineral Density In Men With Osteoporosis”.
