雌激素缺乏在PMO 發(fā)病中的作用機(jī)制研究進(jìn)展

李立軍 綜述，倪東馗 審校

（天津醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院骨科，天津 300211）

近年來(lái)，骨質(zhì)疏松癥已成為危害老年人健康的重大公共衛(wèi)生問(wèn)題。我國(guó)50 歲以上女性人群骨質(zhì)疏松癥患病率為20.7%，60 歲以上女性人群骨質(zhì)疏松癥患病率明顯增加[1]。中年女性骨質(zhì)流失的主要危險(xiǎn)因素是絕經(jīng)期的到來(lái)，特別是在絕經(jīng)期后的最初5 年骨量丟失極快，是骨質(zhì)疏松的高發(fā)期。絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥（PMO）是由于女性雌激素缺乏介導(dǎo)的骨質(zhì)疏松癥。雌激素缺乏通過(guò)多重機(jī)制調(diào)控骨重塑，包括通過(guò)雌激素受體（ER）調(diào)控成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞的增殖及活性；通過(guò)激活氧化應(yīng)激，在骨微環(huán)境中調(diào)控細(xì)胞內(nèi)信號(hào)的傳遞，調(diào)節(jié)許多基本的細(xì)胞過(guò)程[2]，如增殖、分化、凋亡；通過(guò)調(diào)節(jié)T 細(xì)胞和B 細(xì)胞的激活和調(diào)節(jié)骨轉(zhuǎn)換的細(xì)胞因子的產(chǎn)生，誘發(fā)免疫反應(yīng)，調(diào)控骨重塑[3]。因此，本綜述旨在概述雌激素缺乏對(duì)骨重塑的直接調(diào)控機(jī)制以及雌激素缺乏誘發(fā)氧化應(yīng)激和免疫反應(yīng)調(diào)控骨重塑的機(jī)制。

1 雌激素對(duì)骨重塑的直接調(diào)控作用

骨骼是一個(gè)動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)，是由不斷重復(fù)并相互耦聯(lián)的骨吸收和骨形成過(guò)程維持，即“骨重塑”[1]。雌激素是骨穩(wěn)態(tài)的重要調(diào)節(jié)因子。其通過(guò)兩種受體發(fā)揮作用，即ER α 和ERβ。ERα 在骨代謝調(diào)節(jié)中更為重要。雌激素通過(guò)與ERα 結(jié)合，誘導(dǎo)成骨細(xì)胞中Fas配體（FasL）的轉(zhuǎn)錄，激活破骨細(xì)胞Fas/ FasL 通路，同時(shí)，雌激素增加了基質(zhì)金屬蛋白酶3（MMP3）的轉(zhuǎn)錄，F(xiàn)asL 被MMP3 從細(xì)胞表面分裂，形成可溶性FasL，從而誘導(dǎo)破骨細(xì)胞凋亡[4]。雌激素通過(guò)與ERα結(jié)合，促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）向成骨細(xì)胞前體細(xì)胞的方向增殖和分化，同時(shí)增加成骨細(xì)胞的活性。

在生理?xiàng)l件下，骨重塑特別是骨吸收受到核因子κB 受體活化因子-核因子κB 受體活化因子配體-骨保護(hù)素（RANK-RANKL-OPG）信號(hào)通路的嚴(yán)格調(diào)控。據(jù)報(bào)道，雌激素可同時(shí)增加OPG 和RANKL的表達(dá)，但與RANKL 相比，OPG 表達(dá)持續(xù)的時(shí)間更長(zhǎng)，從而導(dǎo)致更大的OPG/RANKL 比值[5]。雌激素缺乏將降低OPG/RANKL 比值，導(dǎo)致破骨細(xì)胞活性增加，破骨增多。

