卡泊三醇作为预防和治疗老年性骨质疏松的皮肤外用药的用途的制作方法

本发明涉及抗骨质疏松相关的药物技术领域，特别是涉及一种卡泊三醇作为预防和治疗老年性骨质疏松的皮肤外用药的用途。

背景技术：

骨骼通过骨转换(boneturnover)不断更新和再生，用新骨替代多发疲劳微骨折的旧骨，以维持骨结构和力学的完整性。骨转换主要由负责骨形成的成骨细胞和负责骨吸收的破骨细胞来完成。人体30岁以前，骨形成占主导地位，直到达到峰值骨量。30-50岁期间，骨形成和骨吸收总体达到平衡、骨量基本恒定。年老以后，这种平衡会朝负方向移动(骨形成<骨吸收)并导致骨质疏松。

骨质疏松症(osteoporosis，op)是一种全身性的代谢性骨病，其特征是单位体积内骨组织量减少、骨密度降低，骨脆性和骨折风险增加。随着全球人口老龄化，骨质疏松在全球常见病、多发病中排名逐渐上升至第7位，患病人数超过2亿；50岁以上的人群中，约有50％的女性和20％的男性有骨折风险。据国家统计局数据显示：目前我国已有骨质疏松患者约9000万人，到2050年这个数字将增加到约3亿。

减少骨吸收、促进骨形成是当前临床上治疗骨质疏松的主要手段。骨吸收抑制剂主要有双磷酸盐(如阿伦膦酸盐(alendronate)(fosmaxtm)、地诺单抗(denosumab，rankl单克隆抗体)、降钙素(calcitonin)、奥当卡替(odanacatib，组织蛋白酶k的抑制剂)等。促进骨形成药物主要有wnt信号调控剂(amg785,bhq880)、特立帕肽、钙敏感受体拮抗剂(如：atf936)等。还有既抑制骨吸收又促进骨形成的制剂，如盐酸雷洛昔芬(选择性雌激素受体调节剂)、锶盐和骨硬化蛋白(sost)单克隆抗体等。现有的这些抗骨质疏松药均不能有效提高骨转换率，甚至大多会抑制骨转换。长期抑制骨转化会导致骨内产生难以痊愈的微裂缝，这些裂缝蔓延最终可造成非典型骨折。因此现有抗骨质疏松药主要推荐用于绝经后op的治疗，后者由雌激素减少、破骨细胞增多引起，骨代谢处于高转换状态。而老年性op患者骨形成和骨吸收均减少(但骨形成减少＞骨吸收减少)，骨代谢处于低转换状态。目前还没有能针对病理特征、提高骨转换率而有效治疗老年性op的药物。

现有抗骨质疏松药物副作用较多，限制了它们的长期、广泛地应用。据报道，长期口服双膦酸盐患者食道癌风险增加，服用双膦酸盐(具体为唑来膦酸盐和阿伦膦酸盐)还是心房颤动的风险因素。地诺单抗的副作用包括尿道和呼吸道感染、白内障、便秘、皮疹以及关节疼痛。特立帕肽通过促进成骨细胞形成、抑制其凋亡，可促进骨形成，但其用于治疗骨质疏松症的用途一直以来因在动物模型中的相关高骨肉瘤发病率而有所保留。雷洛昔芬的副作用包括致命性中风，静脉血栓性栓塞的风险增加，腿肿胀，呼吸困难以及视力改变等。雷奈酸锶能增加心脏风险事件。

现有抗骨质疏松药大多经口服用，少部分通过静脉给药，目前还没有皮肤外用的抗骨质疏松药物。

因此，针对现有技术不足，提供一种卡泊三醇作为预防和治疗老年性骨质疏松的皮肤外用药的用途以克服现有技术不足甚为必要。

技术实现要素：

本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种卡泊三醇作为预防和治疗老年性骨质疏松的皮肤外用药的用途，能够采用皮肤外用方式同时促进成骨细胞和破骨细胞形成，显著提高骨转换率并增加骨形成，实现作为老年性骨质疏松预防和治疗药物的用途。

