雌激素調(diào)節(jié)骨代謝作用的研究進展

李微 張博 張雨薇 黃樹明*

1.黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040； 2.黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)藥研究院，黑龍江 哈爾濱 150040

1 雌激素、雌激素受體及骨質(zhì)疏松癥

1.1 雌激素及其來源

雌激素是一種由18個碳組成的類固醇類激素，由芳香化酶催化雄激素合成，主要以雌二醇、雌酮、雌三醇等形式存在。雌激素具有廣泛的生物活性，其主要通過與雌激素受體結(jié)合，對生殖系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、胰島功能、骨代謝等多方面產(chǎn)生影響[1]。雌激素在體內(nèi)主要由性腺器官和非性腺器官產(chǎn)生，女性絕經(jīng)前體內(nèi)的雌激素主要來自于卵巢，絕經(jīng)后卵巢分泌的雌激素急劇減少，體內(nèi)的一些非性腺組織也能夠分泌雌激素，如：脂肪間充質(zhì)干細胞、骨細胞、血管內(nèi)皮細胞、動脈平滑肌細胞以及腦內(nèi)的下丘腦、邊緣系統(tǒng)的神經(jīng)元等均可以產(chǎn)生，并在局部發(fā)揮作用[2]。

1.2 雌激素受體及其分布

經(jīng)典的雌激素受體(ER)包括雌激素α受體(ERα)和雌激素β受體(ERβ)兩種，其中ERα又分為ER-α66、ER-α46 和 ER-α36 三種亞型[3]。ERα和ERβ屬于固醇類激素核受體[4]。ERα是于1985年第一個被克隆出來的ER[5]，1996年第二個ER被克隆得到，并被命名為ERβ[6]。ERα主要分布在性器官，如：乳房、子宮、卵巢、睪丸、和附睪，其他組織中也有分布，如：肝臟、腎臟、腎上腺、腦下垂體和下丘腦等；ERβ除了在前列腺有分布外，其主要并不分布在性器官，在皮膚、骨、腦、肺、膀胱、血管、淋巴系統(tǒng)和脂肪組織等中幾乎都有表達[7]。近年一種新型的雌激素受體被發(fā)現(xiàn)，命名為G蛋白偶聯(lián)受體30(GPR-30)，是一種位于細胞膜上與雌激素有很強親和力的受體，其分布也非常廣泛，涉及到的組織包括：中樞神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、腎臟及其他和代謝相關(guān)的組織結(jié)構(gòu)[8]。

1.3 雌激素與骨質(zhì)疏松癥

骨質(zhì)疏松是一種常見的代謝性骨病，其特點表現(xiàn)為骨密度下降，骨量減少，骨脆性增加，骨折風(fēng)險加大[9]。根據(jù)其病因可以將骨質(zhì)疏松分為原發(fā)性和繼發(fā)性兩種類型，其中原發(fā)性是比較常見的類型，包括老年性和絕經(jīng)后兩種，其致病因素包括內(nèi)分泌、遺傳、物理、免疫、營養(yǎng)狀況及生活方式等多方因素。老年人隨著年齡的增長，導(dǎo)致體內(nèi)性激素水平下降、甲狀旁腺水平升高、維生素D和K2水平下降等變化，致使骨形成和骨重建的平衡機制破壞，最終形成低轉(zhuǎn)換型骨質(zhì)疏松[10]；而絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松主要因為雌激素缺乏導(dǎo)致骨吸收大于骨形成，使骨量丟失，形成高轉(zhuǎn)換型的骨質(zhì)疏松[11]。

2 雌激素影響骨代謝的作用機制

雌激素對骨的新陳代謝起重要的調(diào)節(jié)作用，即體現(xiàn)在影響破骨細胞的骨重吸收，又體現(xiàn)在影響成骨細胞的骨形成，其是通過與雌激素受體結(jié)合實現(xiàn)的，早在20多年前，分布于成骨細胞和破骨細胞的雌激素受體就被證明對骨有直接的作用，雌激素既可以直接作用于骨細胞，也能夠通過調(diào)節(jié)免疫細胞以及細胞因子等起到間接的調(diào)節(jié)作用[12, 13]。