骨重塑開(kāi)始于破骨細(xì)胞對(duì)骨的重吸收。長(zhǎng)期以來(lái)骨內(nèi)襯細(xì)胞一直被認(rèn)為是雌激素調(diào)控骨吸收的“守門人”，可直接控制破骨細(xì)胞的骨吸收[6]。OVX 大鼠及小鼠實(shí)驗(yàn)研究顯示，雌激素主要通過(guò)靶向骨內(nèi)襯細(xì)胞中RANKL 的表達(dá)來(lái)調(diào)節(jié)骨代謝，在雌激素缺乏狀態(tài)下觀察到的骨吸收增加主要是由于ERα介導(dǎo)的對(duì)骨內(nèi)膜細(xì)胞中RANKL 表達(dá)的抑制作用減弱所致。實(shí)驗(yàn)表明，雌激素主要通過(guò)以ERα 依賴的方式，調(diào)節(jié)骨內(nèi)襯細(xì)胞中RANKL 的表達(dá)，從而調(diào)節(jié)骨轉(zhuǎn)換[6]。

2 雌激素缺乏與氧化應(yīng)激

2.1 骨重塑中的氧化應(yīng)激 氧化應(yīng)激是指由于活性氧簇（ROS）的產(chǎn)生和抗氧化反應(yīng)之間的不平衡，過(guò)量的自由基壓倒了機(jī)體的正?？寡趸芰?，造成脂質(zhì)氧化、細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)改變、蛋白質(zhì)和核酸氧化，導(dǎo)致細(xì)胞的損傷，最終影響細(xì)胞功能[7-8]。ROS 的積累已被確定為雌激素缺乏誘導(dǎo)的骨丟失的重要通路。有研究報(bào)道，絕經(jīng)后婦女血清丙二醛（MDA）、4-羥基烯醛和氧化脂蛋白水平高于育齡婦女，提示絕經(jīng)后婦女體內(nèi)氧化應(yīng)激水平升高[5]。ROS 是一種高活性分子，由多種化學(xué)物質(zhì)組成，包括自由基氧和非自由基氧，如超氧化物、過(guò)氧化氫和羥基自由基。在這些物質(zhì)中，過(guò)氧化氫的氧化活性和穩(wěn)定性最高，可能在細(xì)胞內(nèi)信號(hào)的傳遞中發(fā)揮重要作用，如增殖、分化、凋亡、修復(fù)過(guò)程和炎癥[2]。

氧化應(yīng)激及其誘導(dǎo)的分子和細(xì)胞機(jī)制被認(rèn)為是骨質(zhì)疏松的重要發(fā)病機(jī)制，在骨丟失中發(fā)揮關(guān)鍵作用。氧化應(yīng)激可改變骨重塑過(guò)程，導(dǎo)致破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞活性的不平衡，這可能導(dǎo)致骨質(zhì)疏松和代謝性骨疾病。骨穩(wěn)態(tài)依賴于不同骨骼細(xì)胞功能之間的平衡，氧化應(yīng)激被認(rèn)為是影響骨穩(wěn)態(tài)和骨密度的一個(gè)重要因素。氧化還原狀態(tài)的變化也與骨重塑過(guò)程有關(guān)，骨重塑過(guò)程通過(guò)骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞的協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)骨再生。ROS 誘導(dǎo)成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞凋亡，有利于破骨的發(fā)生，抑制礦化和骨的形成。過(guò)度的骨細(xì)胞凋亡與氧化應(yīng)激相關(guān)，導(dǎo)致破骨細(xì)胞生成的失衡，從而導(dǎo)致骨重塑和骨丟失的周轉(zhuǎn)率增加[2]。

2.2 雌激素缺乏增加ROS 的產(chǎn)生 雌激素具有抗氧化作用，可阻止過(guò)多ROS 的產(chǎn)生。絕經(jīng)后女性雌激素水平下降，可能導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶的增加。NADPH氧化酶是一種完整的膜蛋白，可使電子從膜一側(cè)的NADPH 傳遞到另一側(cè)，傳遞到氧氣上，產(chǎn)生過(guò)氧化氫。NADPH 氧化酶家族包含7 種亞型，其中NOX4是體內(nèi)ROS 的重要來(lái)源[9]?，F(xiàn)已證實(shí)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β（TGFβ）是一種NOX4 表達(dá)的強(qiáng)誘導(dǎo)劑。

