雌激素與骨關節(jié)炎

袁普衛(wèi) 楊威 陳斌 楊波 孫曉濤

1.陜西中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院 骨四科， 陜西 咸陽 712000 2.湖北省公安縣人民醫(yī)院 骨二科，湖北 公安 434300 3.陜西中醫(yī)藥大學 中西醫(yī)結合骨科，陜西 咸陽 712046

骨關節(jié)炎(Osteoarthritis,OA)是最常見的慢性關節(jié)疾病，是累及骨、軟骨下骨、滑膜、韌帶、周圍肌肉和關節(jié)囊的全身關節(jié)炎性疾病，也是因為疼痛致殘的主要原因[1-2]。OA的基本病理變化是關節(jié)軟骨退變、軟骨下骨增生硬化和滑膜增厚等，最常累及膝關節(jié)，最常見于中老年婦女[3-5]。疼痛和活動受限是最主要表現(xiàn)，隨著年齡增長和活動增加逐漸加重，由于病因病機不明，尚無阻止或延緩疾病進展的有效藥物或手段，終末期只能行關節(jié)置換術，OA已成為人類健康的主要問題[6]。

以往多數(shù)研究認為50歲以前男性膝OA(Knee Osteoarthritis,KOA)患病率明顯高于女性，而50歲以后女性OA患病率明顯高于男性和絕經(jīng)前女性，常規(guī)推論這一變化很可能受絕經(jīng)前后女性激素水平的變化影響。女性最主要的性激素是雌、孕激素，而國內外研究均發(fā)現(xiàn)在絕經(jīng)后女性OA患者中，雌激素(estrogen,E2)的作用最明顯，且臨床E2替代治療也有一定療效。下面以E2為核心，就最近國內OA流行病學變化和國內外相關臨床或基礎研究成果作一簡要介紹。

1 雌激素及其受體

E2調節(jié)人體多個系統(tǒng)或器官的正常生長發(fā)育、營養(yǎng)物質代謝及能量平衡[7]。多數(shù)人僅認為E2對生殖系統(tǒng)發(fā)育重要，但近幾十年來，研究表明E2還調控著神經(jīng)、心血管、免疫和骨骼肌肉系統(tǒng)的發(fā)育，且多數(shù)研究認為E2能增強機體免疫，促進骨骼礦化和骨骺閉合。

雌激素受體(estrogen receptors,ERs)是核受體家族，在細胞漿，可分為ERɑ和β，分別定位在染色體6q25.1和14q22-24[8]。ER由六個區(qū)域，共五部分組成，分別是氨基端、羧基端、DNA連接部、配體連接部和中間的連接部分，其中氨基端可變性最多，還包括超激活區(qū)域AF-1，不依賴配體[9]。ER分布在全身多個組織，也分布于骨骼肌肉系統(tǒng)中的軟骨、軟骨下骨、滑膜、韌帶和肌肉等組織[10-11]。而且ERɑ主要分布在骨皮質，ERβ主要在軟骨、松質骨和滑膜[12]。ER與受體激動劑結合產(chǎn)生激動效應，反之產(chǎn)生抑制效應；E2的作用效應不僅由組織中不同細胞類型所占的ER受體比例所決定，還受配體類型的比例影響。

2 雌激素與OA流行病學

中老年婦女E2水平顯著低于絕經(jīng)前女性，最近大量流行病學顯示：不論職業(yè)、居住環(huán)境、地區(qū)和種族等因素，臨床上中老年女性OA的患病率明顯升高。賀凱[13]選取山東大學1770名40歲以上體檢的教職工行問卷調查，得出男性KOA患病率為14.36%，女性為21.45%，差異具有顯著性。2015年沈明球等[14]采用分層整群多階段抽樣方法對38歲以上新疆北疆牧區(qū)維、哈和漢族常住居民進行膝骨關節(jié)炎(KOA)主要致病因素入戶現(xiàn)場封閉式問卷調查，收回有效問卷3 402份經(jīng)過多因素非條件回歸分析得出高齡和女性等是共同的致病因素；閉經(jīng)是主要危險因素；維、哈族女性患病率明顯高于漢族。