2.1 雌激素對破骨細胞的作用

破骨細胞是在趨化因子和細胞因子的作用下，由骨髓中造血干細胞前體細胞分化而來，其通過骨吸收功能參與骨的代謝平衡，并參與維持骨骼的完整性和穩(wěn)態(tài)[14]。1991年，破骨細胞就被證實為雌激素作用的直接靶點[15]，Takashi Nakamura 等[16]和Martin-Millan M等[17]均采用了Cre重組酶插入的方法，使破骨細胞上的雌激素受體不表達，結(jié)果使破骨細胞的凋亡減少，存活時間延長，骨小梁骨量降低。雌激素促使破骨細胞凋亡的作用，可以通過降低c-jun(原癌基因片段)的活性來阻礙細胞核因子k B受體活化因子配體/巨噬細胞集落刺激因子(receptor activator of nuclear factor κB ligand/Macrophage colony-stimulating factor, RANKL/M-CSF)誘導(dǎo)蛋白-1依賴性的活化劑的轉(zhuǎn)錄來實現(xiàn)；也可以通過抑制RANKL誘導(dǎo)的破骨細胞分化實現(xiàn)[18,19]。雌激素通過促進雌激素受體與骨架蛋白1結(jié)合，使雌激素受體與腫瘤細胞壞死因子相關(guān)受體因子6隔離，降低細胞核因子-kB(nuclear factor κB，NF-κB)活性及抑制RANKL誘導(dǎo)的破骨細胞分化[20]。

雌激素對破骨細胞的作用，除了上述的直接作用外，還存在間接的調(diào)節(jié)作用。雌激素不但可以抑制成骨細胞、T細胞及B細胞分泌RANKL[21]，也可以增加RANKL的假性受體：骨保護素[22]。雌激素抑制其他細胞產(chǎn)生的促進破骨細胞增殖、分化的因子：白細胞介素1、白細胞介素6、腫瘤壞死因子(TNF-α)、巨噬細胞集落刺激因子和前列腺素等，間接的影響破骨細胞的重吸收[22-24]。另外，T細胞與雌激素缺乏導(dǎo)致的骨丟失之間也有密切的關(guān)系，T細胞可以增加骨的微環(huán)境中的TNF-α的含量，間接的促進破骨細胞生成[25]。

可見，雌激素對破骨細胞的作用主要分為直接作用和間接作用。直接作用主要是通過ER介導(dǎo)產(chǎn)生的，增加破骨細胞凋亡、降低破骨細胞的存活時間以及抑制破骨細胞分化。間接作用主要是利用成骨細胞和免疫細胞分泌的細胞因子間接抑制破骨細胞的增殖、分化以及降低其活性。

2.2 雌激素對成骨細胞的作用

成骨細胞由多基質(zhì)間充質(zhì)干細胞分化而來，能夠起到維持骨的結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)骨的礦化過程等作用，其分化過程受到多種調(diào)控因子影響[26]。雌激素對成骨細胞的作用體現(xiàn)在增殖、分化、功能表達及凋亡等過程中[24]。目前研究表明雌激素主要通過三種機制直接影響骨形成，分別為抑制細胞凋亡、抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)以及降低NF-kB的活性[12]。

雌激素能夠改變轉(zhuǎn)錄因子的活性，如：誘導(dǎo)細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular regulating kinase,ERKs)、轉(zhuǎn)錄因子ETL樣蛋白1(Elk-1)和CCAAT/增強子結(jié)合蛋白β(CCAAT/enhancer-binding protein β gene，C/EBPβ)氧化磷酸化、下調(diào)c-jun和上調(diào)ERK/SRE(血清應(yīng)答元件，serum response element,SRE)靶基因ger-1的表達，這些轉(zhuǎn)錄因子可以激活Src/Shc/ERK(非受體型蛋白酪氨酸激酶Src/編碼SH結(jié)構(gòu)域的基因的蛋白產(chǎn)物Shc/ERK)信號通路及下調(diào)c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase, JNK)活性，進而抑制成骨細胞凋亡并增加成骨細胞的存活時間，增加成骨細胞的活性[27, 28]。還有相關(guān)研究表明雌激素通過抗氧化的作用，抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)，使骨生成增加，成骨細胞的存活時間延長[29, 30]。其主要機制是氧化應(yīng)激反應(yīng)通過抑制WNT(無翅果蠅基因Wingless與小鼠基因Int1結(jié)合的基因)信號通路，使通路中重要的信號因子β-catenin(β-鏈蛋白)的結(jié)合位點改變，抑制骨形成[30]。另外，雌激素缺乏對骨影響的主要標(biāo)記物就是增加了成骨細胞中NF-kB的活性，NF-kB的抑制可以使促進骨基質(zhì)形成的重要轉(zhuǎn)錄因子FOS相關(guān)蛋白的表達增加，根據(jù)此觀點可以得出結(jié)論，雌激素能夠通過抑制NF-kB的活性，增加骨形成[31]。Modder等[32]，發(fā)現(xiàn)雌激素治療絕經(jīng)期婦女的性機能減退時，可以使骨髓和血液中的骨硬化蛋白減少，由于骨硬化蛋白是骨形成的有效抑制劑，故提出雌激素降低骨硬化蛋白的產(chǎn)生可能是雌激素促進骨形成的另一作用機制。

綜上，雌激素促進成骨細胞生成的作用，主要涉及到的作用機制有抑制成骨細胞凋亡，減弱氧化應(yīng)激反應(yīng)，降低NF-kB活性，降低骨硬化蛋白等。另外近幾年研究表明，雌激素受體的分布不同，對骨形成的影響也存在差異[13]。