另一項(xiàng)研究顯示，雌激素通過(guò)對(duì)p66shc 的影響，調(diào)控ROS 的產(chǎn)生。p66shc 是shcA 適配器蛋白家族的一種亞型，在線粒體ROS（mtROS）的生成中發(fā)揮關(guān)鍵作用，p66shc 能夠放大線粒體產(chǎn)生ROS 的作用[10]。P66shc 通過(guò)蛋白激酶C（PKC）β 的磷酸化而被激活。研究發(fā)現(xiàn)，雌激素可以阻斷PKCβ 磷酸化p66shc 的能力，從而限制ROS 的產(chǎn)生。雌激素缺乏狀態(tài)下，p66shc 的活性增強(qiáng)，從而使線粒體ROS 的產(chǎn)生增多。因此，在雌激素缺乏的情況下，由于線粒體和（或）過(guò)氧化物酶體產(chǎn)生更多的ROS，或抗氧化系統(tǒng)的有效性降低，或兩者兼有，最終造成細(xì)胞的氧化狀態(tài)[11]。

2.3 ROS 在破骨細(xì)胞增殖中發(fā)揮重要作用 ROS可作為第二信使參與核因子-κB、絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）和Ca2+介導(dǎo)的信號(hào)通路[12]。有證據(jù)表明，ROS 通過(guò)介導(dǎo)了核因子κB 抑制因子（IκBα）的磷酸化和降解，激活核因子-κB，而不是通過(guò)過(guò)氧化氫直接激活核因子-κB 的表達(dá)，促進(jìn)破骨細(xì)胞增殖。在破骨細(xì)胞中，主要是由過(guò)氧化氫介導(dǎo)MAPK的激活，促進(jìn)破骨細(xì)胞增殖。ROS 通過(guò)幾種不同的方式影響細(xì)胞內(nèi)腔室中Ca2+存儲(chǔ)的動(dòng)員。ROS 介導(dǎo)的信號(hào)通路誘導(dǎo)活化T-細(xì)胞核因子1（NFATc1）的初始激活，在低水平轉(zhuǎn)錄破骨細(xì)胞特異性基因，產(chǎn)生早期的破骨細(xì)胞分化。破骨細(xì)胞分化后期，在早期分化中最初被激活的通路仍然存在，ROS 的產(chǎn)生在此時(shí)達(dá)到峰值，于此同時(shí)細(xì)胞Ca2+水平達(dá)到高值。ROS 的增加最終導(dǎo)致NFATc1 的自動(dòng)擴(kuò)增以及大量基因和破骨細(xì)胞特異性基因的轉(zhuǎn)錄增加，促進(jìn)破骨細(xì)胞的持續(xù)增殖[13]。

3 雌激素缺乏與免疫反應(yīng)

3.1 雌激素缺乏的促炎作用機(jī)制 大量證據(jù)表明，雌激素缺乏引起機(jī)體免疫功能改變，體內(nèi)多種細(xì)胞因子介導(dǎo)的免疫反應(yīng)加劇[6]。絕經(jīng)后婦女通常經(jīng)歷的潮熱及體重增加均與低級(jí)別全身炎癥相關(guān)，表現(xiàn)為較高水平的循環(huán)白細(xì)胞介素（IL）-8 和腫瘤壞死因子-α（TNF-α）[14]。沒(méi)有其他促炎疾病的絕經(jīng)后婦女的IL-1、IL-6 和TNF-α 水平高于絕經(jīng)前婦女[15]。

在T 淋巴細(xì)胞中，CD4+T 細(xì)胞表達(dá)的ERα 水平高于ERβ，而B(niǎo) 淋巴細(xì)胞表達(dá)的ERβ 水平高于ERα。雌激素調(diào)控T 細(xì)胞和B 細(xì)胞中的作用主要是由ERα 介導(dǎo)的，盡管B 細(xì)胞中ERβ 的表達(dá)較高[16]。

在炎癥過(guò)程中，免疫系統(tǒng)的細(xì)胞，如T 細(xì)胞、B 細(xì)胞、巨噬細(xì)胞或樹(shù)突狀細(xì)胞，被激活并產(chǎn)生炎癥細(xì)胞因子，這是骨免疫學(xué)中最重要的介質(zhì)之一。部分細(xì)胞因子刺激破骨細(xì)胞，也有些細(xì)胞因子具有抗破骨細(xì)胞作用[17]?；罨腡 細(xì)胞產(chǎn)生骨吸收細(xì)胞因子，如TNF-α 和RANKL 是破骨細(xì)胞發(fā)生的主要刺激因子?；罨腡 細(xì)胞在骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生中起重要作用[17-18]。

