雌激素與骨關節炎

袁普衛 楊威 陳斌 楊波 孫曉濤

1.陜西中醫藥大學附屬醫院 骨四科， 陜西 咸陽 712000 2.湖北省公安縣人民醫院 骨二科，湖北 公安 434300 3.陜西中醫藥大學 中西醫結合骨科，陜西 咸陽 712046

骨關節炎(Osteoarthritis,OA)是最常見的慢性關節疾病，是累及骨、軟骨下骨、滑膜、韌帶、周圍肌肉和關節囊的全身關節炎性疾病，也是因為疼痛致殘的主要原因[1-2]。OA的基本病理變化是關節軟骨退變、軟骨下骨增生硬化和滑膜增厚等，最常累及膝關節，最常見于中老年婦女[3-5]。疼痛和活動受限是最主要表現，隨著年齡增長和活動增加逐漸加重，由于病因病機不明，尚無阻止或延緩疾病進展的有效藥物或手段，終末期只能行關節置換術，OA已成為人類健康的主要問題[6]。

以往多數研究認為50歲以前男性膝OA(Knee Osteoarthritis,KOA)患病率明顯高于女性，而50歲以后女性OA患病率明顯高于男性和絕經前女性，常規推論這一變化很可能受絕經前后女性激素水平的變化影響。女性最主要的性激素是雌、孕激素，而國內外研究均發現在絕經后女性OA患者中，雌激素(estrogen,E2)的作用最明顯，且臨床E2替代治療也有一定療效。下面以E2為核心，就最近國內OA流行病學變化和國內外相關臨床或基礎研究成果作一簡要介紹。

1 雌激素及其受體

E2調節人體多個系統或器官的正常生長發育、營養物質代謝及能量平衡[7]。多數人僅認為E2對生殖系統發育重要，但近幾十年來，研究表明E2還調控著神經、心血管、免疫和骨骼肌肉系統的發育，且多數研究認為E2能增強機體免疫，促進骨骼礦化和骨骺閉合。

雌激素受體(estrogen receptors,ERs)是核受體家族，在細胞漿，可分為ERɑ和β，分別定位在染色體6q25.1和14q22-24[8]。ER由六個區域，共五部分組成，分別是氨基端、羧基端、DNA連接部、配體連接部和中間的連接部分，其中氨基端可變性最多，還包括超激活區域AF-1，不依賴配體[9]。ER分布在全身多個組織，也分布于骨骼肌肉系統中的軟骨、軟骨下骨、滑膜、韌帶和肌肉等組織[10-11]。而且ERɑ主要分布在骨皮質，ERβ主要在軟骨、松質骨和滑膜[12]。ER與受體激動劑結合產生激動效應，反之產生抑制效應；E2的作用效應不僅由組織中不同細胞類型所占的ER受體比例所決定，還受配體類型的比例影響。

2 雌激素與OA流行病學

中老年婦女E2水平顯著低于絕經前女性，最近大量流行病學顯示：不論職業、居住環境、地區和種族等因素，臨床上中老年女性OA的患病率明顯升高。賀凱[13]選取山東大學1770名40歲以上體檢的教職工行問卷調查，得出男性KOA患病率為14.36%，女性為21.45%，差異具有顯著性。2015年沈明球等[14]采用分層整群多階段抽樣方法對38歲以上新疆北疆牧區維、哈和漢族常住居民進行膝骨關節炎(KOA)主要致病因素入戶現場封閉式問卷調查，收回有效問卷3 402份經過多因素非條件回歸分析得出高齡和女性等是共同的致病因素；閉經是主要危險因素；維、哈族女性患病率明顯高于漢族。

盡管多數流病學研究顯示中老年OA患病率與性別顯著相關，但目前仍有研究對此持不同意見。宰慶書等[15]對魯西南地區鄒城市3427名40歲以上常住居民進行問卷調查，得出男性OA占總患病人數的48%，女性為52%，差異無顯著性。項曉偉等[16]對深圳市羅湖區1000名50歲以上等比例男女老年居民入戶調查，得出女性KOA患病率為12.4%，男性為7.00%，總患病率為9.70%，男女性別無統計學意義。更值得關注的是，黃洪蓉[17]對我國22個社區1072例50歲以上KOA患者行發病趨勢分析，男性患者占62.6%，女性占37.4%，男性顯著高于女性。