本发明的目的通过以下技术措施实现。

提供卡泊三醇作为预防和治疗老年性骨质疏松的皮肤外用药的用途。

进一步的，上述的卡泊三醇作为预防和治疗老年性骨质疏松的皮肤外用药的用途，通过同时促进成骨细胞和破骨细胞形成的方式，提高骨转换率并增加骨形成，预防和治疗老年性骨质疏松。

进一步的，上述的卡泊三醇作为预防和治疗老年性骨质疏松的皮肤外用药的用途，皮肤外用卡泊三醇通过增加角质细胞血清胱抑素a(cystatina，简称csta)的表达和分泌而预防和治疗老年性骨质疏松。

进一步的，上述的卡泊三醇作为预防和治疗老年性骨质疏松的皮肤外用药的用途，皮肤外用卡泊三醇，刺激皮肤分泌角质细胞分泌csta，csta通过血液循环进入骨骼后同时促进成骨细胞和破骨细胞形成。

优选的，上述的卡泊三醇作为预防和治疗老年性骨质疏松的皮肤外用药的用途，所述皮肤外用药中含有质量百分为1％～99％的卡泊三醇。

优选的，上述的卡泊三醇作为预防和治疗老年性骨质疏松的皮肤外用药的用途，所述皮肤外用药为皮肤外用药剂型，具体为溶液、酊剂、粉剂、洗剂、油剂、乳剂、软膏、糊剂、硬膏、涂膜剂、凝胶或者气雾剂。

本发明的卡泊三醇作为预防和治疗老年性骨质疏松的皮肤外用药的用途，皮肤外用卡泊三醇通过增加皮肤角质细胞csta的表达和分泌，csta通过血液循环进入骨骼后同时促进成骨细胞和破骨细胞形成，提高骨转换率并增加骨形成，预防和治疗老年性骨质疏松。本发明提供了一种可以采用皮肤外用方式预防和治疗老年性骨质疏松的药物用途，用药安全。

说明书附图

利用附图对本发明作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。

图1是卡泊三醇的分子结构式；

图2是对老年和年轻小鼠的皮肤进行蛋白质组学筛选分析结果；

图3是老年骨质疏松患者和年轻患者皮肤角质细胞csta的表达差异；

图4是老年骨质疏松患者和年轻患者、老年小鼠和年轻小鼠外周血和骨髓内csta浓度对比结果；

图5是皮肤角质细胞特异性csta基因敲除的小鼠模型与其同窝对照小鼠的骨量差异；

图6是皮肤角质细胞特异性csta基因敲除的小鼠模型与其同窝对照小鼠成骨细胞的差异；

图7是皮肤角质细胞特异性csta基因敲除的小鼠模型与其同窝对照小鼠破骨细胞的差异；

图8是经csta重组蛋白处理后，成骨细胞、破骨细胞增殖变化的结果；

图9是三种样本角质细胞csta的表达情况；

图10是三种样本骨量和骨密度结果；

图11是三种样本的成骨细胞含量结果；

图12是三种样本的破骨细胞含量结果。

具体实施方式

在本发明中，老年性骨质疏松指老年人(包括男性和女性)70岁后发生的骨质疏松，双能x线吸收法(dxa)测量骨密度比同性别、同种族健康成人的骨峰值降低等于或大于2.5个标准差(t值≤-2.5sd)。

在本发明中，所述药物的活性成分包含卡泊三醇。卡泊三醇英文名：calcipotriol(或calcipotriene)，化学名为：(1a,3b,5z,7e,22e,24s)-24-环丙基-9,10-开环胆甾-5,7,10(19),22-四烯-1,3,24-三醇，英文化学名：(1α,3β,5z,7e,22e,24s)-24-cyclopropyl-9,10-secochola-5,7,10(19),22-tetraene-1,3,24-triol。cas登录号：112965-21-6，分子式：c27h40o3，分子结构式如图1所示。

