載脂蛋白E對絕經(jīng)后婦女骨質(zhì)疏松影響的研究進展

沈蘊茹 郭海英* 孫振雙 徐道明 吳文忠 劉蘭英

1.南京中醫(yī)藥大學第二臨床醫(yī)學院，江蘇 南京 210023 2.南京中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院，江蘇 南京 210029

絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥(post menopausal osteoporosis，POP)多年來都是國際醫(yī)學研究的重點，絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥受多種因素所影響，其中與脂代謝關(guān)系密切，特別是絕經(jīng)后婦女多因激素代謝異常導致骨代謝與脂代謝紊亂，脂代謝紊亂導致的心血管疾病常與骨質(zhì)疏松癥伴隨發(fā)生，多項新研究闡明，國內(nèi)外學者認為載脂蛋白E(Apolipoprotein E，ApoE)參與脂代謝與骨代謝，并起到至關(guān)重要的作用，本文通過介紹ApoE基因多樣性、ApoE通過參與調(diào)節(jié)Wnt信號通路與PPARγ之間的拮抗作用誘導骨髓間充質(zhì)干細胞雙向分化、ApoE影響下骨鈣素的羧化以及中醫(yī)理論等方面，配合國內(nèi)外實驗研究成果，總結(jié)ApoE對絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的影響，對探究絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病機制與治療新方向提供研究思路。

1 ApoE的基因多樣性對脂代謝及骨代謝的影響

ApoE是一個分子量為34kDa的堿性糖蛋白，具有相對較強的受體結(jié)合能力，在脂代謝中起核心作用[1]。ApoE在肝臟參與脂代謝，與多種脂蛋白受體(極低密度脂蛋白受體、低密度脂蛋白受體、硫酸乙酰肝素蛋白聚糖、極低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白等)結(jié)合，并能影響富含三酰甘油的脂蛋白(Triglyceride rich lipoprotein，TRL)對構(gòu)成動脈粥樣硬化斑塊的殘余脂蛋白的水解過程，同時，極低密度脂蛋白(very low density lipoprotein，VLDL)以及進餐后在腸道內(nèi)合成的乳糜顆粒殘體，兩者都以ApoE作為載點，進而向身體提供內(nèi)源性脂質(zhì)[2-3]。

ApoE具有多態(tài)性與多樣表達性[4]。早于1988年，Maheley RW 經(jīng)研究提出載體蛋白E的第4外顯子上有三個等位基因(ε2、ε3、ε4)[4]，這3種氨基酸組合對ApoE的功能起到極大影響，ε2、ε3、ε4對應的異構(gòu)體為E2、E3、E4，分為三對純合子(E2/2、E3/3、E4/4)與三對雜合子(E2/3、E2/4、E3/4)這樣6對等位基因表現(xiàn)型[2]，ApoE的多態(tài)性與多樣表達性被認為能有效參與調(diào)控脂質(zhì)代謝[5]，并在Cerda A、Christidis DS等研究受脂代謝影響的心血管神經(jīng)系統(tǒng)疾病的專家們的眾多實驗報告中指出，這也是提高治療脂代謝疾病的藥物療效的重要原因[6-7]，ApoE基因多樣性影響絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松發(fā)病機制的研究在國內(nèi)外也有眾多研究，1997年日本有研究287名絕經(jīng)后女性ApoE基因?qū)琴|(zhì)疏松的影響，結(jié)論證實E4等位基因可能與骨代謝指標有關(guān)[8-10]。對于ApoE的等位基因多樣性與絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松的關(guān)系有眾多后續(xù)研究，Loran等學者通過篩選394名身體質(zhì)量指數(shù)(Body mass index，BMI)在20—23.9之間的絕經(jīng)后白人婦女進行對照試驗，進行ApoE基因分析以及腰椎、股骨的雙能X射線法測定骨密度，證實E4等位基因的出現(xiàn)率在有骨質(zhì)疏松癥狀的絕經(jīng)后婦女中更為常見，并認為有等位基因E4的絕經(jīng)期婦女比一般人更可能患上骨質(zhì)疏松癥，并有更高的骨折風險可能，中老年常見的克雷氏骨折、股骨頸骨折等，擁有ApoE4等位基因的女性比一般人高出兩倍左右[11]。荷蘭阿姆斯特丹對1406名55-58歲中老年人的ApoE與骨密度關(guān)系性進行研究，該研究選擇人群樣本中有720名女性，682名男性，結(jié)論證實不僅ApoE4對中老年骨質(zhì)疏松癥有影響，并且發(fā)現(xiàn)中老年婦女攜帶ApoE4等位基因的人群擁有更低的骨密度水平，并有更大風險患上脊柱畸形，相對的男性ApoE4對骨代謝的影響結(jié)論并不明顯[12]。

