絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥發(fā)病機制研究進展

雷欣東 于慧 龍瓊 李俊威 戴冰

湖南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院，湖南 長沙 410007

絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥(postmenopausal osteoporosis，PMOP)是老年女性絕經(jīng)期以后常見的一種疾病。該病由婦女絕經(jīng)后卵巢衰退引起體內(nèi)雌激素顯著下降，從而導(dǎo)致骨代謝紊亂，使骨量減少，骨密度值下降，最終引發(fā)的一種代謝性疾病[1]。然而，隨著對該病研究的逐漸深入，研究者認(rèn)識到雌激素水平的改變并非該病發(fā)生、發(fā)展的唯一因素，如氧化應(yīng)激、腸道菌群失調(diào)、鐵過載等同樣在PMOP的發(fā)生發(fā)展中占據(jù)了重要地位。鑒于此，本文從多個角度對絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病機制研究進展進行闡述。

1 雌激素的調(diào)控因素

雌激素是一種由芳香化酶催化激素合成的類固醇類激素，主要以雌酮、雌二醇、雌三醇等形式存在[2]。在女性絕經(jīng)期前，雌激素的主要來源為卵巢與胎盤，腎上腺也可少量分泌。絕經(jīng)后由于卵巢功能衰退，卵巢分泌的雌激素水平減少，轉(zhuǎn)而由體內(nèi)的部分非性腺組織如脂肪間充質(zhì)細(xì)胞、骨細(xì)胞等產(chǎn)生，并在局部發(fā)生作用[3-4]。雌激素受體主要包括雌激素α受體和雌激素β受體兩種，其中，α受體主要分布在如乳房、子宮等性器官，而β受體則在皮膚、骨、腦、肺等組織中均有表達(dá)[5]。女性絕經(jīng)期后雌激素水平下降是目前公認(rèn)的絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥最重要的發(fā)病機制之一。

雌激素對破骨細(xì)胞的活性有直接調(diào)控作用[2]。在多種信號因子的作用下，骨髓中的前體細(xì)胞融合成多核細(xì)胞并最終活化為破骨細(xì)胞。它們通過骨吸收功能參與骨代謝平衡，以維持骨骼的完整性和穩(wěn)態(tài)。這些信號因子中，RANK/RANKL/OPG軸具有重要地位，RANKL可通過與存在于破骨細(xì)胞前體細(xì)胞膜表面的RANK結(jié)合，激活一系列下游信號因子，誘導(dǎo)破骨細(xì)胞前體細(xì)胞向破骨細(xì)胞分化[6]。雌激素不但可以抑制成骨細(xì)胞、T細(xì)胞及B細(xì)胞分泌RANKL，還可以增加RANKL的競爭性受體骨保護素(OPG)的水平[7]。雌激素還可抑制其他促破骨細(xì)胞增殖分化因子如白介素1、白介素6等，從而間接影響破骨細(xì)胞的分化。此外，雌激素缺乏所導(dǎo)致的骨丟失與T細(xì)胞也有聯(lián)系，T細(xì)胞可以增加骨微環(huán)境中TNF-α的含量，TNF-α可通過促進RANKL的表達(dá)，間接調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞的生成，引起骨質(zhì)流失[8]。

2 氧化應(yīng)激與炎癥反應(yīng)

氧化應(yīng)激(oxidative stress，OS)是指由于體內(nèi)氧化和抗氧化失衡引起的中性粒細(xì)胞炎癥浸潤，使蛋白酶分泌增加，大量氧化中間產(chǎn)物產(chǎn)生，從而引起組織損傷。OS是體內(nèi)氧自由基的一種負(fù)面影響，也是衰老和疾病的重要因素[9]。

有研究認(rèn)為，雌激素可通過充當(dāng)抗氧化劑保護骨組織，抵抗OS[10]。此外，也有研究者提出對PMOP發(fā)病機制的認(rèn)識已不能僅局限于“以雌激素為中心”，OS在PMOP發(fā)病中的作用機制同樣值得關(guān)注。婦女絕經(jīng)期后，一方面，體內(nèi)的氧化物質(zhì)如活性氧(reactiveoxygen species，ROS)、丙二醛、過氧化氫等生成增加[11]；另一方面，體內(nèi)抗氧化物質(zhì)(如部分維生素以及葉酸等) 和抗氧化酶如超氧化物歧化酶等活性顯著降低[12]，導(dǎo)致細(xì)胞氧化還原的平衡被打破。過量的ROS堆積會損傷細(xì)胞膜及細(xì)胞核中的脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA等物質(zhì)，抑制成骨細(xì)胞的活性，導(dǎo)致成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞的凋亡增多，骨吸收/骨形成失衡，骨密度降低，增加骨折的風(fēng)險[13-14]。