本发明提供一种卡泊三醇作为预防和治疗老年性骨质疏松的皮肤外用药的用途。皮肤外用卡泊三醇通过增加皮肤角质细胞血清胱抑素a(cystatina，简称csta)的表达和分泌，csta通过血液循环进入骨骼后同时促进成骨细胞和破骨细胞形成，提高骨转换率并增加骨形成，从而预防和治疗老年性骨质疏松。

本发明对所述药物中卡泊三醇的质量百分含量优选为1％～99％。药物的剂型为皮肤外用药剂型，包括但不限于溶液、酊剂、粉剂、洗剂、油剂、乳剂、软膏、糊剂、硬膏、涂膜剂、凝胶、气雾剂等。在本发明中，所述药物还包括药学上可接受的辅料，本发明对所述辅料的种类没有特殊限定，采用本领域常规的辅料即可。在本发明中，药物优选的以卡泊三醇为唯一活性成分，药物也可包括其他药学上可接受的活性化合物。在本发明中，优选的将安全有效量的本发明卡泊三醇用于需要治疗的哺乳动物(例如人类)，其中用药时剂量为药学上认为的有效给药剂量，具体剂量根据病人健康状况等因素确定。

在本发明中，皮肤外用卡泊三醇刺激皮肤角质细胞分泌csta，csta通过血液循环进入骨骼后可同时促进成骨细胞和破骨细胞形成，显著提高骨转换率并增加骨形成。卡泊三醇通过上述作用来实现对老年性骨质疏松的治疗。故，卡泊三醇具有可作为预防和治疗老年性骨质疏松的皮肤外用药的用途。采用皮肤外用的方式，其经皮吸收少，在体内半衰期短，且主要代谢物无药理活性，皮肤外用卡泊三醇副作用少，安全系数高。

下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。下列实施例中未注明的具体条件的实验方法，通常按照常规条件如sambrook等人，分子克隆实验室手册(newyork：coldspringharborlaboratorypress，1989)中所述的条件，或按照制造商所建议的条件。

本实施例中所用的卡泊三醇，纯度98％以上，购于美国tocrisbioscience公司。

实施例1

老年骨质疏松患者和小鼠皮肤csta表达和分泌减少

发明人前期根据“老年骨质疏松患者皮肤变薄”的临床现象，认为皮肤可能通过分泌因子进入骨骼，影响老年骨质疏松的发生。为发现和鉴定导致老年骨质疏松的皮肤分泌因子，发明人对3对老年和年轻小鼠的皮肤组织进行了蛋白质谱筛选分析。

具体过程：取适量皮肤组织样品至液氮预冷的研钵中，加液氮充分研磨至粉末。各组样品分别加入粉末4倍体积裂解缓冲液(1％tritonx-100，1％蛋白酶抑制剂)，超声裂解。4℃，12000g离心10min，去除细胞碎片，上清液转移至新的离心管，利用bca试剂盒进行蛋白浓度测定。各样品蛋白取等量进行酶解，用裂解液将体积调整至一致。缓慢加入终浓度20％tca，涡旋混匀，4℃沉淀2h。4500g，离心5min，弃上清，用预冷的丙酮洗涤沉淀2-3次。晾干沉淀后加入终浓度200mm的teab，超声打散沉淀，以1:50的比例(蛋白酶：蛋白，m/m)加入胰蛋白酶，酶解过夜。加入二硫苏糖醇(dtt)使其终浓度为5mm，56℃还原30min。之后加入碘乙酰胺(iaa)使其终浓度为11mm，室温避光孵育15min。肽段用液相色谱流动相a相溶解后使用nanoelute超高效液相系统进行分离。肽段经由超高效液相系统分离后被注入capillary离子源中进行电离，然后进tims-tofpro质谱进行分析。二级质谱数据使用maxquant1.6.6.0进行检索。对质谱数据进行蛋白注释和功能富集分析。蛋白定量计算方法：通过质谱分析技术检测蛋白在每个样本中对应信号丰度，通过非标定量计算方法得到蛋白在每个样本中的信号强度(lfqintensity)。两个不同样本之间蛋白lfqintensity取比值作为比较组差异表达量。