在對ApoE基因型的研究進展中表明，ApoE的基因型不僅受性別、年齡的影響，同樣也與地域以及人種有關(guān)，針對亞洲地區(qū)黃種人的研究，日本地區(qū)相對較多研究證實了絕經(jīng)后女性骨質(zhì)疏松癥與ApoE基因型以及基因?qū)Φ年P(guān)系，中國地區(qū)同樣有眾多學者針對ApoE4等位基因以及相關(guān)基因表現(xiàn)型進行研究，ApoE水平對脂代謝與骨代謝發(fā)病機制的影響都有了較多證實。有研究者篩選香港、臺灣、上海、日本與部分歐洲地區(qū)白種人絕經(jīng)后婦女進行研究，研究證明與骨質(zhì)疏松發(fā)病機制相關(guān)的ApoE4等位基因，我國女性攜帶者較其他地區(qū)少，ApoE作為可調(diào)節(jié)因素，也許能被環(huán)境所影響，需要更多樣本進行研究[13]。現(xiàn)階段用于治療脂代謝相關(guān)疾病的主流藥物阿托伐他汀類藥物，ApoE的基因多樣性也是藥物提高療效的重要原因之一，而阿托伐他汀類藥物經(jīng)測定也能夠?qū)琴|(zhì)疏松的治療起到一定影響，可以減少骨量流失[14]。故ApoE的基因多樣性同時影響脂代謝以及骨代謝，并可能是絕經(jīng)后婦女骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病機制之一。

2 ApoE參與誘導骨髓間充質(zhì)干細胞雙向分化的分子機制

脂肪細胞與骨細胞兩者由骨髓間充質(zhì)干細胞分化而來，基于雙向分化原理，骨髓間充質(zhì)干細胞細胞會向脂肪細胞與骨細胞兩個方向分化，現(xiàn)階段研究證明，骨代謝與脂代謝之間的轉(zhuǎn)換是能夠被調(diào)節(jié)的，ApoE是參與該代謝的主要調(diào)節(jié)因素之一。Wnt通路與多種信號因子互相作用影響骨代謝[15]，如通過Wnt信號能調(diào)節(jié)巨噬細胞和軟骨細胞中的聚集蛋白聚糖與基質(zhì)金屬蛋白酶的表達，從而誘導骨生成[16]。目前國內(nèi)外研究多數(shù)認為，Wnt信號通路是脂代謝紊亂影響骨代謝導致骨質(zhì)疏松的細胞生理基礎(chǔ)[16-17]。

ApoE有較強的受體結(jié)合力，在Wnt/β-catennin信號通路中對骨量生成的調(diào)節(jié)有至關(guān)重要的影響[18]，其中也包括影響骨關(guān)節(jié)炎、軟骨損傷等預后的骨修復[18-19]。Wnt/β-catennin通路中LRP5/6受體與ApoE互相作用，ApoE可以以同種型依賴(isoform-dependent)的方式與LRP受體蛋白結(jié)合，其中ApoE4的同種型依賴結(jié)合力最強，且大多數(shù)會與LRP6相結(jié)合[20]。Wnt/β-catennin信號通路中，LRP5受體被國外眾多學者證實能直接影響骨細胞的數(shù)量[21]，LRP5基因功能喪失會直接導致骨細胞減少，例如新生兒僅LRP5缺乏則會直接導致患骨質(zhì)疏松癥[22]，相對的，骨密度增高癥則會出現(xiàn)于LRP5基因功能突然增強時[23-24]。Glass等學者研究表明，LRP5在Wnt/β-catennin信號通路中并非改變骨細胞的功能，而是調(diào)節(jié)骨髓間充質(zhì)干細胞的分化方向，誘導骨細胞的生成，所以骨細胞是可以被誘導分化的[25]。另一方面，Wnt/β-catennin信號通路也會影響脂蛋白代謝，眾多脂代謝異常導致的心血管系統(tǒng)疾病都與此有關(guān)聯(lián)性，被ApoE與LRP結(jié)合調(diào)控的處于高水平的Wnt信號，也能夠反作用于骨髓間充質(zhì)干細胞向脂肪細胞分化的途徑，抑制或減少脂肪細胞的形成量，間接參與脂肪代謝。反之，當代謝紊亂，Wnt信號阻斷缺失或處于信號低水平狀態(tài)時，磷酸化后的β-catennin細胞對向骨細胞誘導轉(zhuǎn)錄的作用減少，讓細胞多向脂細胞轉(zhuǎn)化，使脂細胞增加。ApoE在Wnt/β-catennin信號通路中作為一個動力推進器，推動誘導骨髓充質(zhì)干細胞向成骨細胞分化，并相對能抑制向脂肪細胞分化方向。(圖1)