研究表明，抗氧化劑對絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥有較好的治療效果[15]。牛尿素B(LrB)是從中藥血竭中分離的一種活性成分，具有抗炎、抗氧化應(yīng)激等作用，Liu等[16]發(fā)現(xiàn)，LrB可以通過減低破骨細(xì)胞分化過程中，由RANKL誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)ROS水平的增高，抑制破骨細(xì)胞的生成。Li等[17]在體外實驗發(fā)現(xiàn)肉桂酸B-1可通過抑制細(xì)胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生來有效抑制RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞分化，并在體內(nèi)實驗驗證了其改善去卵巢導(dǎo)致的PMOP的效果。綜上所述，PMOP的發(fā)病機制與絕經(jīng)后女性體內(nèi)抗氧化能力減退，從而導(dǎo)致ROS生成增加影響骨代謝，造成了骨質(zhì)流失。

3 腸道菌群與絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥

近年來的研究表明，腸道菌群經(jīng)由多種途徑影響骨代謝[18]。腸道菌群是人體必不可少的部分，其數(shù)量是人類細(xì)胞數(shù)的數(shù)10倍，可通過多種方式與宿主相互作用，影響宿主組織(如骨組織)的發(fā)育和穩(wěn)態(tài)[19-20]。研究發(fā)現(xiàn)，絕經(jīng)后雌激素缺乏，會影響腸上皮屏障的完整性[21]。由腸上皮細(xì)胞組成的腸上皮屏障是對人體內(nèi)部和外部環(huán)境的重要屏障。它可以通過適應(yīng)機制限制細(xì)菌的生長，減少機體與細(xì)菌的直接接觸，并防止細(xì)菌進入黏膜下組織引發(fā)過度炎癥[22]。一方面，腸上皮屏障的破壞會導(dǎo)致機體對腸道菌群的免疫耐受能力下降；另一方面，該屏障的損傷會引起細(xì)菌移位和機體的炎癥反應(yīng)，使包括比例失調(diào)和定位轉(zhuǎn)移兩種情況的腸道菌群失調(diào)[23]。腸道菌群可以通過抑制機體局部或全身的炎癥反應(yīng)和增強腸上皮屏障功能來防止骨質(zhì)流失，也可通過影響機體的代謝來調(diào)節(jié)骨代謝[24-25]。腸道菌群可通過酵解食物中的碳水化合物等生成短鏈脂肪酸，它能誘導(dǎo)類胰島素一號生長因子(insulin-like growth factors -1，IGF-1)的產(chǎn)生并增加骨量[26]。此外，腸道菌群還可以通過增強腸道對營養(yǎng)物質(zhì)的攝取，從而改善機體營養(yǎng)狀況的方式來影響骨代謝[27]。為了探究PMOP的發(fā)生發(fā)展與哪些菌種有關(guān)，Wen等[28]采用手術(shù)去勢法建立PMOP小鼠模型，飼養(yǎng)70 d后用16 S rRNA方法對比模型與正常小鼠糞便中腸道菌群差異，發(fā)現(xiàn)PMOP小鼠中纖毛蟲和乳桿菌、擬桿菌的數(shù)量顯著增加，厚壁菌與擬桿菌比率顯著上升，艾克曼菌也明顯減少，與正常小鼠菌落數(shù)差異顯著。

為了使免疫系統(tǒng)充分發(fā)揮功能，人體必須能夠區(qū)分宿主體內(nèi)正常存在的分子與外來微生物[29]。而腸道菌群的來源為體外環(huán)境，因此可能在腸道局部或全身引發(fā)免疫反應(yīng)。因此，上述菌種的增多或減少可能導(dǎo)致與骨代謝相關(guān)的許多細(xì)胞因子，例如TNF-α等隨之改變[30]。為了支持這些認(rèn)識，Sjogren等[31]建立無菌小鼠模型，發(fā)現(xiàn)這些小鼠促炎性細(xì)胞因子TNF-α和IL-6的表達(dá)均有所降低。已知TNF-α可刺激RANKL信號通路，可能促進骨質(zhì)流失，抑制間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化，從而抑制骨形成能力。可見，腸道菌群與骨質(zhì)疏松的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。

