雌激素調(diào)節(jié)骨代謝作用的研究進(jìn)展

李微 張博 張雨薇 黃樹明*

1.黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040； 2.黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)藥研究院，黑龍江 哈爾濱 150040

1 雌激素、雌激素受體及骨質(zhì)疏松癥

1.1 雌激素及其來源

雌激素是一種由18個(gè)碳組成的類固醇類激素，由芳香化酶催化雄激素合成，主要以雌二醇、雌酮、雌三醇等形式存在。雌激素具有廣泛的生物活性，其主要通過與雌激素受體結(jié)合，對(duì)生殖系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、胰島功能、骨代謝等多方面產(chǎn)生影響[1]。雌激素在體內(nèi)主要由性腺器官和非性腺器官產(chǎn)生，女性絕經(jīng)前體內(nèi)的雌激素主要來自于卵巢，絕經(jīng)后卵巢分泌的雌激素急劇減少，體內(nèi)的一些非性腺組織也能夠分泌雌激素，如：脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞、骨細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞以及腦內(nèi)的下丘腦、邊緣系統(tǒng)的神經(jīng)元等均可以產(chǎn)生，并在局部發(fā)揮作用[2]。

1.2 雌激素受體及其分布

經(jīng)典的雌激素受體(ER)包括雌激素α受體(ERα)和雌激素β受體(ERβ)兩種，其中ERα又分為ER-α66、ER-α46 和 ER-α36 三種亞型[3]。ERα和ERβ屬于固醇類激素核受體[4]。ERα是于1985年第一個(gè)被克隆出來的ER[5]，1996年第二個(gè)ER被克隆得到，并被命名為ERβ[6]。ERα主要分布在性器官，如：乳房、子宮、卵巢、睪丸、和附睪，其他組織中也有分布，如：肝臟、腎臟、腎上腺、腦下垂體和下丘腦等；ERβ除了在前列腺有分布外，其主要并不分布在性器官，在皮膚、骨、腦、肺、膀胱、血管、淋巴系統(tǒng)和脂肪組織等中幾乎都有表達(dá)[7]。近年一種新型的雌激素受體被發(fā)現(xiàn)，命名為G蛋白偶聯(lián)受體30(GPR-30)，是一種位于細(xì)胞膜上與雌激素有很強(qiáng)親和力的受體，其分布也非常廣泛，涉及到的組織包括：中樞神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、腎臟及其他和代謝相關(guān)的組織結(jié)構(gòu)[8]。

1.3 雌激素與骨質(zhì)疏松癥

骨質(zhì)疏松是一種常見的代謝性骨病，其特點(diǎn)表現(xiàn)為骨密度下降，骨量減少，骨脆性增加，骨折風(fēng)險(xiǎn)加大[9]。根據(jù)其病因可以將骨質(zhì)疏松分為原發(fā)性和繼發(fā)性兩種類型，其中原發(fā)性是比較常見的類型，包括老年性和絕經(jīng)后兩種，其致病因素包括內(nèi)分泌、遺傳、物理、免疫、營養(yǎng)狀況及生活方式等多方因素。老年人隨著年齡的增長(zhǎng)，導(dǎo)致體內(nèi)性激素水平下降、甲狀旁腺水平升高、維生素D和K2水平下降等變化，致使骨形成和骨重建的平衡機(jī)制破壞，最終形成低轉(zhuǎn)換型骨質(zhì)疏松[10]；而絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松主要因?yàn)榇萍に厝狈?dǎo)致骨吸收大于骨形成，使骨量丟失，形成高轉(zhuǎn)換型的骨質(zhì)疏松[11]。

2 雌激素影響骨代謝的作用機(jī)制

雌激素對(duì)骨的新陳代謝起重要的調(diào)節(jié)作用，即體現(xiàn)在影響破骨細(xì)胞的骨重吸收，又體現(xiàn)在影響成骨細(xì)胞的骨形成，其是通過與雌激素受體結(jié)合實(shí)現(xiàn)的，早在20多年前，分布于成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的雌激素受體就被證明對(duì)骨有直接的作用，雌激素既可以直接作用于骨細(xì)胞，也能夠通過調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞以及細(xì)胞因子等起到間接的調(diào)節(jié)作用[12, 13]。