最近多項KOA流行病學文獻綜述明確指出性別和體內激素水平是系統性危險因素，局部因素中肥胖與女性關系密切[18,19]。2014年，潘丁[20]對近年來共55篇國內OA流行病學原始橫斷面研究，并進行Meta分析得出，男性KOA患病率為14.2%，女性為24.4%，差異有顯著性。總體而言，當前多數流行病學研究認為中老年OA發病率與性別有關，而由于沒有嚴格按照分層整體多階段抽樣、抽樣樣本不足、分析方法有缺陷或研究人員的偏倚甚至研究設計不合理等因素，造成統計結果有明顯偏差。值得期待的是，2015年陳偉等[21]將對我國KOA相關危險因素行全國性系統調查，這將使以上爭議迎刃而解。

3 雌激素與OA相關的臨床研究

前面多數流行病學資料顯示OA的多發人群是中老年女性，同時多數臨床研究表明E2水平與OA的發生或嚴重程度呈反比。梁海波等[22]對76例40歲以上女性KOA患者行E2水平檢測并對結果進行相關性分析，線性回歸分析顯示血清E2水平與絕經呈負相關，與美國特種外科醫院膝關節評分呈正相關。戴七一等[23]以50歲以上60例KOA女性與30例健康女性為研究對象，比較空腹血清E2水平，發現KOA組平均年齡小，血清E2含量明顯低于正常組。秦杏坤等[24]對26例55歲以上女性血清及關節液中E2的變化研究中發現E2減低參與患者OA的發病過程。L.B.Tankó等[25]在Pubmed檢索1980-2007年臨床原始研究資料，對其摘要分析后認為在絕經后女性中，自體E2及外來E2替代治療對關節軟骨直接或間接的作用能維持骨和軟骨組織健康。而Bianca M.de Klerk等[26]基于Medline和EMBASE檢索OA和E2相關文獻并對其進行系統分析，認為E2與OA不存在明確關系，這種關系太復雜而無法確定E2是否對50歲以上婦女OA高患病率起作用。

而源于婦女健康自發試驗(Women’s Health Initiative study,WHI)的數據顯示服用E2的女性，與安慰劑組比較可減少45%的全關節置換術[27]。俞益火等[28]用滋陰補腎法通過上調E2水平改善絕經后KOA患者關節功能并減輕滑膜炎癥。說明調理中老年女性激素水平可緩解KOA癥狀。另外，薛延等[29]進一步從基因水平上對比說明攜帶ER等位基因xx基因型的患者更易患OA。而劉源等[30]對ERɑ基因XbaⅠ位點多態性與OA患者易感性進行Meta分析發現兩者不存在關聯；此后胥伯勇等[31]收集9篇ERɑ基因PvuⅡ、XbaⅠ位點多態性與OA患者對照研究文獻共包括3228例OA患者和6327例健康人群，Meta分析發現ERɑ基因PvuⅡ、XbaⅠ位點多態性與OA遺傳易感性無明顯關聯，而PvuⅡ位點等位突變時亞洲人OA遺傳易感性略高于歐美人，反之XbaⅠ位點等位突變使歐洲人略高。