4 鐵過載與絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥

細(xì)胞中非蛋白絡(luò)合鐵、鐵蛋白及超氧陰離子形成了一個大的平衡體系，該體系中各部分保持相對的濃度，以維持細(xì)胞的正常功能。其中，非蛋白絡(luò)合鐵具有自由鐵的性質(zhì)，與疾病的關(guān)系最為密切，是引發(fā)自由基反映的初始物質(zhì)[32]。當(dāng)血液中的非蛋白絡(luò)合鐵蓄積過多，導(dǎo)致鐵過載，過量的自由鐵將廣泛沉積于人體各種器官和組織，對其功能造成影響。近年來，大量實驗數(shù)據(jù)均提示絕經(jīng)后婦女的鐵過載狀態(tài)是PMOP的一個獨立危險因素[33]。

對經(jīng)期婦女而言，內(nèi)源性鐵的主要排泄方式為失血，但在絕經(jīng)后鐵不再因失血而流失，使其更多的在體內(nèi)蓄積[34]。除此之外，雌激素對鐵代謝的調(diào)控因素可能也與絕經(jīng)后鐵蓄積現(xiàn)象有關(guān)。臨床與實驗數(shù)據(jù)均表明，雌激素可通過抑制鐵調(diào)素合成、維持鐵運蛋白完整性等多方面調(diào)控細(xì)胞內(nèi)鐵的代謝[35]。鐵調(diào)素是由肝臟合成分泌的鐵負(fù)性調(diào)節(jié)激素，也是鐵穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑[36]。可見，絕經(jīng)后雌激素水平降低是鐵過載的高風(fēng)險因素之一。

而鐵過載誘導(dǎo)的骨質(zhì)流失機制可能與氧化應(yīng)激有關(guān)[37]。鐵蓄積過程中會產(chǎn)生大量的ROS，從而導(dǎo)致成骨細(xì)胞的凋亡[38]。Tian等[39]研究發(fā)現(xiàn)鐵過載誘導(dǎo)的成骨細(xì)胞壞死與ROS的產(chǎn)生關(guān)系密切，采用抗氧化劑N-乙酰半胱氨酸(NAC)可通過PIPK1/PIPK3/MLKL途徑有效抑制鐵過載引起的細(xì)胞壞死。Wang等[40]提取刪除了鐵輸出鐵蛋白(FPN)的小鼠的破骨細(xì)胞前體細(xì)胞及成熟破骨細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)FPN的缺失會導(dǎo)致破骨細(xì)胞前體細(xì)胞中的細(xì)胞鐵水平輕度升高，從而使小鼠的破骨細(xì)胞生成增加，降低骨量；同時，在體外機制研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)鐵的升高可促進巨噬細(xì)胞增殖并增強破骨細(xì)胞分化的兩個關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子：NFATc1和PGC-1b 的表達(dá)。值得一提的是，僅僅在沒有雌激素的情況下，鐵才能影響骨量，且雌激素對鐵誘導(dǎo)骨量減少的抑制作用主要與骨形成有關(guān)[41]。綜上所述，絕經(jīng)后鐵過載是PMOP的重要危險因素之一。

5 展望

經(jīng)過多年的研究，對絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松發(fā)病機制的認(rèn)識已經(jīng)不再僅是孤立的“雌激素—骨代謝紊亂—骨質(zhì)流失”。目前看來，PMOP的發(fā)病與絕經(jīng)后雌激素缺乏誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激、腸道菌群、鐵過載等多系統(tǒng)、多因素共同參與有關(guān)。鈣劑、雌激素補充治療、抗骨質(zhì)疏松藥物等治療手段不再是臨床治療的唯一選擇，益生菌、抗氧化劑、鐵調(diào)素等潛在藥物均在動物實驗、臨床試驗中得到較為理想的治療效果。絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥作為一種和年齡相關(guān)疾病，具有病程長的特點，在該病發(fā)生發(fā)展的漫長過程中，針對其多系統(tǒng)共同參與的復(fù)雜發(fā)病機制，多靶點、多系統(tǒng)聯(lián)合用藥，一方面可降低單一藥物長期應(yīng)用的藥物耐受，另一方面取得更好的臨床效果，必將會是臨床治療PMOP的新思路。

總之，對絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥發(fā)病機制的研究隨著分支學(xué)科的發(fā)展逐漸完善深入。至今為止，仍有較多科學(xué)問題尚待回答，比如鐵過載導(dǎo)致骨質(zhì)流失的具體分子機制，病理過程中各致病因素之間關(guān)聯(lián)的分子機制等。相信更多深入的研究將會逐漸剖析絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥發(fā)病的具體機制，解答上述問題，從而為該病的治療提供更加充分的理論基礎(chǔ)。