相信大家都对「骨质疏松」这个病名再熟悉不过了 —— 骨质疏松是一种全身性的骨骼疾病，令骨组织退化和骨量果低，导致身体的骨头变得脆弱且易碎，间接提升了骨折风险1。一听到这个病名，大家应该会马上联想到与年老亲戚的各种回忆了吧？的确，骨质疏松症在老年人中更为普遍，而发病机率会随着年龄而增長2。
然而，在这篇博文中，我们会将视线转移到与骨质疏松症较为相似的疾病：成骨不全症。
成骨不全（又称「玻璃娃娃」）是一组结缔组织的遗传性疾病，主要由基因中的胶原蛋白突变引起的过度骨脆性而成疾3，而这个疾病由瑞典医生奥罗夫·亚克布·艾克曼(Olof Jakob Ekman) 首次发现6。成骨不全的症状可谓变化无穷；由听力渐渐损失和便秘到腹部复发性慢性疼痛，肺部和心血管并发症。
听上去很可怕，是吧？
但是，我们并不需要过于担心：成骨不全病是一种非常罕见的遗传疾病，在一个正常的人口分布内，大约每一万五千至两万人就会有一个人会患上成骨不全4。由于成骨不全所涉及的基因之可变性和数量（单单是这个病就可以由19个不同的基因的突变引起），截至2021年，OI根据征状和突变的基因可以分为约20不同的种类。最常见的OI种类有四种，如下表所示7：
| 种类 | 介绍 | 突变的基因 | 疾病遗传方式 | 发病率 |
| I | 症状轻微；胶原蛋白不足 | 空白COL1A1基因 | 体染色体显性遗传；34% 原发突变5 | 1/30,000 |
| II | 于围产期发病会致命；胶原蛋白在C末段有致命缺陷 | COL1A1, COL1A2 | 体染色体显性遗传；~100% 原发突变5 | 1/40,000 ~ 1/100,000 |
| III | 症状严重、渐进、具变形性；胶原蛋白数量充足，但质量不足 | COL1A1, COL1A2 | 体染色体显性遗传；85%原发突变5 | 1/60,000 |
| IV | 症状具有非常高可变性，但通常病人巩膜正常；胶原蛋白数量充足，但质量不足 | COL1A1, COL1A2 | 体染色体显性遗传；50% 原发突变5 | 1/30,000 |
可惜的是，因为这个病症是由基因突变/异常基因遗传造成的，且基因编辑领域还没有发展到可以治愈遗传疾病的地步，至今我们没有一个没有已知的治疗、药物或手术8能够根治成骨不全症。
不过，我们不用灰心，因为现今市面上有很多种药物可以预防或治疗骨头畸形化和骨折。在这些众多的药物之中，处理成骨不全时常用到的两类药物为双膦酸盐和单克隆抗体。
双膦酸盐是一类通常用于通过减缓骨吸收来治疗骨质疏松症的药物9；这类药物以防止破骨细胞粘附在骨表面发挥其作用。因为骨质疏松和成骨不全所造成的病征相似，有的医生会处方口服或者是静脉注射形式的双膦酸盐。不过，使用这类药物去治疗骨质疏松或者是成骨不全有很多的隐藏风险。双膦酸盐可能会导致下颌骨组织坏死，并且伴随着骨骼、关节和/或肌肉疼痛，还很有可能会大幅影响肾功能10。
在了解单克隆抗体治疗的方式之前，我们需要先明白抗体以及成骨不全背后的运作原理。
人类的骨形成和骨吸收由两种特化细胞调节：前者是成骨细胞，而后者则是破骨细胞。根据左图显示，正常的成骨细胞会通过Wnt信号通路以履行其职能：
首先，一个Wnt 蛋白会与卷曲 (Fz) 家族受体的N-煞尾胞外域结合11。为了方便处理信号，在Fz受体的旁边通常都会有其他的辅受体，就如在图中的脂蛋白 LRP-5/612。
之后，当LRP5/6被激活时，一个直接的信号会从 Fz 受体发送到细胞质内的其他磷蛋白，以激活它们。
到这里，Wnt信号通路之后可以由收到信号的磷蛋白分类成多个不同的分支，但是我们现在最需要留意的是Wnt的经典途径，其涉及细胞质中β-连环蛋白的积累。 β-连环蛋白是身体众多细胞内其中一个参与基因转录调控和协调的双功能蛋白。
在正常的情况底下，β-连环蛋白会被一个由Axin、PP2A、GSK-3 和酪蛋白激酶 1α组成的复合体降解。但是，一旦Wnt蛋白与Fz和LRP5/6结合，这个复合体会被激活的磷蛋白所抑制，而β-连环蛋白就得以在细胞质得以在细胞质内稳定存在。有一部分的β-连环蛋白会进入细胞核与TCF/LEF（T细胞因子/淋巴增强因子）转录因子家族作用并促进特定基因的表达13。在成骨细胞内，这个信号通路最终会导致骨形成增加。
可是，当硬化蛋白（一种由人类 SOST 基因编码的糖蛋白）附着在 LRP5/6 受体上时，会抑制信号通路的运作14；简单的来说，在破骨细胞中表达的硬化蛋白会抑制成骨细胞的功能。这是因为一旦 LRP5/6 被硬化蛋白灭活，Wnt信号通路就无法进行，而这将会导致成骨细胞中β-连环蛋白浓度下降，从而间接地令骨质下降。
虽然，在正常人里，成骨细胞的活性本来就由硬化蛋白和其他的激素和抑制因子以一个负反馈系统作出调节，在成骨不全患者中，硬化蛋白令成骨细胞活性降低通常会导致COL1A1 / COL1A2 基因在成骨细胞中表达不足或错误的元凶。
大家必须要认清硬化蛋白并不是「坏」或者是「有害」的蛋白质，而其作为成骨细胞的活性调节剂的重要性不可被忽略。如果负责编码硬化蛋白的 SOST 基因发生突变，则可能导致范布赫姆病和硬化症疾病15。
前面提到的单克隆抗体名叫Romosozumab16（以Evenity品牌出售）。 抗体药物的运作原理是与硬化蛋白结合并使蛋白质失活，通过上述的经典 Wnt 信号通路导致成骨细胞活性增加。
然而，在第三期临床试验期间，该抗体药物对成骨不全病人造成严重冠状动脉疾病等心脏缺血事件。
考虑到药物对心脏病发作、中风和严重心血管疾病等发病率以及因而引致死亡的相关风险过高16，这个抗体药物曾经多次未能够通过美国食品和药物管理局以及欧洲药品管理局的药物审批。
虽然最终这个药物还是通过了审批16, 17，但是其作为骨质疏松症的药物申请市场授权的曲折经历，再加上成骨不全患者大多数都会患上心血管疾病18，证明了高风险药物要通过审批是多么的困难。
大家了解了现今对成骨不全症的治疗方法之风险之后，相信会理解为什么创建一个「第二代」的硬化蛋白抑制剂是可取的。
在硬化蛋白抗体临床实验期间，成骨不全患者的心血管问题也越来越受到关注，尤其是有心血管异常或有心血管疾病病史的患者。因此，第二代硬化蛋白的抑制剂既需要治疗成骨不全症，又不能够在此过程中增加患心血管疾病的风险。
iGEM Team HKBU 2021 已经开发出一种适体作为替代的硬化蛋白抑制剂。该抑制剂将选择性抑制硬化蛋白，使其与LRP5/6受体结合的能力失活，同时保留硬化蛋白作为人体心血管调节剂的功能。适体药物已获得美国 FDA 孤儿药资格。
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”.