雌激素與雌激素受體骨代謝調(diào)節(jié)作用

張萌萌

《中國(guó)骨質(zhì)疏松雜志》社，北京 100102

原發(fā)性骨質(zhì)疏松癥可分為三型：Ⅰ型絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥(postmenopausal osteoporosis，PMO)、Ⅱ型老年骨質(zhì)疏松癥和特發(fā)性骨質(zhì)疏松癥(包括青少年型)。PMO一般發(fā)生在女性絕經(jīng)后2年內(nèi)。主要是由于絕經(jīng)后女性雌激素水平下降，引起骨代謝紊亂[1]，骨轉(zhuǎn)換率升高，破骨細(xì)胞活性增加[2]，骨吸收能力大于骨形成，體內(nèi)外骨重建失衡[3-4]，骨密度(bone mineral density，BMD)降低，骨脆性增加，并易引起骨質(zhì)疏松性骨折[5-6]。絕經(jīng)后婦女發(fā)生PMO的患病率為男性的4倍。

臨床研究表明，以雌激素為基礎(chǔ)的治療可在一定程度上抑制破骨活性，促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖，從而防治PMO[7]。

絕經(jīng)激素治療類藥物(menopausal hormone therapy，MHT)[5]是防治絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的有效措施，包括雌激素補(bǔ)充療法(estrogen therapy，ET)和雌、孕激素補(bǔ)充療法(estrogen plus progestogen therapy，EPT)。通過(guò)抑制骨丟失、降低骨轉(zhuǎn)換，提高骨密度，減少骨質(zhì)疏松性骨折的發(fā)生。

雌激素的生理作用主要是通過(guò)作用于組織細(xì)胞的雌激素受體(estrogen receptor，ESR)進(jìn)而調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄翻譯來(lái)完成，ESR屬核受體超家族成員，是配體活化的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，雌激素的受體分布于子宮、陰道、乳房、皮膚、骨骼、盆腔、膀胱、尿道和大腦等。因此，雌激素對(duì)生殖系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、骨代謝、胰島功能、中樞神經(jīng)系統(tǒng)等多方面產(chǎn)生影響[8]。ESR主要有雌激素受體α及β(ERα、ERβ)兩種亞型[9-10]。

1 雌激素與選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)劑的骨代謝調(diào)節(jié)作用

雌激素是由內(nèi)分泌系統(tǒng)產(chǎn)生的、由18個(gè)碳組成的類固醇類激素，主要由卵巢的卵泡細(xì)胞或胎盤(pán)分泌，具有廣泛而重要的生物活性。女性體內(nèi)有雌酮(E1)、雌二醇(E2)、雌三醇(E3)3種雌激素。其中，雌二醇的生物活性最強(qiáng)，多數(shù)雌激素類藥物都是以其為母體人工合成的雌激素類衍生物。

骨組織是雌激素作用的重要靶組織，雌激素受體α和β在骨和骨髓中廣泛表達(dá)。研究表明，雌激素主要通過(guò)與ERα作用發(fā)揮骨代謝調(diào)節(jié)功能。

雌激素與ESR結(jié)合后，通過(guò)多種途徑調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞(osteoblasts，OB)與破骨細(xì)胞(osteoclasts，OC)功能，參與骨代謝活動(dòng)，可促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖，促進(jìn)膠原合成，提高骨礦化，抑制破骨細(xì)胞活性，誘導(dǎo)破骨細(xì)胞凋亡，維持骨密度，保護(hù)骨組織。此外，雌激素還可通過(guò)鈣代謝調(diào)節(jié)系統(tǒng)影響骨代謝活動(dòng)。

