雌激素與雌激素受體骨代謝調節作用

張萌萌

《中國骨質疏松雜志》社，北京 100102

原發性骨質疏松癥可分為三型：Ⅰ型絕經后骨質疏松癥(postmenopausal osteoporosis，PMO)、Ⅱ型老年骨質疏松癥和特發性骨質疏松癥(包括青少年型)。PMO一般發生在女性絕經后2年內。主要是由于絕經后女性雌激素水平下降，引起骨代謝紊亂[1]，骨轉換率升高，破骨細胞活性增加[2]，骨吸收能力大于骨形成，體內外骨重建失衡[3-4]，骨密度(bone mineral density，BMD)降低，骨脆性增加，并易引起骨質疏松性骨折[5-6]。絕經后婦女發生PMO的患病率為男性的4倍。

臨床研究表明，以雌激素為基礎的治療可在一定程度上抑制破骨活性，促進成骨細胞增殖，從而防治PMO[7]。

絕經激素治療類藥物(menopausal hormone therapy，MHT)[5]是防治絕經后骨質疏松癥的有效措施，包括雌激素補充療法(estrogen therapy，ET)和雌、孕激素補充療法(estrogen plus progestogen therapy，EPT)。通過抑制骨丟失、降低骨轉換，提高骨密度，減少骨質疏松性骨折的發生。

雌激素的生理作用主要是通過作用于組織細胞的雌激素受體(estrogen receptor，ESR)進而調控靶基因的轉錄翻譯來完成，ESR屬核受體超家族成員，是配體活化的轉錄調節因子，雌激素的受體分布于子宮、陰道、乳房、皮膚、骨骼、盆腔、膀胱、尿道和大腦等。因此，雌激素對生殖系統、心血管系統、骨代謝、胰島功能、中樞神經系統等多方面產生影響[8]。ESR主要有雌激素受體α及β(ERα、ERβ)兩種亞型[9-10]。

1 雌激素與選擇性雌激素受體調節劑的骨代謝調節作用

雌激素是由內分泌系統產生的、由18個碳組成的類固醇類激素，主要由卵巢的卵泡細胞或胎盤分泌，具有廣泛而重要的生物活性。女性體內有雌酮(E1)、雌二醇(E2)、雌三醇(E3)3種雌激素。其中，雌二醇的生物活性最強，多數雌激素類藥物都是以其為母體人工合成的雌激素類衍生物。

骨組織是雌激素作用的重要靶組織，雌激素受體α和β在骨和骨髓中廣泛表達。研究表明，雌激素主要通過與ERα作用發揮骨代謝調節功能。

雌激素與ESR結合后，通過多種途徑調節成骨細胞(osteoblasts，OB)與破骨細胞(osteoclasts，OC)功能，參與骨代謝活動，可促進成骨細胞增殖，促進膠原合成，提高骨礦化，抑制破骨細胞活性，誘導破骨細胞凋亡，維持骨密度，保護骨組織。此外，雌激素還可通過鈣代謝調節系統影響骨代謝活動。

1.1 雌激素對成骨細胞的生物學作用

研究表明，雌激素可直接促進OB增殖、對OB編碼轉錄因子基因和骨基質蛋白(Ⅰ型膠原、骨鈣素、堿性磷酸酶)的表達等有直接作用。雌激素可通過與成骨細胞上的雌激素受體結合形成受體-配體復合物，變構后進入細胞核與特異的DNA序列結合，激活ER相關信號轉導途徑，促進特異的mRNA合成；也可通過與成骨細胞上的雌激素受體結合，促進成骨細胞分泌腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白介素 1、6(IL-1、IL-6)等誘導單核破骨細胞前體，分化為具有較強骨吸收能力的多核破骨細胞[11-13]。所產的生物學作用通過以下幾種機制促進成骨細胞增殖、分化，延長成骨細胞生存周期，提高成骨細胞活性，促進骨形成。

1.1.1抑制OB凋亡：成骨細胞的平均生存周期在絕經后骨質疏松癥的發病進程中起關鍵作用。雌激素對成骨細胞凋亡的抑制對于骨骼系統的保護作用十分重要，涉及多方面的分子生物學機制。有研究表明[14]，雌激素可通過細胞外信號調節激酶(extracellular regulating kinase，ERK)通路調控成骨細胞轉錄活性，抑制成骨細胞凋亡，延長成骨細胞生存時間。此外，雌激素可促進成骨細胞分泌轉化生長因子β(TGF-β)，抑制成骨細胞凋亡。