有證據(jù)表明，B 細(xì)胞直接參與了骨吸收的調(diào)節(jié)，是RANK/RANKL/OPG 系統(tǒng)的活躍調(diào)節(jié)因子[19]。B 細(xì)胞系，而不是成骨細(xì)胞系，可能是骨微環(huán)境中OPG的主要來(lái)源，另一方面，最近已經(jīng)證明B 細(xì)胞被激活后能夠過(guò)表達(dá)RANKL[3]。T 細(xì)胞通過(guò)共刺激分子CD40L 和CD40 向B 細(xì)胞發(fā)出信號(hào)，調(diào)控破骨細(xì)胞形成，調(diào)節(jié)骨穩(wěn)態(tài)[3]。

3.2 免疫反應(yīng)對(duì)破骨細(xì)胞的影響 雌激素缺乏通過(guò)下調(diào)基質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的TGF-β，間接調(diào)節(jié)T 細(xì)胞中TNF-α 和γ-干擾素（INF-γ）的產(chǎn)生[16]。此外，雌激素缺乏通過(guò)增加IL-7 的產(chǎn)生，上調(diào)T 細(xì)胞IFN-γ和TNF-α 的分泌[16，20]。對(duì)于T 細(xì)胞亞群，雌激素可減弱IL-17 和RANKL 分泌輔助性T 細(xì)胞（Th17），同時(shí)誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T 淋巴細(xì)胞（Treg 細(xì)胞）中FOXP3的表達(dá)，刺激TGF-β、IL-4 和IL-10 的活性和分泌[16]。雌激素缺乏上調(diào)TNF-α 產(chǎn)生的另一種解釋是通過(guò)刺激編碼Ⅱ類反激活因子（CⅡTA）的基因，增加巨噬細(xì)胞中MHCⅡ的呈遞，從而激活T 細(xì)胞分泌TNF-α[16]。

TNF-α 間接誘導(dǎo)破骨細(xì)胞形成，刺激骨髓基質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生RANKL 和巨噬細(xì)胞集落刺激因子（M-CSF），間接增加破骨細(xì)胞的生成[21]。TNF-α 還與RANKL協(xié)同作用，通過(guò)增加破骨細(xì)胞前體的RANK 表達(dá)，從而改善破骨細(xì)胞的發(fā)生[22]。TNF-α 還能減少成骨細(xì)胞OPG 的釋放，從而間接刺激破骨細(xì)胞的發(fā)育和功能[17]。

IFN-γ 對(duì)破骨細(xì)胞分化的作用有爭(zhēng)議，因?yàn)樗梢砸种苹虼碳て乒羌?xì)胞的形成。IFN-γ 可以通過(guò)誘導(dǎo)TNF 受體相關(guān)因子6（TRAF6）等蛋白的降解，或通過(guò)避免細(xì)胞分化，來(lái)阻斷RANK 介導(dǎo)的破骨細(xì)胞激活[16，23]。然而，IFN-γ 也可以通過(guò)誘導(dǎo)T 細(xì)胞產(chǎn)生RANKL 和TNF-α 來(lái)間接刺激破骨細(xì)胞的發(fā)生[24]。

IL-7 是骨髓和胸腺基質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞因子，通過(guò)直接和間接的作用刺激破骨細(xì)胞形成。IL-7 通過(guò)與破骨細(xì)胞前體中的IL-7R 結(jié)合，并通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子（STAT）5 促進(jìn)破骨細(xì)胞的形成[25]。IL-17 是主要由人類Th17 產(chǎn)生的細(xì)胞因子，是T 細(xì)胞亞群（Th17 細(xì)胞、CD4+T 細(xì)胞）的標(biāo)志性細(xì)胞因子，它通過(guò)上調(diào)RANKL 來(lái)誘導(dǎo)的OCs 形成，促進(jìn)骨吸收[3，17]。