2.1 雌激素對(duì)破骨細(xì)胞的作用

破骨細(xì)胞是在趨化因子和細(xì)胞因子的作用下，由骨髓中造血干細(xì)胞前體細(xì)胞分化而來，其通過骨吸收功能參與骨的代謝平衡，并參與維持骨骼的完整性和穩(wěn)態(tài)[14]。1991年，破骨細(xì)胞就被證實(shí)為雌激素作用的直接靶點(diǎn)[15]，Takashi Nakamura 等[16]和Martin-Millan M等[17]均采用了Cre重組酶插入的方法，使破骨細(xì)胞上的雌激素受體不表達(dá)，結(jié)果使破骨細(xì)胞的凋亡減少，存活時(shí)間延長(zhǎng)，骨小梁骨量降低。雌激素促使破骨細(xì)胞凋亡的作用，可以通過降低c-jun(原癌基因片段)的活性來阻礙細(xì)胞核因子k B受體活化因子配體/巨噬細(xì)胞集落刺激因子(receptor activator of nuclear factor κB ligand/Macrophage colony-stimulating factor, RANKL/M-CSF)誘導(dǎo)蛋白-1依賴性的活化劑的轉(zhuǎn)錄來實(shí)現(xiàn)；也可以通過抑制RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞分化實(shí)現(xiàn)[18,19]。雌激素通過促進(jìn)雌激素受體與骨架蛋白1結(jié)合，使雌激素受體與腫瘤細(xì)胞壞死因子相關(guān)受體因子6隔離，降低細(xì)胞核因子-kB(nuclear factor κB，NF-κB)活性及抑制RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞分化[20]。

雌激素對(duì)破骨細(xì)胞的作用，除了上述的直接作用外，還存在間接的調(diào)節(jié)作用。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[21]，也可以增加RANKL的假性受體：骨保護(hù)素[22]。雌激素抑制其他細(xì)胞產(chǎn)生的促進(jìn)破骨細(xì)胞增殖、分化的因子：白細(xì)胞介素1、白細(xì)胞介素6、腫瘤壞死因子(TNF-α)、巨噬細(xì)胞集落刺激因子和前列腺素等，間接的影響破骨細(xì)胞的重吸收[22-24]。另外，T細(xì)胞與雌激素缺乏導(dǎo)致的骨丟失之間也有密切的關(guān)系，T細(xì)胞可以增加骨的微環(huán)境中的TNF-α的含量，間接的促進(jìn)破骨細(xì)胞生成[25]。

可見，雌激素對(duì)破骨細(xì)胞的作用主要分為直接作用和間接作用。直接作用主要是通過ER介導(dǎo)產(chǎn)生的，增加破骨細(xì)胞凋亡、降低破骨細(xì)胞的存活時(shí)間以及抑制破骨細(xì)胞分化。間接作用主要是利用成骨細(xì)胞和免疫細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子間接抑制破骨細(xì)胞的增殖、分化以及降低其活性。

2.2 雌激素對(duì)成骨細(xì)胞的作用

成骨細(xì)胞由多基質(zhì)間充質(zhì)干細(xì)胞分化而來，能夠起到維持骨的結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)骨的礦化過程等作用，其分化過程受到多種調(diào)控因子影響[26]。雌激素對(duì)成骨細(xì)胞的作用體現(xiàn)在增殖、分化、功能表達(dá)及凋亡等過程中[24]。目前研究表明雌激素主要通過三種機(jī)制直接影響骨形成，分別為抑制細(xì)胞凋亡、抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)以及降低NF-kB的活性[12]。