圖1 ApoE影響下的Wnt/β-catennin信號通路Fig.1 Wnt/β-catenning signaling pathyway under the influence of ApoE

脂代謝異常導致過多脂質(zhì)積累也同樣會反作用于骨代謝，ApoE是脂代謝中至關(guān)重要的組成部分，在ApoE參與的脂代謝與過氧化物酶體增殖物受體 (peroxisom e proliferator activated receptor，PPARγ)關(guān)系緊密，PPARγ的興奮性直接受脂代謝影響。與Wnt信號通路作用相反，PPAYγ激活骨髓間充質(zhì)干細胞向脂肪細胞分化的興奮性。PPARγ與Wnt信號通路互相作用，兩者之間存在拮抗關(guān)系，PPARγ與Wnt/β-catennin信號共同作用于β-catennin，β-catennin如同天秤中點[26]，當Wnt信號減少缺失，PPARγ會相對抑制β-catennin，降低對目的基因向骨細胞分化的誘導轉(zhuǎn)錄，偏向?qū)χ炯毎姆只罱K導致骨質(zhì)疏松[27]，反之，當Wnt信號強時也會抑制脂肪細胞的分化，減少PPARγ的興奮性，則向骨細胞分化方向偏移(圖2)。研究表明，PPARγ的激活表達受體內(nèi)堆積的脂質(zhì)影響，過多的脂質(zhì)堆積和過高的脂蛋白水平皆會導致脂質(zhì)氧化，從而增強PPARγ通路激活的可能性[28-29]。綜上，脂代謝與骨代謝是相互影響，且脂代謝紊亂導致的肥胖患者相較一般人可能更容易換上骨質(zhì)疏松癥?？梢钥闯觯珹poE同時參與骨代謝和脂代謝調(diào)節(jié)，通過干預Wnt/β-catennin信號通路與PPARγ，引導與調(diào)節(jié)骨髓間充質(zhì)干細胞的雙向分化。

3 ApoE4調(diào)控維生素K對血清骨鈣素的影響

圖2 ApoE影響下Wnt信號通路與PPARγ對骨髓間充質(zhì)干細胞分化的雙向調(diào)節(jié)Fig.2 Bidirectinal regulation of Wnt signaling pathway and PPARγ on differentiation of bone marrow mesenchymal stem cell under the influence of ApoE

脂溶性維生素K(Vitamin K，VK)與其他族維生素不同，VK依賴載脂蛋白進行運輸，通過研究ApoE-/-小鼠證明，ApoE基因型影響成骨細胞是否有足夠量維生素K[30-31]。研究表明去勢大鼠的血清骨鈣素水平會大幅下降，骨鈣素是鈣離子結(jié)合蛋白，骨鈣素水平下降會導致骨密度下降與骨脆性增加[32]，VK是γ-羧化酶的輔助因子，能將骨鈣素中殘留的3谷氨酸羧化，該修飾過程對于維持γ-骨鈣素的完整性是必不可少的，對骨質(zhì)量與骨重建有重要影響?，F(xiàn)階段對于ApoE是否能通過轉(zhuǎn)運維生素K直接影響血清骨鈣素的羧化其機制仍需要更多的實驗證明，但在眾多臨床研究中表明，尤其是絕經(jīng)后婦女補充維生素K能夠增強骨密度，減少骨折風險[33-34]，并且在對照實驗中證明中老年女性使用維生素K預防骨質(zhì)疏松癥效果比男性群體更為明顯。日本已將維生素K作為國家認可的骨質(zhì)疏松治療藥物，VK分為維生素K1(Vitamin K1，VK1)與維生素K2(Vitamin K2，VK2)，VK2是人體中VK的主要形式，直接影響骨細胞的形成，VK2可由腸道菌群合成，但幾乎不能被直接吸收，一般通過口服途徑補充，納豆被認為富含大量VK2，現(xiàn)亞洲人種的骨質(zhì)量水平日本占有優(yōu)勢，也或與飲食習慣有關(guān)[35]。同時也有研究證明，血清骨鈣素也會影響血脂水平，脂代謝與骨代謝之間會互相影響[36]，故ApoE與維生素K的結(jié)合運輸可能是一種新型的骨代謝機制。

