雌激素及雌激素受體與骨關(guān)節(jié)炎的相關(guān)性研究進(jìn)展

牟利民 張文豪 陳萬(wàn)吉 韓明展 冉建

骨關(guān)節(jié)炎（osteoarthritis，OA）是以關(guān)節(jié)軟骨慢性退行性病變?yōu)樘卣?，由多種因素導(dǎo)致局部慢性無(wú)菌性炎癥，伴有關(guān)節(jié)軟骨結(jié)構(gòu)破壞的骨關(guān)節(jié)疾病[1]。髖、膝、手關(guān)節(jié)和脊柱是OA最常見(jiàn)的累及部位[2]。OA的發(fā)病及進(jìn)展主要受患者性別、年齡、肥胖及體內(nèi)雌激素水平的影響[3]。50歲以上的OA患者中，女性的發(fā)病率和患病率均高于男性，這表明圍絕經(jīng)期女性雌激素水平在OA的發(fā)病中起了重要作用[4]。1999年，Ushiyama等[5]研究發(fā)現(xiàn)雌激素受體（estrogen receptor Alpha，ER）-α和ER-β存在于人體關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞中，這表明關(guān)節(jié)軟骨是雌激素靶細(xì)胞作用位點(diǎn)之一。近年來(lái)，有研究發(fā)現(xiàn)部分OA的發(fā)生與患者雌激素缺乏和ER-α不穩(wěn)定有關(guān)[6]，這為OA的靶點(diǎn)治療提供了新的診療思路。本文就雌激素及ER與OA的相關(guān)性研究進(jìn)展作一綜述。

1 雌激素及ER

雌激素是一種較為重要的類固醇激素，主要由卵巢、睪丸及腎上腺皮質(zhì)細(xì)胞分泌，包括雌三醇（E3）、雌二醇（E2）及雌酮（E1），其中 E2生理活性最強(qiáng)且在體內(nèi)含量最高。雌激素不僅在調(diào)節(jié)女性正常生理功能上起著重要作用，而且在維持骨細(xì)胞代謝平衡中扮演著重要的角色[7]。雌激素通過(guò)胞膜進(jìn)行擴(kuò)散，到達(dá)相應(yīng)的骨骼細(xì)胞后被活化或分解代謝[8]。女性E2主要在卵巢卵泡顆粒及膜細(xì)胞中產(chǎn)生，男性約有15%的E2是直接從睪丸分泌的，其余約85%的E2通過(guò)睪丸周圍軟組織中雄激素前體的芳香化作用生成[9]。

在哺乳動(dòng)物中，ER根據(jù)分布的位置不同，可分為雌激素膜受體（membrane estrogen receptor，mER）、雌激素核受體（nuclear estrogen receptor，nER）。mER 主要在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和細(xì)胞膜上，包括G蛋白偶聯(lián)雌激素受體（G-protein-coupled estrogen receptor，GPER）及 GPER家族中的 Gaq-ER、ER-X 及 GPER1（GPR30），大多分布于乳腺、心臟、卵巢及神經(jīng)淋巴組織中[10]。雌激素結(jié)合mER后，相應(yīng)的離子通道狀態(tài)及酶的活性發(fā)生改變，如激活Ca2+通道，使磷脂酰肌醇3-激酶及絲裂原活化蛋白激酶的活性增強(qiáng)，這種激活方式獨(dú)特，不需要依賴基因的調(diào)控，在數(shù)秒至數(shù)分鐘內(nèi)即可完成，故被稱作“快速非基因組效應(yīng)通道”[11]。Niwa等[12]研究表明，mER被E2激活后可對(duì)機(jī)體產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)控作用。mER被活化后，Ca2+信號(hào)通路、環(huán)磷酸腺苷、蛋白激酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)等各種信號(hào)通路也被迅速激活，并最終影響下游轉(zhuǎn)錄因子[13]。轉(zhuǎn)錄因子中核受體超家族成員nER，是由卵巢合成分泌的甾體激素類受體，包括ER-α和ER-β兩種亞型，主要在細(xì)胞核中起作用。所有核受體家族成員共享一個(gè)多結(jié)構(gòu)域，每個(gè)結(jié)構(gòu)域指導(dǎo)激素相互作用，并發(fā)揮其功能[14]。ER-α基因染色體位于6q25.1-2位點(diǎn)上，包含7個(gè)內(nèi)含子和8個(gè)外顯子，染色體大小約140 000左右[15]；ER-β基因核型位于染色體14q23.2-3上，包含8個(gè)外顯子，染色體大小約為40 000左右[16]。這兩種核受體對(duì)雌激素都具有較強(qiáng)的親和力，與雌激素識(shí)別結(jié)合后能更好地調(diào)控靶細(xì)胞；但和mER相比，nER發(fā)揮作用所需的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，通常需要數(shù)小時(shí)以上，故被稱作“慢速基因組效應(yīng)通道”[17]。