4 雌激素與OA相關的動物實驗研究

4.1 雌激素與OA軟骨或軟骨下骨病理改變的關系

幾十年來，國內外多數去雙側卵巢動物實驗認為E2缺乏對軟骨及軟骨下骨有直接或間接損害。劉軍等[32]將60只成年雌性SD大鼠分為去勢(ovariectomy,VOX)、假手術(Sham)、去勢補充雌激素組(OVX+ E2)，第6、10周膝關節病理改變呈輕中度OA改變，而E2補充組病理變化較輕，且同期Mankin評分明顯偏低。Santos Castaeda等[33]對13只兔子行雙側卵巢切除術，22周后取材，膝關節軟骨Mankin評分明顯高于對照組。2015年，李楠等[34-35]單純切除SD大鼠雙側卵巢3月后股骨頭關節面肉眼顯示為缺乏光澤，表面粗糙不平，局部可見軟化灶，邊緣有骨贅形成；光鏡下顯示關節面不平整，軟骨層變薄，毛細血管增生，潮線缺失，骨小梁破壞且排列紊亂。梁震等[36]將15只Harlty豚鼠分為30天、90天和210天組，后兩組脛骨關節軟骨光鏡下分別表現出中重度軟骨損害，三組蛋白聚糖與年齡呈反比，E2與年齡呈正比。

此外，戴國鋒等[37]運用掃描電鏡和發射電鏡在32月齡豚鼠去卵巢實驗中發現去勢組脛骨平臺軟骨損害較對照組明顯，且與組織病理學改變吻合。Y.H.Sniekers等[38]采用系統回顧的方法將納入的相關文獻分為去勢卵巢對軟骨的作用和E2治療對軟骨的作用，得出11/14項成熟動物實驗顯示去勢組軟骨損傷，去勢后行選擇性E2受體激動劑治療的所有6項動物實驗都表明有保護效應，而E2治療的效果未定。

4.2 雌激素與軟骨或軟骨下骨代謝的關系

切除卵巢是經典的骨質疏松癥造模方法，說明E2對骨的代謝作用明確，很多研究者運用此造模原理探索對OA的作用。梁祖建等[39]將20只10月齡大鼠分為去勢組和假手術組，2月后取材，前者E2水平顯著下降，骨小梁面積百分數、寬度、數量和分離度以及銀光周長百分率、礦化沉積率和骨形成率均明顯下調，破骨細胞數顯著上調。骨鈣蛋白(osteoarthritis,OC)、Ⅰ型膠原降解碎片(fragments of C-terminal crosslinked telopeptide type Ⅰcollagen,CTX-Ⅰ)分別是骨合成與吸收的敏感指標，軟骨寡聚基質蛋白(COMP)和Ⅱ型膠原降解碎片(fragments of C-terminal crosslinked telopeptide typeⅡcollagen,CTX-Ⅱ)是代表軟骨降解的敏感指標。Jae-Hyuk Yang等[40]將35只7月齡雌性SD大鼠隨機分為5組，假手術組(sham)、去勢組(OVX)、去勢加雌激素組(OVX-E)、去勢加孕激素組(OVX-P,progestin)和去勢加雌孕激素組(OVX-E-P)，術后給藥10周，之后的1、5、9周采取各組大鼠尾靜脈血，測定每組血清中COMP、CTX-Ⅰ、OC的含量，對比給藥后各指標含量變化，發現OVX-E-P組COMP(cartilage oligomeric matrix protein)、CTX-1水平均比OVX-E組更低且與sham組類似，OC含量降低更為顯著，與OVX組比較均有統計學意義。趙傳喜等[41-42]發現去雙側卵巢大鼠組與對照組相比，血清E2降低，CTX-Ⅱ水平明顯升高，右膝股骨髁軟骨退變明顯，Mankin評分升高；與具有促進E2分泌的補腎活血中藥組相比也得出類似結論，但顯著性均沒有前者強。

此外，E.Calvo等[43]在12只成熟兔的復合模型研究中發現預先去卵巢誘導的骨質疏松可加重OA軟骨的損傷。M A Karsdal等[44]認為在某些重要方面，E2對骨、軟骨和炎癥的多重效應可能正符合OA復雜的病因學，合理的E2干預會獲得最大收益。然而，J.C.Holland等[45]將22只骨骼發育成熟的綿羊分為去勢組和對照組，飼養一年后取脛骨行雙能X線檢查、熒光顯微鏡觀察骨及骨小梁、甲苯胺藍和快綠染色，得到的數據分析表明去勢不是OA的直接病因，但會增加骨質疏松發生率并可能使已發生的OA更為嚴重。