结果：一共鉴定到3484个可定量蛋白，其中表达上调的共567个，表达下调的共1220个。通过生物信息学分析和文献查阅，发现csta可能介导皮肤对骨骼的调控作用，且csta在老年小鼠皮肤表达显著减少(10倍)，如图2所示。

csta是皮肤表层角质细胞包膜的成分，它在体内主要由角质细胞表达和分泌。发明人进一步收集老年骨质疏松和年轻患者的皮肤标本，切片并进行csta免疫荧光染色，检测csta表达量的变化。

具体过程：将患者背部皮肤组织置于4％多聚甲醛中固定12小时，用oct包埋剂(sakurafinetek)对皮肤组织进行包埋，并制作成4微米的皮肤冠状切片。封闭非特异性抗原：滴加5％bsa封闭液20min；用cystatina(bioworld，bs1695-3)(1:200稀释)孵育，4℃过夜孵育；pbs洗3遍，滴加荧光二抗(coralite488-conjugatedaffinipuredonkeyanti-rabbitigg(h+l))，暗室内室温避光孵育1小时；避光条件下，pbs洗3遍，每次5min，甩干，滴加dapi(s2110-25)后封片；室温避光孵育1小时。染色后，使用fluoviewfv1000共聚焦显微镜(olympus)拍照分析。

结果：如图3所示，与年轻患者相比，老年骨质疏松患者皮肤角质细胞csta表达明显减少。

发明人进一步检测老年性骨质疏松患者和小鼠皮肤csta分泌量的变化：通过收集男性老年骨质疏松患者和年轻男性患者的外周血和骨髓，以及老年骨质疏松小鼠和年轻小鼠的外周血和骨髓，离心后分别取血清和骨髓上清液。对患者和小鼠标本，分别使用人csta酶联免疫吸附测定试剂盒(elabscience，#e-el-h0147c)和小鼠csta酶链免疫吸附测定试剂盒(广州泰奇，#sea476mu)，根据试剂商的说明进行csta浓度的elisa检测分析。

结果：如图4所示，老年骨质疏松患者和小鼠外周血和骨髓内csta浓度都明显低于年轻对照组。提示皮肤角质细胞csta表达和分泌减少可能在老年骨质疏松发病过程中起重要作用。

实施例2

皮肤角质细胞csta分泌减少导致老年性骨质疏松。

发明人随后构建了皮肤角质细胞特异性csta基因敲除的小鼠模型，利用显微ct检测小鼠下肢骨量改变，并对小鼠骨骼切片进行病理分析，验证皮肤csta减少是否导致老年性骨质疏松。

具体方法：小鼠处死后，将后肢剪下(股骨、胫骨保留完整)，小心剔除周围肌肉组织，将完整的骨组织至于无水乙醇中固定48小时。在对照组和csta敲除组小鼠(n＝5)的右侧股骨远端进行离体显微ct扫描。所用显微ct为vivact40(scancomedicalag,bassersdorf,switzerland)。从下生长板开始扫描，并以12μm的分辨率向近端延伸300片。在股骨完全融合的层面为第一个切面并向近端延伸100个切片进行形态计量学分析。使用轮廓工具将股骨的小梁骨从皮质壳上手动切成小块，然后自动变形轮廓以在所有切片上将小梁骨切成小块。构造三维结构和形态，并对小梁骨体积分数(bv/tv)，小梁厚度(tb.th)，小梁数(tb.n)和小梁分离(tb.sp)进行分析。在图像处理软件materializemimics中生成3d重建图像。

结果：如图5所示，皮肤角质细胞敲除csta小鼠骨量和骨密度均明显减少。

老年性骨质疏松患者典型的骨骼病理改变是：骨内成骨细胞、破骨细胞均减少，骨转换率降低。为验证皮肤角质细胞敲除csta小鼠的骨质疏松是否符合这一病理特征，发明者对小鼠骨切片进行成骨细胞、破骨细胞特异染色，并进行定量分析。