2 雌激素與OA相關(guān)結(jié)構(gòu)的作用機(jī)制

2.1 雌激素與關(guān)節(jié)滑膜的相關(guān)作用機(jī)制 人體正常關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)主要由關(guān)節(jié)面（關(guān)節(jié)軟骨）、關(guān)節(jié)腔（關(guān)節(jié)液）和關(guān)節(jié)囊（纖維層和滑膜）組成。外層纖維和內(nèi)層滑膜共同組成關(guān)節(jié)囊，維持關(guān)節(jié)腔的穩(wěn)定性；內(nèi)層滑膜主要由A型、B型滑膜細(xì)胞構(gòu)成，參與滑膜的分泌和代謝[18]。A型滑膜細(xì)胞來(lái)源于巨噬細(xì)胞系；B型滑膜細(xì)胞來(lái)源于間充質(zhì)細(xì)胞，被稱為成纖維樣滑膜細(xì)胞（hyperplasia of synovial cells，F(xiàn)LS）。這兩個(gè)細(xì)胞群形成正常的滑膜襯里，其厚度約為兩層細(xì)胞大小，沒(méi)有真正的基底膜，并位于結(jié)締組織基質(zhì)上方，該基質(zhì)內(nèi)含部分血管網(wǎng)絡(luò)，少量肥大細(xì)胞和淋巴細(xì)胞[19]。FLS是產(chǎn)生關(guān)節(jié)液成分的主要細(xì)胞，具有一定的干細(xì)胞作用，參與關(guān)節(jié)組織細(xì)胞的更新和修復(fù)，其產(chǎn)生的關(guān)節(jié)液可為關(guān)節(jié)軟骨提供營(yíng)養(yǎng)，同時(shí)關(guān)節(jié)液內(nèi)的巨噬細(xì)胞可消除關(guān)節(jié)內(nèi)由于各種物理創(chuàng)傷、細(xì)菌和病毒感染等引起的局部炎癥反應(yīng)[20-21]。Lugo等[22]研究表明雌激素通過(guò)抑制滑膜細(xì)胞增殖，延緩滑膜病變，從而防止OA的發(fā)生。Xue等[23]發(fā)現(xiàn)雌性大鼠滑膜細(xì)胞對(duì)炎癥刺激較為敏感，但E2可降低機(jī)體對(duì)炎癥的敏感性。Dietrich等[24]研究發(fā)現(xiàn)E2與滑膜ER-β結(jié)合后可使滑膜的通透性發(fā)生改變，減少炎癥因子釋放而發(fā)揮抗炎效果。Blom等[25]發(fā)現(xiàn)滑膜襯里巨噬細(xì)胞（synovial lining macrophages，SLM）是滑膜增生的關(guān)鍵細(xì)胞，其產(chǎn)生的生長(zhǎng)因子可誘導(dǎo)滑膜增生，在OA骨贅形成中起關(guān)鍵作用；SLM也能分泌基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMP），使軟骨中的基質(zhì)退化，促進(jìn)OA的發(fā)生；該研究還發(fā)現(xiàn)雌激素通過(guò)抑制SLM活性和減少SLM數(shù)量來(lái)降低關(guān)節(jié)內(nèi)纖維化，預(yù)防骨贅的形成。金鵬等[26]研究也證實(shí)了膝關(guān)節(jié)中MMP-13含量與OA分級(jí)呈正相關(guān)。因此，當(dāng)雌激素缺乏時(shí)關(guān)節(jié)滑膜細(xì)胞分泌穩(wěn)態(tài)失衡，對(duì)關(guān)節(jié)的保護(hù)作用就會(huì)明顯減弱。