1.1.2抗氧化作用，抑制氧化應激反應：雌激素能夠通過成骨細胞的正調控蛋白WNT-βcatenin(無翅果蠅基因Wingless與小鼠基因Int1結合的基因-β鏈蛋白)信號通路，抑制氧化應激反應，促進成骨細胞增殖[15]。

1.1.3促進骨形成蛋白(bone morphogenetic prorein，BMP)合成：雌激素與ER結合后，可上調骨形成蛋白通路，增加BMP-mRNA的表達，促進成骨細胞的增殖與分化。

雌激素還可通過促進OB分泌膠原酶，釋放細胞因子，促進骨形成。

1.2 雌激素對破骨細胞的生物學作用

雌激素對破骨細胞的抑制作用可分為直接作用和間接作用。直接作用是通過雌激素與雌激素受體結合介導產生的。雌激素與ER-α結合能激活破骨細胞Fas/ FasL通路，Fas屬于腫瘤壞死因子受體(TNFR)家族的一種膜受體，其配體 FasL(CD95 L)屬于TNF家族，Fas/ FasL系統激活后可誘導成熟破骨細胞發生凋亡[16]。此外，雌激素可誘導雌激素受體α結合于骨架蛋1(BCAR1)上，阻斷核因子κB(NF-κB)受體活化因子配體(receptor activator of nuclear foctor-κB ligand，RANKL)/巨噬細胞集落刺激因子介導的轉錄[8]，阻斷其誘導的破骨作用，抑制RANKL誘導的破骨細胞分化，從而抑制破骨細胞功能、加快破骨細胞凋亡、縮短破骨細胞的存活時間。

間接作用主要是利用成骨細胞與免疫細胞分泌的細胞因子，如負調控腫瘤壞死因子α(TNF-α)、白細胞介素1(IL-1)等炎癥因子的產生，以及上調轉化生長因子β(TGF-β)的表達，抑制OC的增殖、分化及生理活性。雌激素也可通過雌激素與ER-α結合，上調骨保護素(osteoprotegerin，OPG)的表達[17]，OPG一方面直接促進OC的凋亡，另一方面與RANK核因子κB受體活化因子(receptor activator of nuclear foctor-κB，RANK)競爭性的結合RANKL，阻斷RANKL與RANK的結合[18]，通過對OPG/RANK/RANKL系統的調節，延緩破骨細胞前體的分化，抑制OC的生成，促進OC的凋亡，減少OC骨吸收活性。

1.3 雌激素對鈣磷代謝的調節作用

雌激素可促進降鈣素(calcitonin，CT)分泌，抑制破骨細胞功能；同時，雌激素能夠間接地調控甲狀腺激素通路，降低甲狀旁腺激素(parathyroid hormone，PTH)的骨吸收作用，并能提高腎1α羥化酶的活性，增加l,25(OH)2D3的合成，l,25(OH)2D3與維生素D受體(vitamin D receptor，VDR)結合后，發揮生物學作用，促進骨形成。

1.4 選擇性雌激素受體調節劑的生物學作用

選擇性雌激素受體調節劑(selective estrogen receptor modulators，SERMs)是結構上不同的化合物，不是雌激素，屬于ESR激動劑或拮抗劑[19]。與靶器官細胞內的ESR結合后，可導致ESR空間構象改變，發揮類似雌激素的生物學作用，抑制OC的骨吸收作用。SERMs是治療絕經后婦女骨質疏松癥的良好選擇[20]。

2 雌激素治療骨質疏松癥的動物實驗研究

雌激素治療絕經后骨質疏松可降低骨轉換，抑制骨丟失，降低骨質疏松性椎體、非椎體及髖部骨折的風險。眾多學者對雌激素治療骨質疏松的作用機制和療效進行了大量的動物實驗研究。

