絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥發(fā)病機(jī)制研究進(jìn)展

智信 陳曉 蘇佳燦*

1. 海軍醫(yī)大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，上海 200433 2. 海軍醫(yī)大學(xué)附屬長海醫(yī)院創(chuàng)傷骨科，上海 200433 3. 中韓生物醫(yī)學(xué)工程中心，上海 201802

骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis)是由于多種原因?qū)е碌墓敲芏认陆?，骨微結(jié)構(gòu)破壞，造成骨脆性增加，從而易于發(fā)生骨折的全身性骨病。骨質(zhì)疏松癥分為原發(fā)性和繼發(fā)性兩大類，原發(fā)性骨質(zhì)疏松癥又分為絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥、老年性骨質(zhì)疏松癥和特發(fā)性骨質(zhì)疏松癥(包括青少年型)3種。絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥一般發(fā)生在女性絕經(jīng)后5～10年內(nèi)；老年性骨質(zhì)疏松癥一般指70歲后發(fā)生的骨質(zhì)疏松；而特發(fā)性骨質(zhì)疏松主要發(fā)生在青少年，病因尚不明確[1]。

絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥(postmenopausal osteoporosis，PMOP)是指女性絕經(jīng)后卵巢內(nèi)分泌功能失調(diào)衰退，導(dǎo)致雌激素水平下降，從而導(dǎo)致破骨細(xì)胞的骨吸收大于成骨細(xì)胞的骨形成的一種代謝性疾病[2-4]，其特征為進(jìn)行性全身性骨密度(bone mineral density, BMD)降低和骨組織微結(jié)構(gòu)發(fā)生改變[5]。骨質(zhì)疏松癥是老年人脊柱、髖部、橈骨遠(yuǎn)端骨折的最常見的原因[6]。通常，骨質(zhì)疏松癥沒有特異性的臨床表現(xiàn)，直到輕微的應(yīng)激誘發(fā)骨折時才會引起重視[6]。在發(fā)達(dá)國家的女性中絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生率為38%，根據(jù)臨床診斷標(biāo)準(zhǔn)，目前全世界有800萬50歲以上的女性被診斷為骨質(zhì)疏松癥，3 400萬女性有明顯的骨質(zhì)減少癥狀[7]。絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松性骨折對絕經(jīng)后女性的生活質(zhì)量產(chǎn)生了很大的影響[8]。絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的病因是多因素的，現(xiàn)有的研究認(rèn)為雌激素水平降低導(dǎo)致的骨吸收、骨形成平衡破壞是主要因素，除此之外，鈣和其他環(huán)境因素對骨質(zhì)流失也有影響[9]。目前研究骨質(zhì)疏松發(fā)生機(jī)制及其相關(guān)信號通路是科研工作的重中之重。

1 絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的致病因子

1.1 炎癥因子

白介素(interleukin, IL)是一種具有多功能的細(xì)胞因子，由T細(xì)胞、B細(xì)胞、單核巨噬細(xì)胞、纖維母細(xì)胞及某些腫瘤細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞和成骨細(xì)胞激活后分泌。在體內(nèi)水平甚微，以自分泌和旁分泌作用于局部，發(fā)揮多種生物學(xué)活性，能夠促進(jìn)骨吸收，并能促進(jìn)造血干細(xì)胞的生長[10]。腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor, TNF)主要由單核巨噬細(xì)胞產(chǎn)生，活化的T細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、肥大細(xì)胞、軟骨細(xì)胞也能分泌這種因子。TNF與受體結(jié)合后，信號傳入細(xì)胞內(nèi)，通過NF-κB或活化蛋白(AP)-1轉(zhuǎn)錄因子來實(shí)現(xiàn)其功能[11]。

絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的特征是雌激素水平降低，有研究報道，雌激素缺乏一方面能夠產(chǎn)生促炎因子如IL-2、IL-6、TNF-α、TNF-β1；另一方面能夠減少分泌細(xì)胞的凋亡，增強(qiáng)破骨細(xì)胞形成，從而影響骨吸收與骨形成的平衡[12]。Ozmen等[13]的研究表明絕經(jīng)后女性服用選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)劑雷洛昔芬鹽酸鹽12周后，相較于服用安慰劑的女性相比，其骨密度有明顯的提升，血清骨鈣素和維生素D都趨于正常水平。治療組的患者血中IL-6和TGF-β1的水平相較于對照組均有明顯的降低。Tural等[14]調(diào)查了絕經(jīng)前人群和絕經(jīng)后人群的白細(xì)胞介素10(IL-10)和轉(zhuǎn)化生長因子beta 1(TGF-beta 1)水平，其結(jié)果顯示IL-10在兩組中的水平差異有明顯的統(tǒng)計學(xué)意義，這表明了IL-10的表達(dá)差異是絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松的原因之一。Molnar等[15]分析了絕經(jīng)前后女性的IL-17 A和OPG水平與骨密度之間的關(guān)系，其結(jié)果也顯示IL-17 A和OPG水平在兩組中差異具有明顯的統(tǒng)計學(xué)意義。綜上所述，絕經(jīng)后的女性血清中白介素及腫瘤壞死因子的水平明顯升高，從而導(dǎo)致破骨細(xì)胞生成增加，骨質(zhì)流失。