具体方法：(1)骨标本处理和切片：小鼠安乐死后取材，将小鼠骨膜完整的股骨置于4％多聚甲醛中解剖固定48小时，并在10％edta(ph8.0)中脱钙14天，组织脱水后用石蜡包埋骨组织，制作成4微米的冠状面骨骼切片。(2)成骨细胞的免疫组化染色：脱蜡水化后，热修复抗原：65℃过夜修复；灭活内源性过氧化物酶：滴加3％h2o2反应15min，蒸馏水洗3次；pbs冲洗3次，每次3分钟；封闭非特异性抗原：滴加5％bsa封闭液20min，甩干后滴加一抗osterix(abcam，ab22552)(1:200稀释)，4℃过夜孵育；pbs洗3遍后，滴加生物素二抗(proteintech，sa00001)；pbs洗3次，每次5分钟，滴加链酶亲和素-生物素-过氧化物酶复合物与二抗结合，20min；pbs洗3次，每次5min，滴加dab显色液(zli-9017)，5-30min，观察到合适的强度后放进自来水泡洗终止显色；苏木素复染细胞核，1min；盐酸酒精分色1次，自来水泡洗5-10min，切片脱水透明，树胶封片。染色后，olympusbx51显微镜对样品进行成像。(3)破骨细胞trap染色：使用酒石酸盐抗性磷酸酶染色试剂盒(sigma-aldrich)处理了4微米厚的冠状面(纵向)的骨骼切片，包括干骺端和骨干端。去离子水37℃预热备用，用pbs冲洗，将25ml柠檬酸盐溶液，65ml丙酮和8ml37％甲醛配制成细胞固定液，室温固定细胞30秒，去离子水冲洗3次；将六偶氮副品红液0.5ml和亚硝酸盐溶液0.5ml混匀30秒，静置2分钟；取100ml烧杯，加入下列溶液：37℃预热的去离子水45ml、预先配置好的六偶氮副品红液和亚硝酸盐溶液混合液1ml、萘酚as-bi磷酸盐0.5ml、醋酸缓冲液2ml、酒石酸盐溶液1ml配成染色孵育液，水浴加热至37℃，将染色孵育液孵育细胞，37℃，0.5小时，去离子水冲洗，镜下观察，光镜下观察含有3个细胞核以上的染色阳性的多核巨细胞为破骨细胞。

结果：如图6、图7所示，皮肤csta敲除小鼠骨内成骨细胞和破骨细胞数量均显著减少，还发现成骨细胞减少更明显，这完全符合老年性骨质疏松的病理特征。

为阐明csta减少导致成骨、破骨细胞减少和老年性骨质疏松的机制，发明人利用csta重组蛋白在体外分别处理成骨细胞系mc3t3-e1和破骨细胞前体细胞系raw264.7细胞，检测csta对细胞增殖的影响。

具体方法：根据制造商的说明书，使用了kfluor555-edu细胞增殖检测试剂盒(keygenbiotechnology，江苏，中国；#kga337)检测细胞增殖。将mc3t3-e1和raw264.7细胞分别接种到96孔板中，每种细胞分别设立实验组(csta组)和对照组，每个组分别有5个复孔，6000个细胞/孔，并在37℃，5％co2下给予csta处理48小时。处理结束后，加入50μmedu孵育3小时。在室温下用4％多聚甲醛固定20分钟后，用kfluor555反应混合物染色对细胞进行免疫细胞化学染色。染色后，通过荧光共聚焦显微镜进行拍照，并对每组中的九个区域由不知情的两名独立观察员计数统计。

结果：如图8所示，csta显著促进成骨细胞和破骨细胞的增殖，而且csta对成骨细胞增殖的促进作用(2倍)强于对破骨细胞的促进(1.5倍)。因此，皮肤角质细胞csta分泌减少通过抑制成骨细胞、破骨细胞增殖(成骨细胞减少更显著)，导致骨量减少、骨转换率降低和老年性骨质疏松。