4 中醫(yī)理論中ApoE對脂代謝異常導致的骨質(zhì)疏松影響的理論研究

現(xiàn)階段越來越多的研究表明，絕經(jīng)后婦女激素水平變化與ApoE關(guān)系緊密，大量臨床報告顯示絕經(jīng)前后婦女常同時伴有骨質(zhì)疏松和脂代謝異常導致的心血管系統(tǒng)疾病、阿爾茨海默病等，單一的他汀類藥物或雌激素替代療法都未能取得更好的療效，長期使用該類藥物也會對身體造成一定傷害。故有些國內(nèi)外學者將對絕經(jīng)后婦女的骨質(zhì)疏松癥治療放在中醫(yī)上，在中醫(yī)理論中，“腎主骨”，骨與腎的關(guān)系密切，《內(nèi)經(jīng)》指出婦女在絕經(jīng)前后，即“天癸衰”后會出現(xiàn)毛發(fā)枯黃，牙齒松動，骨質(zhì)脆弱等表現(xiàn)，且婦女比男性要更早也更容易出現(xiàn)由于年齡增長而導致腎精失充的癥狀，需要加強關(guān)注。補腎一直以來作為中醫(yī)治療骨質(zhì)疏松的主要方向，治療原則基于中老年婦女腎虛，需要依靠補腎以增強腎精腎氣，從而使骨得以充養(yǎng)。國內(nèi)學者研究認為，ApoE在中醫(yī)理論中與痰證關(guān)系緊密，《仁齋直指方》中有提出“肥人氣虛生痰，故多痰濕，”說明早于幾百年前就有臨床經(jīng)驗研究指出脂代謝異常與痰濕體質(zhì)、證候互相作用。受個人體質(zhì)、居住地方、生活習慣等因素影響的痰濕證候會導致脂代謝異常，脂代謝異常也會反作用于痰濕證候，使痰淤體內(nèi)，濕氣不排，進而導致濕濁在體內(nèi)堆積，脾胃功能失調(diào)。脾胃與腎在藏象關(guān)系中聯(lián)系緊密，先天后天精微互相充養(yǎng)，所以脾胃功能失調(diào)，則后天之精運化失調(diào)，后天之精不能充養(yǎng)先天之精，故導致腎氣不充，腎臟功能失司，腎精與水谷精微不能充養(yǎng)骨骼，便會進一步引發(fā)骨枯、骨萎，也就是現(xiàn)代的骨質(zhì)疏松癥。ApoE在脂代謝與骨代謝調(diào)節(jié)中起到至關(guān)重要的作用，同時于中醫(yī)理論中也與痰濕證候相關(guān)[37-39]，影響腎精充養(yǎng)骨的作用。中醫(yī)方劑治療具有能夠長期服用，副作用小，能在一副湯藥通過草藥配伍整體治療的優(yōu)越點，所以在今后對于骨質(zhì)疏松癥的治療中，可以按照中醫(yī)的整體治療觀念，將健脾化濕的治法也作為治療骨質(zhì)疏松的重要方向之一。

5 小結(jié)

綜上所述，絕經(jīng)后婦女常伴的代謝紊亂，骨質(zhì)疏松常與脂代謝紊亂伴隨出現(xiàn)，ApoE已經(jīng)被確定為對絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥影響極大的新機制。ApoE作為參與脂代謝的重要環(huán)節(jié)調(diào)控骨代謝，其基因多樣性影響絕經(jīng)后代謝紊亂性疾病的發(fā)病機制與用藥效果，通過Wnt/β-catennin信號通路與PPARγ的拮抗作用，誘導骨髓間充質(zhì)干細胞的雙向分化，同時影響血清骨鈣素水平，從而調(diào)控骨質(zhì)量。從以上研究進行構(gòu)想，聯(lián)系中醫(yī)理論，ApoE與痰證的關(guān)系引出是否能通過健脾化濕從而更有效的補腎固本，防治骨質(zhì)疏松癥，現(xiàn)針對絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松的西藥治療仍然較為單一，中藥治療能夠更全面并且長期服用，盡管仍然缺乏大量樣本，尤其是對于中國絕經(jīng)后婦女ApoE基因型以及ApoE對血清骨鈣素的修飾作用等的研究，但調(diào)控ApoE仍會成為未來治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松的新靶點，希望通過一系列研究進一步討論ApoE影響絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的機制，為將來用藥治療以及疾病預防等方面提供更多新思路。