1.1 雌激素對(duì)成骨細(xì)胞的生物學(xué)作用

研究表明，雌激素可直接促進(jìn)OB增殖、對(duì)OB編碼轉(zhuǎn)錄因子基因和骨基質(zhì)蛋白(Ⅰ型膠原、骨鈣素、堿性磷酸酶)的表達(dá)等有直接作用。雌激素可通過(guò)與成骨細(xì)胞上的雌激素受體結(jié)合形成受體-配體復(fù)合物，變構(gòu)后進(jìn)入細(xì)胞核與特異的DNA序列結(jié)合，激活ER相關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，促進(jìn)特異的mRNA合成；也可通過(guò)與成骨細(xì)胞上的雌激素受體結(jié)合，促進(jìn)成骨細(xì)胞分泌腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白介素 1、6(IL-1、IL-6)等誘導(dǎo)單核破骨細(xì)胞前體，分化為具有較強(qiáng)骨吸收能力的多核破骨細(xì)胞[11-13]。所產(chǎn)的生物學(xué)作用通過(guò)以下幾種機(jī)制促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖、分化，延長(zhǎng)成骨細(xì)胞生存周期，提高成骨細(xì)胞活性，促進(jìn)骨形成。

1.1.1抑制OB凋亡：成骨細(xì)胞的平均生存周期在絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病進(jìn)程中起關(guān)鍵作用。雌激素對(duì)成骨細(xì)胞凋亡的抑制對(duì)于骨骼系統(tǒng)的保護(hù)作用十分重要，涉及多方面的分子生物學(xué)機(jī)制。有研究表明[14]，雌激素可通過(guò)細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular regulating kinase，ERK)通路調(diào)控成骨細(xì)胞轉(zhuǎn)錄活性，抑制成骨細(xì)胞凋亡，延長(zhǎng)成骨細(xì)胞生存時(shí)間。此外，雌激素可促進(jìn)成骨細(xì)胞分泌轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(TGF-β)，抑制成骨細(xì)胞凋亡。

1.1.2抗氧化作用，抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)：雌激素能夠通過(guò)成骨細(xì)胞的正調(diào)控蛋白WNT-βcatenin(無(wú)翅果蠅基因Wingless與小鼠基因Int1結(jié)合的基因-β鏈蛋白)信號(hào)通路，抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)，促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖[15]。

1.1.3促進(jìn)骨形成蛋白(bone morphogenetic prorein，BMP)合成：雌激素與ER結(jié)合后，可上調(diào)骨形成蛋白通路，增加BMP-mRNA的表達(dá)，促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖與分化。

雌激素還可通過(guò)促進(jìn)OB分泌膠原酶，釋放細(xì)胞因子，促進(jìn)骨形成。

1.2 雌激素對(duì)破骨細(xì)胞的生物學(xué)作用

雌激素對(duì)破骨細(xì)胞的抑制作用可分為直接作用和間接作用。直接作用是通過(guò)雌激素與雌激素受體結(jié)合介導(dǎo)產(chǎn)生的。雌激素與ER-α結(jié)合能激活破骨細(xì)胞Fas/ FasL通路，F(xiàn)as屬于腫瘤壞死因子受體(TNFR)家族的一種膜受體，其配體 FasL(CD95 L)屬于TNF家族，F(xiàn)as/ FasL系統(tǒng)激活后可誘導(dǎo)成熟破骨細(xì)胞發(fā)生凋亡[16]。此外，雌激素可誘導(dǎo)雌激素受體α結(jié)合于骨架蛋1(BCAR1)上，阻斷核因子κB(NF-κB)受體活化因子配體(receptor activator of nuclear foctor-κB ligand，RANKL)/巨噬細(xì)胞集落刺激因子介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄[8]，阻斷其誘導(dǎo)的破骨作用，抑制RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞分化，從而抑制破骨細(xì)胞功能、加快破骨細(xì)胞凋亡、縮短破骨細(xì)胞的存活時(shí)間。