实施例3

皮肤外用卡泊三醇通过增加角质细胞分泌csta治疗小鼠老年性骨质疏松

以小鼠为例，验证皮肤外用卡泊三醇可用于预防和治疗老年性骨质疏松的用途。具体过程：小鼠分为3组(均为18个月大的老年小鼠)：正常c57小鼠(对照组)、正常c57小鼠皮肤涂抹卡泊三醇(卡泊三醇组)、角质细胞敲除csta小鼠皮肤涂抹卡泊三醇(卡泊三醇+csta敲除组)。剃除小鼠背部皮肤4cm*2cm区域的毛发，对照组涂抹75％的乙醇，另外2组皮肤表面涂抹卡泊三醇工作液(浓度为22.5um)。每天涂抹一次，连续涂抹2个月。22.5um卡泊三醇工作液配置方法：将1mgmc903，tocris，mm＝412.6g/mol溶于5.386ml乙醇中。将该储备溶液在乙醇中进一步稀释20倍。对小鼠皮肤标本进行切片盒csta的免疫荧光染色，对其骨骼进行显微ct和切片染色分析成骨细胞、破骨细胞的变化情况(方法同前)。

结果：如图9所示，正常老年c57小鼠皮肤表面涂抹卡泊三醇后，其皮肤角质细胞csta表达明显增加。小鼠的骨量和骨密度也随之明显增加，如图10所示。小鼠骨内成骨细胞和破骨细胞均明显增加(成骨细胞增加更明显)，如图11、图12所示。

而对于角质细胞敲除csta的老年小鼠，皮肤表面涂抹卡泊三醇后，其骨量、骨密度没有改善，如图10所示，成骨细胞和破骨细胞数量均无明显变化，如图11、图12所示。

由此可见，小鼠皮肤外用卡泊三醇后，通过刺激角质细胞分泌csta而治疗老年性骨质疏松。csta通过血液循环进入骨骼后，可同时促进成骨细胞和破骨细胞形成，显著提高骨转换率并增加骨形成。卡泊三醇具有作为预防和治疗老年性骨质疏松的皮肤外用药的用途。

实施例4

皮肤外用卡泊三醇治疗老年性骨质疏松的初步临床疗效观察

发明人招募了30名老年性骨质疏松志愿者。纳入标准：男性，年龄70-80岁，双能x线dxa测定骨密度低于健康成人的骨峰值等于或大于2.5个标准差(t值≤-2.5),排除其他系统疾病。嘱志愿者将前述卡泊三醇工作液(22.5um)自行均匀涂抹于四肢皮肤表面，3天1次。每2周复诊，观察记录局部皮肤情况，每月抽血测量血钙浓度(预防高钙血症)，每3个月复查一次骨密度。

结果：表1是30名老年骨质疏松志愿者皮肤涂抹卡泊三醇前后骨密度的变化，如表1所示，涂药3个月及6个月后，老年性骨质疏松志愿者骨密度均得到了明显的提高，6个月后骨密度增加更明显。期间未发现皮肤不良反应。表2是30名老年骨质疏松志愿者皮肤涂抹卡泊三醇前后血钙浓度的变化，如表2所示，志愿者血钙浓度在各个时间点均未见明显异常。证明了卡泊三醇作为预防和治疗老年性骨质疏松的皮肤外用药的用途，且副作用不明显，用药安全。

n＝30,*p<0.05,**p<0.01(均为与涂药前比较)。

表1

n＝30，涂药后各时间点(1-6个月)与涂药前相比均无统计学差异。

表2

本发明提供的卡泊三醇外用于皮肤表面后，可刺激皮肤角质细胞分泌csta，csta通过血液循环进入骨骼后可同时促进成骨细胞和破骨细胞形成，显著提高骨转换率并增加骨形成，实现对老年性骨质疏松的对因治疗。且皮肤外用卡泊三醇副作用少，安全系数高。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。