1.2 MicroRNA

MiRNA是內(nèi)源性非編碼RNA(長度為18～25個核苷酸)，通過不完全堿基配對靶mRNA的3'非翻譯區(qū)來負(fù)調(diào)節(jié)基因表達(dá)[16]。越來越多的證據(jù)表明MiRNA在調(diào)節(jié)不同的病理生理過程中發(fā)揮著重要的作用，如發(fā)育時間、器官發(fā)生、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞增殖和分化等[17]。目前已有多個研究報道MiRNA在骨形成中發(fā)揮積極作用，如MiR-20a、MiR-26、MiR-27、MiR-29、MiR-30、MiR15和MiR-206等[18-19]。有研究報道，絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥患者的血清中許多MiRNA的表達(dá)都比正常人群低，差異有顯著的統(tǒng)計學(xué)意義[20]。有文獻(xiàn)報道MiR-27在脂肪形成和成骨分化中起著重要的作用[21]。Wang等[22]報道MiR-27通過激活Wnt信號通路傳導(dǎo)促進(jìn)成骨細(xì)胞分化，且MiR-27水平在骨質(zhì)疏松癥的發(fā)展過程中逐漸降低。Pan等[23]報道MiR-27a通過JNK/p38信號通路促進(jìn)骨肉瘤的生成。Liu等[24]研究證明MiR-214-3P與TRAF3結(jié)合，在絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的發(fā)展過程中發(fā)揮作用。Li等[25]報道MiR-27a在絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥患者血清中水平顯著降低。綜上所述，MiRNA在正常人體的成骨方面起著重要的作用，而在絕經(jīng)后的女性中，其體內(nèi)MiRNA水平會下降，從而導(dǎo)致了骨吸收與骨生成平衡被打破，從而造成骨質(zhì)流失。

2 絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的通路

目前認(rèn)為腫瘤壞死因子(TNF)家族的NF-κB受體激活子(RANKL)，其受體(RANK)和骨保護(hù)素(osteoprotegerin，OPG)組成的RANKL-RANK-OPG軸參與調(diào)節(jié)骨吸收與骨生成平衡[26]。RANKL是一種II型跨膜蛋白，是目前發(fā)現(xiàn)的唯一具有誘導(dǎo)破骨細(xì)胞分化，發(fā)育和發(fā)揮功能的因子。RANKL通過與RANK結(jié)合不僅促進(jìn)破骨細(xì)胞的分化，而且呈劑量依賴性地激活成熟的破骨細(xì)胞，提高骨吸收的能力[27]。OPG是一種分泌型糖蛋白，具有抑制骨吸收的功能。在間充質(zhì)干細(xì)胞的培養(yǎng)過程中，加入RANKL可形成功能完善的破骨細(xì)胞，加入OPG則完全抑制破骨細(xì)胞功能。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，OPG抑制骨吸收功能通過與RANKL競爭性結(jié)合RANK來實(shí)現(xiàn)的。RANKL、RANK和OPG之間的平衡決定了破骨細(xì)胞的分化和活化的調(diào)節(jié)，影響骨組織代謝，RANKL-RANK-OPG軸直接參與破骨細(xì)胞的增殖和凋亡。

RANKL-RANK-OPG軸的紊亂主要是由絕經(jīng)后雌激素減少引起的。研究認(rèn)為雌激素可作用于成骨細(xì)胞上具有轉(zhuǎn)錄活性的雌激素受體，引起細(xì)胞表達(dá)骨保護(hù)素，雌激素缺乏可引起骨髓干細(xì)胞和成骨細(xì)胞上OPG表達(dá)降低，RANKL表達(dá)升高[28]。RANKL與RANK結(jié)合后誘導(dǎo)破骨細(xì)胞分化，抑制破骨細(xì)胞凋亡[29]。OPG是RANKL-RANK-OPG軸的第三個因素，OPG一方面促進(jìn)破骨細(xì)胞凋亡；另一方面與RANKL競爭性結(jié)合RANK，抑制破骨細(xì)胞生成、成熟、終止骨吸收，并通過臨近接觸的成骨細(xì)胞促進(jìn)骨形成[30]。此外，有研究報道編碼RANKL-RANK-OPG軸的基因密切參與骨質(zhì)疏松癥的發(fā)展[29-31]。綜上所述，RANKL-RANK-OPG軸是體內(nèi)調(diào)節(jié)骨吸收與骨生成平衡的重要通路，在絕經(jīng)后的女性中，其體內(nèi)由于雌激素的缺乏導(dǎo)致OPG表達(dá)降低，RANKL表達(dá)升高，造成了RANKL-RANK-OPG軸的紊亂，破骨細(xì)胞增加，成骨細(xì)胞減少，從而導(dǎo)致了骨質(zhì)流失。