雌激素能夠改變轉(zhuǎn)錄因子的活性，如：誘導(dǎo)細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular regulating kinase,ERKs)、轉(zhuǎn)錄因子ETL樣蛋白1(Elk-1)和CCAAT/增強(qiáng)子結(jié)合蛋白β(CCAAT/enhancer-binding protein β gene，C/EBPβ)氧化磷酸化、下調(diào)c-jun和上調(diào)ERK/SRE(血清應(yīng)答元件，serum response element,SRE)靶基因ger-1的表達(dá)，這些轉(zhuǎn)錄因子可以激活Src/Shc/ERK(非受體型蛋白酪氨酸激酶Src/編碼SH結(jié)構(gòu)域的基因的蛋白產(chǎn)物Shc/ERK)信號(hào)通路及下調(diào)c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase, JNK)活性，進(jìn)而抑制成骨細(xì)胞凋亡并增加成骨細(xì)胞的存活時(shí)間，增加成骨細(xì)胞的活性[27, 28]。還有相關(guān)研究表明雌激素通過抗氧化的作用，抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)，使骨生成增加，成骨細(xì)胞的存活時(shí)間延長(zhǎng)[29, 30]。其主要機(jī)制是氧化應(yīng)激反應(yīng)通過抑制WNT(無翅果蠅基因Wingless與小鼠基因Int1結(jié)合的基因)信號(hào)通路，使通路中重要的信號(hào)因子β-catenin(β-鏈蛋白)的結(jié)合位點(diǎn)改變，抑制骨形成[30]。另外，雌激素缺乏對(duì)骨影響的主要標(biāo)記物就是增加了成骨細(xì)胞中NF-kB的活性，NF-kB的抑制可以使促進(jìn)骨基質(zhì)形成的重要轉(zhuǎn)錄因子FOS相關(guān)蛋白的表達(dá)增加，根據(jù)此觀點(diǎn)可以得出結(jié)論，雌激素能夠通過抑制NF-kB的活性，增加骨形成[31]。Modder等[32]，發(fā)現(xiàn)雌激素治療絕經(jīng)期婦女的性機(jī)能減退時(shí)，可以使骨髓和血液中的骨硬化蛋白減少，由于骨硬化蛋白是骨形成的有效抑制劑，故提出雌激素降低骨硬化蛋白的產(chǎn)生可能是雌激素促進(jìn)骨形成的另一作用機(jī)制。

綜上，雌激素促進(jìn)成骨細(xì)胞生成的作用，主要涉及到的作用機(jī)制有抑制成骨細(xì)胞凋亡，減弱氧化應(yīng)激反應(yīng)，降低NF-kB活性，降低骨硬化蛋白等。另外近幾年研究表明，雌激素受體的分布不同，對(duì)骨形成的影響也存在差異[13]。

2.3 骨細(xì)胞的重建過程

骨細(xì)胞在調(diào)節(jié)骨的重建過程中具有重要的作用，最早是由Tomkinson等證明雌激素缺乏使骨細(xì)胞的凋亡增加，表明骨細(xì)胞是雌激素作用的直接靶細(xì)胞[33, 34]。近年相關(guān)研究證明了也雌激素缺乏觸發(fā)骨細(xì)胞凋亡，增加骨重建和重吸收[35, 36]，為確定骨細(xì)胞在雌激素對(duì)骨的作用中的重要性提供更有力的依據(jù)。

骨結(jié)構(gòu)的完整是需要不斷的重建和修復(fù)來維持的，骨重建發(fā)生在基本的骨單元中，骨單元包括，成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞及骨細(xì)胞[12]。骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞以及成骨細(xì)胞的前體細(xì)胞通過促進(jìn)RANKL的表達(dá)來誘導(dǎo)破骨細(xì)胞的生成，這已經(jīng)是骨生物學(xué)研究領(lǐng)域達(dá)成的一個(gè)普遍共識(shí)，也有相關(guān)的學(xué)者證明促進(jìn)破骨細(xì)胞生成的RANKL的主要來源于骨小梁中的骨細(xì)胞[37]。骨的重建過程是骨的重吸收和骨的形成共同調(diào)節(jié)的，當(dāng)破骨細(xì)胞完成骨吸收后，隨之成骨細(xì)胞即會(huì)啟動(dòng)骨形成的機(jī)制，補(bǔ)充骨吸收的消耗，以確保骨骼的強(qiáng)度及完整性[12]。