4.3 雌激素與OA炎癥或炎性因子的關系

E2可調節局部或全身炎性因子而直接或間接與OA關聯。張俐等[46]將24只8月齡SD雌性大鼠隨機分為空白、Sham和OVX組，術后7周取材，發現OVX組與前兩組比較iNOS(inducible nitric oxide synthase)顯著升高，與對照組比較SOD(超氧化物歧化酶)顯著下降，膝關節組織學表現呈中度斷骨損傷。宋亦軍等[47]將60只雌性新西蘭兔均行膝關節伸直位固定術分為6組，5組都去勢并分別給予低中高口服戊酸雌二醇(E2V)、中劑量E2V+安宮黃體酮(MPA)和不用藥，最后1組行假手術且不用藥，分別于8、16周處死取材，去勢后各組MMP-1、3和IL-1βmRNA表達增加，給予E2V后均有所抑制，MPA有協同作用，其中低劑量E2V組使MMPs/TIMP-1(Matrix Metalloproteinases,MMPs;Tissue Inhibitor of Metalloproteinases,TIMPs)均降低，而高劑量E2V組則使之增高，但仍低于不用藥組。Atsuhiko Yoshida等[48]將24只12周齡大鼠行雙側卵巢切除術后分為OVX組、OVX+E2組和Sham組，而后立刻全部行前叉韌帶切斷術，自由活動30天后取膝關節行HE染色、基因蛋白產物9.5(protein gene product pan-neuronal marker,PGP9.5)、P物質(substance P,SP)和降鈣素基因相關多肽(calcitonin gene-related peptide,CGRP)的免疫熒光染色，結果顯示OVX組中滑膜炎的程度、SP/CGRP免疫激活的神經纖維密度明顯高于E2和Sham組，說明在前叉模型中E2部分調節感覺神經多肽的表達，同時抑制或預防滑膜炎的進展和關節軟骨退變。

王健等[49]在PubMed、Embase和Elseveir數據庫以OA、E2、MMPs、ILs(interleukin)和TNF-ɑ(tumor necrosis factor)為檢索詞檢索1992-2014年33篇相關文獻，得出E2抑制骨吸收而延緩OA進展，在OA后期E2及其化合物可抑制滑膜炎癥而抑制軟骨流失。Anne C Bay-Jensen1等[50]在一項去卵巢大鼠全層膝關節軟骨的微陣列分析中發現，E2缺乏可調控多種促炎因子和影響軟骨代謝進而加速關節退變。大體而言，E2可影響炎性因子參與OA的發展變化，而具體干預形式或機制太復雜還有待進一步探索。

5 小結與展望

上文從流行病學、臨床或動物實驗研究三個大方面介紹了E2與OA的關系。國內各地區中老年人OA流行病學結果差異很大，有的甚至相反，這可能與多方面人為因素存在很大關系，尤其是實驗設計和統計方法，多項研究對比中，發現嚴格采用分層整群多階段抽樣的結果都支持性別是OA系統危險因素之一。目前，盡管在流行病學、臨床或動物實驗研究的不同層面關于E2對OA的作用仍然存有爭議，然而絕大多數研究都認為E2缺乏可破壞軟骨，特別是臨床研究已將E2替代治療用于臨床，最為有利的證據是E2或其調節劑可有效緩解OA患者疼痛，并略微降低患病率和減少關節置換發生率。但是隨著E2替代治療及其類似物的大量應用，不僅使OA患者受益，同時也增加了心血管事件或乳腺癌的發生率，這正嚴重限制其進一步推廣。然而幾乎所有的動物實驗都認為E2直接或間接與OA相關，但爭議的核心在于：1.E2缺乏是否直接導致OA，2.E2通過何種途徑調節炎性因子、軟骨及軟骨下骨代謝進而影響OA。由于涉及的因素太多并且之間相互作用太過復雜，很難理清頭緒，但筆者以為結合最新OA病機和最近E2與OA關系的再認識，從分子免疫學和生物力學角度，研究E2通過局部炎性破壞或骨與軟骨代謝誘導途徑的某一方面探求對OA的影響將有助于進一步認識其作用機理，有利于開發針對特異靶點作用的藥物。