2.2 雌激素與關(guān)節(jié)軟骨的相關(guān)作用機(jī)制 關(guān)節(jié)面主要由關(guān)節(jié)軟骨構(gòu)成。關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)無(wú)神經(jīng)、血管和淋巴分布，主要由覆蓋于骨細(xì)胞表面的光滑結(jié)締組織構(gòu)成。關(guān)節(jié)軟骨為關(guān)節(jié)提供了光滑濕潤(rùn)的表面，不僅減少了摩擦，還有利于軟骨間電荷的傳遞[27]。關(guān)節(jié)液是關(guān)節(jié)軟骨主要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)源，其主要成分包括透明質(zhì)酸、表層蛋白、磷脂和其他相關(guān)調(diào)節(jié)因子等，關(guān)節(jié)液的成分可作為反映關(guān)節(jié)健康狀況的生物指標(biāo)[28]。關(guān)節(jié)液中的雌激素含量和體內(nèi)血液中的雌激素含量呈正相關(guān)，因此當(dāng)體內(nèi)雌激素水平降低時(shí)，關(guān)節(jié)液中的雌激素水平也會(huì)隨之減少，從而影響整個(gè)關(guān)節(jié)的生理及病理改變[29]。Schicht等[30]在干預(yù)雌激素合成代謝途徑后，發(fā)現(xiàn)軟骨細(xì)胞中主要表達(dá)ER-α和ER-β，雌激素不僅影響芳香化酶中蛋白和mRNA的合成，導(dǎo)致軟骨細(xì)胞的代謝發(fā)生改變，而且還促進(jìn)關(guān)節(jié)內(nèi)軟骨細(xì)胞產(chǎn)生雌激素，參與關(guān)節(jié)內(nèi)細(xì)胞代謝。Ye等[31]研究雌激素通過(guò)缺氧誘導(dǎo)因子-2α（hypoxia inducible factor-2α，HIF-2α）對(duì)下頜突軟骨的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，高濃度的E2能夠誘導(dǎo)下頜軟骨細(xì)胞HIF-2α、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子、MMP-13及X型膠原蛋白（type X collagen，Col X）的表達(dá)，并維持軟骨細(xì)胞外基質(zhì)的穩(wěn)定性。體外雌激素對(duì)下頜軟骨細(xì)胞的影響研究表明，超生理劑量的E2可以顯著抑制軟骨細(xì)胞中DNA和蛋白聚糖的合成，降低細(xì)胞外基質(zhì)中軟骨厚度，并上調(diào)Col X、IL-1β、IL-6和IL-8的表達(dá)[32]。故過(guò)量的雌激素會(huì)干擾下頜突軟骨細(xì)胞中的代謝。Wang等[33]研究E2在緩解家兔OA癥狀中的作用發(fā)現(xiàn)，E2可以將關(guān)節(jié)軟骨基質(zhì)中的糖胺聚糖含量維持在一定水平，從而減輕關(guān)節(jié)疼痛癥狀。女性體內(nèi)E2及孕激素水平與關(guān)節(jié)液、滑膜炎及關(guān)節(jié)軟骨的退變有關(guān)，而男性體內(nèi)E2及雄激素水平與關(guān)節(jié)的病變無(wú)關(guān)[34]。故體內(nèi)雌激素水平降低會(huì)引起軟骨細(xì)胞代謝發(fā)生改變，此外，關(guān)節(jié)軟骨退變與性別有關(guān)。