骨重建過程中破骨細(xì)胞對(duì)成骨細(xì)胞的啟動(dòng)作用，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。第一，破骨細(xì)胞參與的骨吸收過程，能夠促進(jìn)骨基質(zhì)釋放對(duì)成骨細(xì)胞數(shù)量、分化及活性有積極作用的生長(zhǎng)因子，主要包括轉(zhuǎn)錄生長(zhǎng)因子[38]、胰島素樣生長(zhǎng)因子及骨形態(tài)發(fā)生蛋白[39]。第二，破骨細(xì)胞可以通過細(xì)胞之間的連接及其分泌的細(xì)胞因子直接調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞，破骨細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子包括，跨膜蛋白-神經(jīng)細(xì)胞突觸B2(ephrinB2)及ephrinB2的受體EphB4。EphrinB2和EphB4結(jié)合，可以抑制破骨細(xì)胞的活性及增加成骨細(xì)胞的分化[40]。但Negishi-Koga T等[41]提出破骨細(xì)胞利用信號(hào)蛋白4D與其受體結(jié)合抑制成骨細(xì)胞的活性及骨的形成。第三，破骨細(xì)胞分泌成骨細(xì)胞刺激因子，Wnt10b、骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein, BMP6)和神經(jīng)鞘胺醇-1-磷酸鹽等，能夠增加成骨細(xì)胞的活性及數(shù)量。這種作用也從另一方闡釋了骨的重建過程是骨吸收和骨形成共同參與調(diào)節(jié)的，故當(dāng)雌激素治療骨丟失時(shí)，破骨細(xì)胞數(shù)量減少后，也伴隨著成骨細(xì)胞數(shù)量在一定程度上的降低[42]。

3 雌激素治療骨質(zhì)疏松癥的臨床應(yīng)用

隨著雌激素對(duì)骨代謝影響相關(guān)研究的開展，越來越多的雌激素相關(guān)療法被應(yīng)用于臨床。由于雌激素撤退是絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的主要誘因，故雌激素替代療法，無疑成為了主要的臨床的治療手段之一。早在70-80年代在臨床上就有了關(guān)于雌激素與骨質(zhì)疏松關(guān)系的相關(guān)研究，并證實(shí)了雌激素替代療法能改善絕經(jīng)后婦女的骨質(zhì)疏松癥狀[43]。盡管雌激素的療效顯著，但考慮到其誘發(fā)冠狀動(dòng)脈綜合征、乳腺癌、中風(fēng)等相關(guān)疾病的風(fēng)險(xiǎn)[44]，目前臨床上多采用雌激素聯(lián)合治療的方法。王峰等[45]，通過對(duì)127例絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥患者的臨床觀察，證實(shí)了雌激素加上黃體素聯(lián)合常規(guī)方案治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥療效確切，副作用小，具有臨床應(yīng)用價(jià)值。黎濤[46]和李景龍等[47]，也通過臨床觀察雌激素的聯(lián)合用藥，證實(shí)了雌激素在治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥方面有確切的臨床價(jià)值，值得臨床推廣。另外，近年很多具有雌激素樣作用的中藥也被應(yīng)用于臨床治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥[48-49]。

4 結(jié)論與展望

雌激素從多方面調(diào)節(jié)骨代謝，即通過直接和間接作用促進(jìn)破骨細(xì)胞的凋亡和數(shù)量的減少，也通過細(xì)胞因子等促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖和分化。通過對(duì)骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞功能的整合影響骨重建的過程。更年期后體內(nèi)雌激素水平的降低是絕經(jīng)后婦女骨質(zhì)疏松癥的根本原因，本文通過概述雌激素影響骨代謝機(jī)制及臨床應(yīng)用的研究現(xiàn)狀，以期為后期的臨床治療及實(shí)驗(yàn)研究提供理論依據(jù)。