盡管多數(shù)流病學研究顯示中老年OA患病率與性別顯著相關，但目前仍有研究對此持不同意見。宰慶書等[15]對魯西南地區(qū)鄒城市3427名40歲以上常住居民進行問卷調查，得出男性OA占總患病人數(shù)的48%，女性為52%，差異無顯著性。項曉偉等[16]對深圳市羅湖區(qū)1000名50歲以上等比例男女老年居民入戶調查，得出女性KOA患病率為12.4%，男性為7.00%，總患病率為9.70%，男女性別無統(tǒng)計學意義。更值得關注的是，黃洪蓉[17]對我國22個社區(qū)1072例50歲以上KOA患者行發(fā)病趨勢分析，男性患者占62.6%，女性占37.4%，男性顯著高于女性。

最近多項KOA流行病學文獻綜述明確指出性別和體內激素水平是系統(tǒng)性危險因素，局部因素中肥胖與女性關系密切[18,19]。2014年，潘丁[20]對近年來共55篇國內OA流行病學原始橫斷面研究，并進行Meta分析得出，男性KOA患病率為14.2%，女性為24.4%，差異有顯著性。總體而言，當前多數(shù)流行病學研究認為中老年OA發(fā)病率與性別有關，而由于沒有嚴格按照分層整體多階段抽樣、抽樣樣本不足、分析方法有缺陷或研究人員的偏倚甚至研究設計不合理等因素，造成統(tǒng)計結果有明顯偏差。值得期待的是，2015年陳偉等[21]將對我國KOA相關危險因素行全國性系統(tǒng)調查，這將使以上爭議迎刃而解。

3 雌激素與OA相關的臨床研究

前面多數(shù)流行病學資料顯示OA的多發(fā)人群是中老年女性，同時多數(shù)臨床研究表明E2水平與OA的發(fā)生或嚴重程度呈反比。梁海波等[22]對76例40歲以上女性KOA患者行E2水平檢測并對結果進行相關性分析，線性回歸分析顯示血清E2水平與絕經(jīng)呈負相關，與美國特種外科醫(yī)院膝關節(jié)評分呈正相關。戴七一等[23]以50歲以上60例KOA女性與30例健康女性為研究對象，比較空腹血清E2水平，發(fā)現(xiàn)KOA組平均年齡小，血清E2含量明顯低于正常組。秦杏坤等[24]對26例55歲以上女性血清及關節(jié)液中E2的變化研究中發(fā)現(xiàn)E2減低參與患者OA的發(fā)病過程。L.B.Tankó等[25]在Pubmed檢索1980-2007年臨床原始研究資料，對其摘要分析后認為在絕經(jīng)后女性中，自體E2及外來E2替代治療對關節(jié)軟骨直接或間接的作用能維持骨和軟骨組織健康。而Bianca M.de Klerk等[26]基于Medline和EMBASE檢索OA和E2相關文獻并對其進行系統(tǒng)分析，認為E2與OA不存在明確關系，這種關系太復雜而無法確定E2是否對50歲以上婦女OA高患病率起作用。

而源于婦女健康自發(fā)試驗(Women’s Health Initiative study,WHI)的數(shù)據(jù)顯示服用E2的女性，與安慰劑組比較可減少45%的全關節(jié)置換術[27]。俞益火等[28]用滋陰補腎法通過上調E2水平改善絕經(jīng)后KOA患者關節(jié)功能并減輕滑膜炎癥。說明調理中老年女性激素水平可緩解KOA癥狀。另外，薛延等[29]進一步從基因水平上對比說明攜帶ER等位基因xx基因型的患者更易患OA。而劉源等[30]對ERɑ基因XbaⅠ位點多態(tài)性與OA患者易感性進行Meta分析發(fā)現(xiàn)兩者不存在關聯(lián)；此后胥伯勇等[31]收集9篇ERɑ基因PvuⅡ、XbaⅠ位點多態(tài)性與OA患者對照研究文獻共包括3228例OA患者和6327例健康人群，Meta分析發(fā)現(xiàn)ERɑ基因PvuⅡ、XbaⅠ位點多態(tài)性與OA遺傳易感性無明顯關聯(lián)，而PvuⅡ位點等位突變時亞洲人OA遺傳易感性略高于歐美人，反之XbaⅠ位點等位突變使歐洲人略高。