間接作用主要是利用成骨細(xì)胞與免疫細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子，如負(fù)調(diào)控腫瘤壞死因子α(TNF-α)、白細(xì)胞介素1(IL-1)等炎癥因子的產(chǎn)生，以及上調(diào)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(TGF-β)的表達(dá)，抑制OC的增殖、分化及生理活性。雌激素也可通過(guò)雌激素與ER-α結(jié)合，上調(diào)骨保護(hù)素(osteoprotegerin，OPG)的表達(dá)[17]，OPG一方面直接促進(jìn)OC的凋亡，另一方面與RANK核因子κB受體活化因子(receptor activator of nuclear foctor-κB，RANK)競(jìng)爭(zhēng)性的結(jié)合RANKL，阻斷RANKL與RANK的結(jié)合[18]，通過(guò)對(duì)OPG/RANK/RANKL系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，延緩破骨細(xì)胞前體的分化，抑制OC的生成，促進(jìn)OC的凋亡，減少OC骨吸收活性。

1.3 雌激素對(duì)鈣磷代謝的調(diào)節(jié)作用

雌激素可促進(jìn)降鈣素(calcitonin，CT)分泌，抑制破骨細(xì)胞功能；同時(shí)，雌激素能夠間接地調(diào)控甲狀腺激素通路，降低甲狀旁腺激素(parathyroid hormone，PTH)的骨吸收作用，并能提高腎1α羥化酶的活性，增加l,25(OH)2D3的合成，l,25(OH)2D3與維生素D受體(vitamin D receptor，VDR)結(jié)合后，發(fā)揮生物學(xué)作用，促進(jìn)骨形成。

1.4 選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)劑的生物學(xué)作用

選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)劑(selective estrogen receptor modulators，SERMs)是結(jié)構(gòu)上不同的化合物，不是雌激素，屬于ESR激動(dòng)劑或拮抗劑[19]。與靶器官細(xì)胞內(nèi)的ESR結(jié)合后，可導(dǎo)致ESR空間構(gòu)象改變，發(fā)揮類似雌激素的生物學(xué)作用，抑制OC的骨吸收作用。SERMs是治療絕經(jīng)后婦女骨質(zhì)疏松癥的良好選擇[20]。

2 雌激素治療骨質(zhì)疏松癥的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究

雌激素治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松可降低骨轉(zhuǎn)換，抑制骨丟失，降低骨質(zhì)疏松性椎體、非椎體及髖部骨折的風(fēng)險(xiǎn)。眾多學(xué)者對(duì)雌激素治療骨質(zhì)疏松的作用機(jī)制和療效進(jìn)行了大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究。