3 絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的機(jī)制

氧化應(yīng)激(oxidative stress，OS)是指體內(nèi)氧化與抗氧化作用失衡，傾向于氧化，導(dǎo)致中性粒細(xì)胞炎性浸潤，蛋白酶分泌增加，產(chǎn)生大量氧化中間產(chǎn)物。氧化應(yīng)激是由自由基在體內(nèi)產(chǎn)生的一種負(fù)面作用，并被認(rèn)為是導(dǎo)致衰老和疾病的一個重要因素[32]。

目前有研究認(rèn)為，雌激素通過充當(dāng)抗氧化劑來保護(hù)骨，抵抗氧化應(yīng)激[33]。此外，也有研究提出了從“以雌激素為中心”的發(fā)病機(jī)制轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸瘧?yīng)激也參與骨質(zhì)疏松癥發(fā)生的機(jī)制[34]。這進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了氧化應(yīng)激在絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生和發(fā)展中的重要作用。當(dāng)女性進(jìn)入絕經(jīng)期后，一方面，體內(nèi)的氧化物質(zhì)生成增加，如丙二醛 (malonaldehyde, MDA)，蛋白質(zhì)羰基化合物，3-硝基酪氨酸，8-羥基鳥苷(8-OHG)等；另一方面，抗氧化物質(zhì)(如維生素E、C、A和B6和葉酸)和抗氧化酶活性顯著降低。因此，氧化物質(zhì)的產(chǎn)生增加和抗氧化系統(tǒng)的受損導(dǎo)致細(xì)胞氧化還原平衡被打破并導(dǎo)致活性氧(reactive oxygen species, ROS)過量產(chǎn)生[35]。過量的ROS對脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA產(chǎn)生氧化損傷[36]，從而促進(jìn)破骨細(xì)胞骨吸收，抑制成骨細(xì)胞介導(dǎo)的骨形成，同時成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞的凋亡增多，骨重建失衡，骨密度降低和骨微結(jié)構(gòu)破壞，骨折風(fēng)險增加[37-38]。

Spilmont等[39]使用石榴提取物及其衍生物干預(yù)去卵巢小鼠，發(fā)現(xiàn)干預(yù)組與對照組在骨小梁數(shù)目、骨體積、骨密度、骨小梁分離等方面差異都有顯著的統(tǒng)計學(xué)意義，并且炎癥標(biāo)志物CCL2的表達(dá)量在干預(yù)組中的水平明顯減少，同時IL1-R2和IL1-Rn(兩種抗炎介質(zhì))的水平顯著提高，表明了石榴提取物通過減少絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的動物模型中的炎癥和氧化應(yīng)激來改善骨骼健康。綜上所述，絕經(jīng)后女性由于其體內(nèi)雌激素的減少，抗氧化作用降低，從而導(dǎo)致ROS生成增加，ROS促進(jìn)破骨細(xì)胞生成，抑制成骨細(xì)胞的成骨作用，造成了骨質(zhì)流失。

4 總結(jié)與展望

絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥在骨質(zhì)疏松癥中占有比例最大，是目前全球公共衛(wèi)生亟待解決的重要問題。目前，在臨床上對絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的治療主要有激素替代療法，鈣劑，維生素D，雙膦酸鹽，選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)劑和甲狀旁腺素等。但是其治療效果均不太理想。找到絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松發(fā)生機(jī)制是科研工作人員首要解決的問題，從而能夠針對其機(jī)制，找到能夠預(yù)防甚至治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松的藥物?，F(xiàn)有研究認(rèn)為絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生主要是由于RANKL-RANK-OPG軸的紊亂，體內(nèi)免疫系統(tǒng)的紊亂，氧化應(yīng)激作用以及microRNA的下降所造成的，但是這些并不是研究的終點(diǎn)，相信隨著科研工作的進(jìn)展，未來會探明更多的絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松發(fā)生的機(jī)制，從而對其進(jìn)行多方面的預(yù)防以及治療，能夠真正意義上的解決這一世界性難題，造福人類。