2.3 骨細胞的重建過程

骨細胞在調(diào)節(jié)骨的重建過程中具有重要的作用，最早是由Tomkinson等證明雌激素缺乏使骨細胞的凋亡增加，表明骨細胞是雌激素作用的直接靶細胞[33, 34]。近年相關(guān)研究證明了也雌激素缺乏觸發(fā)骨細胞凋亡，增加骨重建和重吸收[35, 36]，為確定骨細胞在雌激素對骨的作用中的重要性提供更有力的依據(jù)。

骨結(jié)構(gòu)的完整是需要不斷的重建和修復(fù)來維持的，骨重建發(fā)生在基本的骨單元中，骨單元包括，成骨細胞、破骨細胞及骨細胞[12]。骨細胞、成骨細胞以及成骨細胞的前體細胞通過促進RANKL的表達來誘導(dǎo)破骨細胞的生成，這已經(jīng)是骨生物學(xué)研究領(lǐng)域達成的一個普遍共識，也有相關(guān)的學(xué)者證明促進破骨細胞生成的RANKL的主要來源于骨小梁中的骨細胞[37]。骨的重建過程是骨的重吸收和骨的形成共同調(diào)節(jié)的，當(dāng)破骨細胞完成骨吸收后，隨之成骨細胞即會啟動骨形成的機制，補充骨吸收的消耗，以確保骨骼的強度及完整性[12]。

骨重建過程中破骨細胞對成骨細胞的啟動作用，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。第一，破骨細胞參與的骨吸收過程，能夠促進骨基質(zhì)釋放對成骨細胞數(shù)量、分化及活性有積極作用的生長因子，主要包括轉(zhuǎn)錄生長因子[38]、胰島素樣生長因子及骨形態(tài)發(fā)生蛋白[39]。第二，破骨細胞可以通過細胞之間的連接及其分泌的細胞因子直接調(diào)節(jié)成骨細胞，破骨細胞分泌的細胞因子包括，跨膜蛋白-神經(jīng)細胞突觸B2(ephrinB2)及ephrinB2的受體EphB4。EphrinB2和EphB4結(jié)合，可以抑制破骨細胞的活性及增加成骨細胞的分化[40]。但Negishi-Koga T等[41]提出破骨細胞利用信號蛋白4D與其受體結(jié)合抑制成骨細胞的活性及骨的形成。第三，破骨細胞分泌成骨細胞刺激因子，Wnt10b、骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein, BMP6)和神經(jīng)鞘胺醇-1-磷酸鹽等，能夠增加成骨細胞的活性及數(shù)量。這種作用也從另一方闡釋了骨的重建過程是骨吸收和骨形成共同參與調(diào)節(jié)的，故當(dāng)雌激素治療骨丟失時，破骨細胞數(shù)量減少后，也伴隨著成骨細胞數(shù)量在一定程度上的降低[42]。

3 雌激素治療骨質(zhì)疏松癥的臨床應(yīng)用

隨著雌激素對骨代謝影響相關(guān)研究的開展，越來越多的雌激素相關(guān)療法被應(yīng)用于臨床。由于雌激素撤退是絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的主要誘因，故雌激素替代療法，無疑成為了主要的臨床的治療手段之一。早在70-80年代在臨床上就有了關(guān)于雌激素與骨質(zhì)疏松關(guān)系的相關(guān)研究，并證實了雌激素替代療法能改善絕經(jīng)后婦女的骨質(zhì)疏松癥狀[43]。盡管雌激素的療效顯著，但考慮到其誘發(fā)冠狀動脈綜合征、乳腺癌、中風(fēng)等相關(guān)疾病的風(fēng)險[44]，目前臨床上多采用雌激素聯(lián)合治療的方法。王峰等[45]，通過對127例絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥患者的臨床觀察，證實了雌激素加上黃體素聯(lián)合常規(guī)方案治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥療效確切，副作用小，具有臨床應(yīng)用價值。黎濤[46]和李景龍等[47]，也通過臨床觀察雌激素的聯(lián)合用藥，證實了雌激素在治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥方面有確切的臨床價值，值得臨床推廣。另外，近年很多具有雌激素樣作用的中藥也被應(yīng)用于臨床治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥[48-49]。

4 結(jié)論與展望

雌激素從多方面調(diào)節(jié)骨代謝，即通過直接和間接作用促進破骨細胞的凋亡和數(shù)量的減少，也通過細胞因子等促進成骨細胞的增殖和分化。通過對骨細胞、破骨細胞、成骨細胞功能的整合影響骨重建的過程。更年期后體內(nèi)雌激素水平的降低是絕經(jīng)后婦女骨質(zhì)疏松癥的根本原因，本文通過概述雌激素影響骨代謝機制及臨床應(yīng)用的研究現(xiàn)狀，以期為后期的臨床治療及實驗研究提供理論依據(jù)。