Kubota等[21]通過(guò)微計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)研究雌激素缺乏在骨質(zhì)增生中的作用，發(fā)現(xiàn)對(duì)去卵巢大鼠顱骨引導(dǎo)性骨質(zhì)增生，去卵巢大鼠的新生骨量較對(duì)照組明顯減少，雌激素缺乏抑制骨增生中的成骨細(xì)胞分化和膠原基質(zhì)產(chǎn)生。許閆嚴(yán)等[22]研究雌激素對(duì)去勢(shì)骨質(zhì)疏松大鼠骨密度和骨代謝的影響，探討雌激素治療骨質(zhì)疏松的機(jī)理。結(jié)果證明，雌激素能顯著提高去卵巢骨質(zhì)疏松大鼠股骨骨密度、堿性磷酸酶、骨保護(hù)素、骨礦物鹽的含量，抑制骨鈣流失，抑制RANKL蛋白的表達(dá)，降低抗酒石酸酸性磷酸酶(TRACP-5b)的含量，達(dá)到改善骨質(zhì)疏松的作用。Müller等[23]對(duì)20周齡去卵巢Wistar大鼠的實(shí)驗(yàn)研究顯示，通過(guò)微計(jì)算機(jī)斷層掃描分析，觀察到雌激素E2對(duì)大鼠脛骨具有顯著的骨保護(hù)作用。Pei-I等[24]研究雌激素和雌激素受體α軸在大鼠成骨細(xì)胞線粒體能量代謝和成骨細(xì)胞骨礦化中的作用，說(shuō)明雌二醇可誘導(dǎo)大鼠顱骨成骨細(xì)胞線粒體中細(xì)胞色素C氧化酶mRNA(COX I mRNA)和蛋白表達(dá)。雌二醇/ERα信號(hào)軸通過(guò)誘導(dǎo)成骨細(xì)胞染色體和線粒體復(fù)合物基因表達(dá)，上調(diào)線粒體生物能系統(tǒng)，促進(jìn)成骨細(xì)胞成熟，改善骨礦化。魏雙雙等[25]探討雌激素(雌二醇)干預(yù)對(duì)去卵巢大鼠骨組織的影響，結(jié)果證明，雌激素可能通過(guò)抑制胞質(zhì)活化T細(xì)胞核因子1(NFATc1)的表達(dá)，抑制去卵巢大鼠骨量丟失。Mayu Morita等[26]采用蛋白質(zhì)印跡分析技術(shù)分析選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)劑他莫昔芬、雷洛昔芬、巴西多昔芬對(duì)培養(yǎng)的小鼠破骨細(xì)胞前體細(xì)胞缺氧誘導(dǎo)因子1α(Hif1α)蛋白積聚的影響，結(jié)果顯示選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)劑能抑制Hif1α蛋白的過(guò)度表達(dá)，降低破骨細(xì)胞中Hif1α蛋白水平，抑制破骨細(xì)胞活性，促進(jìn)成骨細(xì)胞功能，促進(jìn)骨重建。Wu等[27]研究雌激素對(duì)去卵巢(OVX)大鼠骨髓基質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)衰老的影響，發(fā)現(xiàn)雌激素通過(guò)誘導(dǎo)ERβ與位于富含AT序列結(jié)合蛋白2(SATB2)基因-488位點(diǎn)的雌激素反應(yīng)元件結(jié)合，來(lái)介導(dǎo)SATB2的上調(diào)，從而通過(guò)ERβ-SATB2途徑，調(diào)節(jié)骨髓基質(zhì)干細(xì)胞的分化，抑制BMSCs衰老，預(yù)防骨質(zhì)疏松的發(fā)生。

3 雌激素治療骨質(zhì)疏松癥的臨床研究進(jìn)展

雌激素替代療法是臨床治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松的主要方案之一。雌激素與雌激素作用的機(jī)制研究，骨質(zhì)疏松與雌激素及雌激素受體的相關(guān)性研究一直是各國(guó)學(xué)者們研究的熱點(diǎn)。

Pardhe等[28]對(duì)尼泊爾496名健康女性的調(diào)查研究顯示，與絕經(jīng)前女性相比，絕經(jīng)后女性血清鈣水平和雌二醇水平顯著下降。絕經(jīng)后婦女的鈣和雌二醇之間存在顯著的正相關(guān)，而雌二醇和骨標(biāo)志物之間沒(méi)有顯著的相關(guān)性。林雪完等[29]探討雌激素(促卵泡成熟激素、促黃體生成激素)和骨標(biāo)志物(總骨Ⅰ型前膠原氨基酸延長(zhǎng)鏈、β-膠原降解產(chǎn)物、骨鈣素)與絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松的關(guān)系，證明雌激素和骨代謝標(biāo)志物與骨質(zhì)疏松明顯正相關(guān)，監(jiān)測(cè)雌激素和骨代謝標(biāo)志物可及早發(fā)現(xiàn)骨代謝異常，有助于絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松的防治。Chi-Wen Chou等[30]對(duì)107名45歲以上絕經(jīng)后女性外周血雌激素受體mRNA(ERαmRNA)表達(dá)水平與骨質(zhì)疏松的相關(guān)性研究表明，骨密度減低和骨質(zhì)疏松組外周血ERαmRNA表達(dá)水平與年齡呈負(fù)相關(guān)，與雌激素水平呈正相關(guān)，骨密度正常組無(wú)此相關(guān)性。外周血ERαmRNA水平可作為絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，可能較年齡的雌激素水平更重要。Lambert等[31]對(duì)雌激素缺乏的圍絕經(jīng)期和絕經(jīng)后女性骨質(zhì)疏松患者使用異黃酮制劑(植物性雌激素)治療對(duì)骨吸收影響的薈萃分析顯示，異黃酮可顯著提高患者的腰椎與股骨頸骨密度，對(duì)雌激素缺乏性骨質(zhì)疏松具有治療作用。Stephen[20]綜述了選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)劑治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松的研究現(xiàn)狀，與用于骨質(zhì)疏松癥的雙膦酸鹽藥物相比，SERMs主要用于年齡較小的絕經(jīng)后女性，尤其存在浸潤(rùn)性乳腺癌家族史的患者，特別推薦使用，因?yàn)樗鼈兛梢源蟠蠼档团曰既橄侔┑陌l(fā)生率。其中，雷洛昔芬與巴西多昔芬效果更優(yōu)。