還有其他的細(xì)胞因子，如IL-6、IL-11、IL-15 和IL-17 參與雌激素缺乏介導(dǎo)的骨丟失，單獨(dú)或相互協(xié)同作用，參與甚至獨(dú)立于RANKL/RANK 發(fā)揮作用。

3.3 免疫反應(yīng)對(duì)成骨細(xì)胞的影響 免疫系統(tǒng)對(duì)成骨的調(diào)控作用還沒(méi)有完全明確。細(xì)胞因子IL-1、IL-17、TNF-α 和IFN-γ 對(duì)成骨細(xì)胞分化的作用存在著相互矛盾的結(jié)果[26]。有研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞因子IL-6 也可以通過(guò)抑癌素M（OSM）-STAT3 信號(hào)通路誘導(dǎo)成骨，提示一定水平的炎癥可以啟動(dòng)成骨細(xì)胞分化[26]。此外，在體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，激活I(lǐng)FN-γ 和TNF-α后，MSCs 的旁分泌作用顯著改變，IL-6、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子和TGF-β 的分泌水平顯著升高，促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖和遷移，并刺激成骨細(xì)胞的成熟和礦化[27]。

MSCs 和巨噬細(xì)胞之間的細(xì)胞間接觸導(dǎo)致前列腺素E2（PGE2）的產(chǎn)生，并通過(guò)巨噬細(xì)胞上的EP2/4受體誘導(dǎo)OSM 的產(chǎn)生。OSM 通過(guò)MSC 上的OSM和白血病抑制因子（LIF）受體激活STAT3 磷酸化，并啟動(dòng)成骨細(xì)胞分化基因程序。STAT3 信號(hào)通路也會(huì)導(dǎo)致OSM 受體的上調(diào)，以放大其作用[28]。PGE2已被證明可直接促進(jìn)成骨細(xì)胞分化。隨著巨噬細(xì)胞從M1 到M2 的極化，從M1 介導(dǎo)的炎癥微環(huán)境到M2介導(dǎo)的再生微環(huán)境的轉(zhuǎn)化，這種轉(zhuǎn)化是骨形成的必需部分[29]。

M2 巨噬細(xì)胞來(lái)源的因子，如BMP2 和TGF-β，可促進(jìn)成骨細(xì)胞分化并增加骨礦化[26]。細(xì)胞因子IL-23、IL-17、TNF 和TGF-β，這些因子與基質(zhì)和造血前體細(xì)胞接觸，通過(guò)骨細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄激活來(lái)促進(jìn)骨形成[30]。一些促炎細(xì)胞因子包括TNF 和IL-23 調(diào)控NFATc1 的激活。雖然破骨細(xì)胞中的NFATc1 會(huì)誘導(dǎo)成骨細(xì)胞的骨丟失，當(dāng)小鼠表達(dá)NFATc1 變異體（NFATc1nuc）時(shí)，發(fā)展為誘導(dǎo)骨形成[30]。

3 結(jié)語(yǔ)

更年期導(dǎo)致的雌激素減少給女性帶來(lái)了生理上的挑戰(zhàn)，因?yàn)榇萍に氐目焖贉p少，雌激素對(duì)骨骼保護(hù)作用顯著減弱。骨質(zhì)疏松帶來(lái)了脆性骨折的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致絕經(jīng)后女性椎體、髖關(guān)節(jié)和其他部位受到輕微損傷而發(fā)生脆性骨折的風(fēng)險(xiǎn)明顯增高。雌激素缺乏通過(guò)誘發(fā)多重機(jī)制聯(lián)合作用引起骨重塑的失衡。相應(yīng)的骨重塑的不利變化偏向于骨吸收的增加，是引起絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的主要因素。這些機(jī)制是進(jìn)行干預(yù)的潛在途徑。例如，抑制破骨細(xì)胞的藥物、促進(jìn)成骨活性的藥物、激素替代療法以及具有抗氧化劑和抗炎活性的植物雌激素，都是預(yù)防絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的有效方法。隨著科學(xué)研究的持續(xù)深入，未來(lái)會(huì)逐步揭示絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥發(fā)生、發(fā)展更深層次的分子生物學(xué)機(jī)制，為新的藥物研發(fā)及骨質(zhì)疏松治療提供精準(zhǔn)治療靶點(diǎn)。