4 雌激素與OA相關的動物實驗研究

4.1 雌激素與OA軟骨或軟骨下骨病理改變的關系

幾十年來，國內外多數(shù)去雙側卵巢動物實驗認為E2缺乏對軟骨及軟骨下骨有直接或間接損害。劉軍等[32]將60只成年雌性SD大鼠分為去勢(ovariectomy,VOX)、假手術(Sham)、去勢補充雌激素組(OVX+ E2)，第6、10周膝關節(jié)病理改變呈輕中度OA改變，而E2補充組病理變化較輕，且同期Mankin評分明顯偏低。Santos Castaeda等[33]對13只兔子行雙側卵巢切除術，22周后取材，膝關節(jié)軟骨Mankin評分明顯高于對照組。2015年，李楠等[34-35]單純切除SD大鼠雙側卵巢3月后股骨頭關節(jié)面肉眼顯示為缺乏光澤，表面粗糙不平，局部可見軟化灶，邊緣有骨贅形成；光鏡下顯示關節(jié)面不平整，軟骨層變薄，毛細血管增生，潮線缺失，骨小梁破壞且排列紊亂。梁震等[36]將15只Harlty豚鼠分為30天、90天和210天組，后兩組脛骨關節(jié)軟骨光鏡下分別表現(xiàn)出中重度軟骨損害，三組蛋白聚糖與年齡呈反比，E2與年齡呈正比。

此外，戴國鋒等[37]運用掃描電鏡和發(fā)射電鏡在32月齡豚鼠去卵巢實驗中發(fā)現(xiàn)去勢組脛骨平臺軟骨損害較對照組明顯，且與組織病理學改變吻合。Y.H.Sniekers等[38]采用系統(tǒng)回顧的方法將納入的相關文獻分為去勢卵巢對軟骨的作用和E2治療對軟骨的作用，得出11/14項成熟動物實驗顯示去勢組軟骨損傷，去勢后行選擇性E2受體激動劑治療的所有6項動物實驗都表明有保護效應，而E2治療的效果未定。

4.2 雌激素與軟骨或軟骨下骨代謝的關系

切除卵巢是經(jīng)典的骨質疏松癥造模方法，說明E2對骨的代謝作用明確，很多研究者運用此造模原理探索對OA的作用。梁祖建等[39]將20只10月齡大鼠分為去勢組和假手術組，2月后取材，前者E2水平顯著下降，骨小梁面積百分數(shù)、寬度、數(shù)量和分離度以及銀光周長百分率、礦化沉積率和骨形成率均明顯下調，破骨細胞數(shù)顯著上調。骨鈣蛋白(osteoarthritis,OC)、Ⅰ型膠原降解碎片(fragments of C-terminal crosslinked telopeptide type Ⅰcollagen,CTX-Ⅰ)分別是骨合成與吸收的敏感指標，軟骨寡聚基質蛋白(COMP)和Ⅱ型膠原降解碎片(fragments of C-terminal crosslinked telopeptide typeⅡcollagen,CTX-Ⅱ)是代表軟骨降解的敏感指標。Jae-Hyuk Yang等[40]將35只7月齡雌性SD大鼠隨機分為5組，假手術組(sham)、去勢組(OVX)、去勢加雌激素組(OVX-E)、去勢加孕激素組(OVX-P,progestin)和去勢加雌孕激素組(OVX-E-P)，術后給藥10周，之后的1、5、9周采取各組大鼠尾靜脈血，測定每組血清中COMP、CTX-Ⅰ、OC的含量，對比給藥后各指標含量變化，發(fā)現(xiàn)OVX-E-P組COMP(cartilage oligomeric matrix protein)、CTX-1水平均比OVX-E組更低且與sham組類似，OC含量降低更為顯著，與OVX組比較均有統(tǒng)計學意義。趙傳喜等[41-42]發(fā)現(xiàn)去雙側卵巢大鼠組與對照組相比，血清E2降低，CTX-Ⅱ水平明顯升高，右膝股骨髁軟骨退變明顯，Mankin評分升高；與具有促進E2分泌的補腎活血中藥組相比也得出類似結論，但顯著性均沒有前者強。

此外，E.Calvo等[43]在12只成熟兔的復合模型研究中發(fā)現(xiàn)預先去卵巢誘導的骨質疏松可加重OA軟骨的損傷。M A Karsdal等[44]認為在某些重要方面，E2對骨、軟骨和炎癥的多重效應可能正符合OA復雜的病因學，合理的E2干預會獲得最大收益。然而，J.C.Holland等[45]將22只骨骼發(fā)育成熟的綿羊分為去勢組和對照組，飼養(yǎng)一年后取脛骨行雙能X線檢查、熒光顯微鏡觀察骨及骨小梁、甲苯胺藍和快綠染色，得到的數(shù)據(jù)分析表明去勢不是OA的直接病因，但會增加骨質疏松發(fā)生率并可能使已發(fā)生的OA更為嚴重。