2.3 雌激素與關(guān)節(jié)軟骨下骨的相關(guān)作用機(jī)制 軟骨下骨主要由骨小梁、小梁間隙、血管及軟骨下皮質(zhì)等構(gòu)成，具有緩沖震蕩、減輕生物應(yīng)力及維持關(guān)節(jié)正常形態(tài)結(jié)構(gòu)的功能。正常代謝情況下，軟骨下骨主要由破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞共同參與維持骨鈣平衡，破骨細(xì)胞主要參與骨的溶解吸收，而成骨細(xì)胞則承擔(dān)骨基質(zhì)的合成[35]。Zhu等[36]研究發(fā)現(xiàn)更年期女性體內(nèi)促卵泡激素含量明顯升高，而E2水平卻明顯降低；當(dāng)血清E2水平降低時(shí)，抑制破骨細(xì)胞的溶酶體功能減退，成骨細(xì)胞的作用相應(yīng)減弱，骨代謝失去平衡，促使骨量丟失、骨密度明顯下降導(dǎo)致骨質(zhì)疏松。此外Wu等[37]在切除8周齡雌性小鼠卵巢后發(fā)現(xiàn)小鼠膝關(guān)節(jié)內(nèi)ER-α上調(diào)、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶途徑激活，引起軟骨下骨破骨細(xì)胞活性增強(qiáng)、細(xì)胞凋亡加快、骨量明顯減少，導(dǎo)致OA的進(jìn)一步發(fā)展。魏雙雙等[38]研究去卵巢后大鼠骨組織發(fā)現(xiàn)，雌激素通過(guò)上調(diào)Wnt/β-鏈蛋白信號(hào)途徑表達(dá)來(lái)預(yù)防骨質(zhì)疏松。Xu等[39]用雌激素替代療法治療大鼠后發(fā)現(xiàn)，OA軟骨下骨結(jié)構(gòu)發(fā)生變化是在雌激素水平降低后發(fā)生的，雌激素水平降低可使軟骨下骨代謝紊亂并發(fā)生骨質(zhì)疏松，而雌激素補(bǔ)充又可延緩骨質(zhì)疏松的發(fā)生；實(shí)驗(yàn)后大鼠關(guān)節(jié)經(jīng)三維微型計(jì)算機(jī)斷層掃描成像重建后發(fā)現(xiàn)，雌激素替代療法保留了軟骨下骨的基本結(jié)構(gòu)。以上研究表明，雌激素可調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞活性來(lái)調(diào)節(jié)骨-軟骨面，從而延緩OA的進(jìn)展。

3 ER與OA的相關(guān)性

ER在維持內(nèi)分泌系統(tǒng)平衡、調(diào)節(jié)骨細(xì)胞間信號(hào)傳導(dǎo)中起著重要的媒介作用；雌激素通過(guò)識(shí)別軟骨、軟骨下骨及骨膜上的ER蛋白，實(shí)現(xiàn)骨細(xì)胞代謝的調(diào)控。ER蛋白在人骨骼細(xì)胞和關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞中均具有表達(dá)。早在10多年前，Oshima等[40]在研究ER分布的定位實(shí)驗(yàn)中，將培育的大鼠根據(jù)性別和月齡進(jìn)行分組，分別對(duì)ER-α和ER-β進(jìn)行了免疫熒光染色，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雌性及雄性成年大鼠關(guān)節(jié)軟骨和軟骨下骨中均表達(dá)了ER-α和ER-β；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)ER在未成年大鼠關(guān)節(jié)軟骨中高度表達(dá)，而在老年雌性大鼠及去卵巢后大鼠中表達(dá)卻明顯降低。此后Engdahl等[41]在研究轉(zhuǎn)基因小鼠中發(fā)現(xiàn)，ER-α的表達(dá)對(duì)小鼠OA的治療有著明顯的效果。Xu等[39]的大鼠實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，ER的選擇性表達(dá)及雌激素的缺乏會(huì)對(duì)關(guān)節(jié)軟骨和軟骨下骨的重塑產(chǎn)生重要的影響，雌激素減少將導(dǎo)致軟骨損害增加，出現(xiàn)異常軟骨下骨重塑，從而導(dǎo)致OA的發(fā)生。Hughbanks等[42]研究也發(fā)現(xiàn)，ER-α的表達(dá)與OA的發(fā)生呈負(fù)相關(guān)。

4 小結(jié)

綜上所述，目前有關(guān)OA的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及雌激素替代療法研究均表明，雌激素在維持關(guān)節(jié)內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)中起著重要的調(diào)節(jié)作用。女性體內(nèi)維持一定的雌激素水平，會(huì)對(duì)關(guān)節(jié)滑膜、軟骨及軟骨下骨的代謝起重要的保護(hù)作用。然而體內(nèi)雌激素水平應(yīng)保持多少為宜，這仍然未知。此外雌激素水平降低會(huì)導(dǎo)致關(guān)節(jié)內(nèi)滑膜、軟骨及軟骨下骨發(fā)生病變，3者間病變順序如何，它們之間又有怎樣的關(guān)系，這值得繼續(xù)探討，這些研究可為預(yù)防早期OA的發(fā)生提供新的診療思路。