此外，有研究證實(shí)，選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)劑與一種或多種雌激素相結(jié)合的藥物——組織選擇性雌激素復(fù)合物(tissue selective estrogen complex，TSEC)，用于治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松，可顯著提高患者BMD，減少骨質(zhì)疏松性骨折的發(fā)生，對(duì)乳房和子宮內(nèi)膜具有一定的保護(hù)作用[32]。

Zhu等[33]對(duì)中國(guó)123名早期絕經(jīng)期婦女使用含孕激素的標(biāo)準(zhǔn)或半劑量雌激素藥物，為期一年的前瞻性隨機(jī)試驗(yàn)顯示，半劑量和標(biāo)準(zhǔn)劑量的雌激素與孕激素聯(lián)合使用對(duì)于早期絕經(jīng)期婦女的骨密度具有保護(hù)作用，低劑量雌激素效果不佳。Komm等[34]將巴多昔(bazedoxifene，BZA)，一種選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)劑，與結(jié)合雌激素(conjugated estrogens，CE)聯(lián)合應(yīng)用，試驗(yàn)結(jié)果表明，與單獨(dú)的使用選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)劑或結(jié)合雌激素相比，BZA與CE聯(lián)合使用，在用藥12 和24個(gè)月后可降低絕經(jīng)后女性骨轉(zhuǎn)換率，顯著提高椎骨、髖骨骨密度，降低骨質(zhì)疏松性骨折的發(fā)生，減輕副作用。Prior等[35]的一項(xiàng)薈萃研究顯示，與單獨(dú)雌激素治療相比，雌激素-孕激素(EPT)療法治療骨質(zhì)疏松，可使椎體骨密度增加更明顯。

雌激素和雄激素激素在骨骼系統(tǒng)的生長(zhǎng)、發(fā)育過(guò)程中起主要作用，對(duì)骨組織具有保護(hù)作用。雌激素缺乏是PMO發(fā)生的主要原因[36]。雌激素或雌激素受體調(diào)節(jié)劑與雌激素受體結(jié)合后通過(guò)多種作用機(jī)制，促進(jìn)成骨細(xì)胞的骨形成、抑制破骨細(xì)胞的骨吸收。雌激素治療骨質(zhì)疏松效果顯著，可降低骨質(zhì)疏松性骨折的發(fā)生，但也存在誘發(fā)子宮內(nèi)膜增生，冠狀動(dòng)脈疾病和靜脈血栓栓塞等相關(guān)疾病的風(fēng)險(xiǎn)[37]。因此，目前臨床上多采用雌激素聯(lián)合治療的方法治療骨質(zhì)疏松效果顯著，且能減少副作用，對(duì)乳房和子宮內(nèi)膜具有一定的保護(hù)作用，是治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松的重要策略之一。