4.3 雌激素與OA炎癥或炎性因子的關系

E2可調節(jié)局部或全身炎性因子而直接或間接與OA關聯(lián)。張俐等[46]將24只8月齡SD雌性大鼠隨機分為空白、Sham和OVX組，術后7周取材，發(fā)現(xiàn)OVX組與前兩組比較iNOS(inducible nitric oxide synthase)顯著升高，與對照組比較SOD(超氧化物歧化酶)顯著下降，膝關節(jié)組織學表現(xiàn)呈中度斷骨損傷。宋亦軍等[47]將60只雌性新西蘭兔均行膝關節(jié)伸直位固定術分為6組，5組都去勢并分別給予低中高口服戊酸雌二醇(E2V)、中劑量E2V+安宮黃體酮(MPA)和不用藥，最后1組行假手術且不用藥，分別于8、16周處死取材，去勢后各組MMP-1、3和IL-1βmRNA表達增加，給予E2V后均有所抑制，MPA有協(xié)同作用，其中低劑量E2V組使MMPs/TIMP-1(Matrix Metalloproteinases,MMPs;Tissue Inhibitor of Metalloproteinases,TIMPs)均降低，而高劑量E2V組則使之增高，但仍低于不用藥組。Atsuhiko Yoshida等[48]將24只12周齡大鼠行雙側卵巢切除術后分為OVX組、OVX+E2組和Sham組，而后立刻全部行前叉韌帶切斷術，自由活動30天后取膝關節(jié)行HE染色、基因蛋白產(chǎn)物9.5(protein gene product pan-neuronal marker,PGP9.5)、P物質(substance P,SP)和降鈣素基因相關多肽(calcitonin gene-related peptide,CGRP)的免疫熒光染色，結果顯示OVX組中滑膜炎的程度、SP/CGRP免疫激活的神經(jīng)纖維密度明顯高于E2和Sham組，說明在前叉模型中E2部分調節(jié)感覺神經(jīng)多肽的表達，同時抑制或預防滑膜炎的進展和關節(jié)軟骨退變。

王健等[49]在PubMed、Embase和Elseveir數(shù)據(jù)庫以OA、E2、MMPs、ILs(interleukin)和TNF-ɑ(tumor necrosis factor)為檢索詞檢索1992-2014年33篇相關文獻，得出E2抑制骨吸收而延緩OA進展，在OA后期E2及其化合物可抑制滑膜炎癥而抑制軟骨流失。Anne C Bay-Jensen1等[50]在一項去卵巢大鼠全層膝關節(jié)軟骨的微陣列分析中發(fā)現(xiàn)，E2缺乏可調控多種促炎因子和影響軟骨代謝進而加速關節(jié)退變。大體而言，E2可影響炎性因子參與OA的發(fā)展變化，而具體干預形式或機制太復雜還有待進一步探索。

5 小結與展望

上文從流行病學、臨床或動物實驗研究三個大方面介紹了E2與OA的關系。國內各地區(qū)中老年人OA流行病學結果差異很大，有的甚至相反，這可能與多方面人為因素存在很大關系，尤其是實驗設計和統(tǒng)計方法，多項研究對比中，發(fā)現(xiàn)嚴格采用分層整群多階段抽樣的結果都支持性別是OA系統(tǒng)危險因素之一。目前，盡管在流行病學、臨床或動物實驗研究的不同層面關于E2對OA的作用仍然存有爭議，然而絕大多數(shù)研究都認為E2缺乏可破壞軟骨，特別是臨床研究已將E2替代治療用于臨床，最為有利的證據(jù)是E2或其調節(jié)劑可有效緩解OA患者疼痛，并略微降低患病率和減少關節(jié)置換發(fā)生率。但是隨著E2替代治療及其類似物的大量應用，不僅使OA患者受益，同時也增加了心血管事件或乳腺癌的發(fā)生率，這正嚴重限制其進一步推廣。然而幾乎所有的動物實驗都認為E2直接或間接與OA相關，但爭議的核心在于：1.E2缺乏是否直接導致OA，2.E2通過何種途徑調節(jié)炎性因子、軟骨及軟骨下骨代謝進而影響OA。由于涉及的因素太多并且之間相互作用太過復雜，很難理清頭緒，但筆者以為結合最新OA病機和最近E2與OA關系的再認識，從分子免疫學和生物力學角度，研究E2通過局部炎性破壞或骨與軟骨代謝誘導途徑的某一方面探求對OA的影響將有助于進一步認識其作用機理，有利于開發(fā)針對特異靶點作用的藥物。