Kubota等[21]通過微計算機斷層掃描技術研究雌激素缺乏在骨質增生中的作用，發現對去卵巢大鼠顱骨引導性骨質增生，去卵巢大鼠的新生骨量較對照組明顯減少，雌激素缺乏抑制骨增生中的成骨細胞分化和膠原基質產生。許閆嚴等[22]研究雌激素對去勢骨質疏松大鼠骨密度和骨代謝的影響，探討雌激素治療骨質疏松的機理。結果證明，雌激素能顯著提高去卵巢骨質疏松大鼠股骨骨密度、堿性磷酸酶、骨保護素、骨礦物鹽的含量，抑制骨鈣流失，抑制RANKL蛋白的表達，降低抗酒石酸酸性磷酸酶(TRACP-5b)的含量，達到改善骨質疏松的作用。Müller等[23]對20周齡去卵巢Wistar大鼠的實驗研究顯示，通過微計算機斷層掃描分析，觀察到雌激素E2對大鼠脛骨具有顯著的骨保護作用。Pei-I等[24]研究雌激素和雌激素受體α軸在大鼠成骨細胞線粒體能量代謝和成骨細胞骨礦化中的作用，說明雌二醇可誘導大鼠顱骨成骨細胞線粒體中細胞色素C氧化酶mRNA(COX I mRNA)和蛋白表達。雌二醇/ERα信號軸通過誘導成骨細胞染色體和線粒體復合物基因表達，上調線粒體生物能系統，促進成骨細胞成熟，改善骨礦化。魏雙雙等[25]探討雌激素(雌二醇)干預對去卵巢大鼠骨組織的影響，結果證明，雌激素可能通過抑制胞質活化T細胞核因子1(NFATc1)的表達，抑制去卵巢大鼠骨量丟失。Mayu Morita等[26]采用蛋白質印跡分析技術分析選擇性雌激素受體調節劑他莫昔芬、雷洛昔芬、巴西多昔芬對培養的小鼠破骨細胞前體細胞缺氧誘導因子1α(Hif1α)蛋白積聚的影響，結果顯示選擇性雌激素受體調節劑能抑制Hif1α蛋白的過度表達，降低破骨細胞中Hif1α蛋白水平，抑制破骨細胞活性，促進成骨細胞功能，促進骨重建。Wu等[27]研究雌激素對去卵巢(OVX)大鼠骨髓基質干細胞(BMSCs)衰老的影響，發現雌激素通過誘導ERβ與位于富含AT序列結合蛋白2(SATB2)基因-488位點的雌激素反應元件結合，來介導SATB2的上調，從而通過ERβ-SATB2途徑，調節骨髓基質干細胞的分化，抑制BMSCs衰老，預防骨質疏松的發生。

3 雌激素治療骨質疏松癥的臨床研究進展

雌激素替代療法是臨床治療絕經后骨質疏松的主要方案之一。雌激素與雌激素作用的機制研究，骨質疏松與雌激素及雌激素受體的相關性研究一直是各國學者們研究的熱點。

Pardhe等[28]對尼泊爾496名健康女性的調查研究顯示，與絕經前女性相比，絕經后女性血清鈣水平和雌二醇水平顯著下降。絕經后婦女的鈣和雌二醇之間存在顯著的正相關，而雌二醇和骨標志物之間沒有顯著的相關性。林雪完等[29]探討雌激素(促卵泡成熟激素、促黃體生成激素)和骨標志物(總骨Ⅰ型前膠原氨基酸延長鏈、β-膠原降解產物、骨鈣素)與絕經后骨質疏松的關系，證明雌激素和骨代謝標志物與骨質疏松明顯正相關，監測雌激素和骨代謝標志物可及早發現骨代謝異常，有助于絕經后骨質疏松的防治。Chi-Wen Chou等[30]對107名45歲以上絕經后女性外周血雌激素受體mRNA(ERαmRNA)表達水平與骨質疏松的相關性研究表明，骨密度減低和骨質疏松組外周血ERαmRNA表達水平與年齡呈負相關，與雌激素水平呈正相關，骨密度正常組無此相關性。外周血ERαmRNA水平可作為絕經后骨質疏松的獨立危險因素，可能較年齡的雌激素水平更重要。Lambert等[31]對雌激素缺乏的圍絕經期和絕經后女性骨質疏松患者使用異黃酮制劑(植物性雌激素)治療對骨吸收影響的薈萃分析顯示，異黃酮可顯著提高患者的腰椎與股骨頸骨密度，對雌激素缺乏性骨質疏松具有治療作用。Stephen[20]綜述了選擇性雌激素受體調節劑治療絕經后骨質疏松的研究現狀，與用于骨質疏松癥的雙膦酸鹽藥物相比，SERMs主要用于年齡較小的絕經后女性，尤其存在浸潤性乳腺癌家族史的患者，特別推薦使用，因為它們可以大大降低女性患乳腺癌的發生率。其中，雷洛昔芬與巴西多昔芬效果更優。

此外，有研究證實，選擇性雌激素受體調節劑與一種或多種雌激素相結合的藥物——組織選擇性雌激素復合物(tissue selective estrogen complex，TSEC)，用于治療絕經后骨質疏松，可顯著提高患者BMD，減少骨質疏松性骨折的發生，對乳房和子宮內膜具有一定的保護作用[32]。

Zhu等[33]對中國123名早期絕經期婦女使用含孕激素的標準或半劑量雌激素藥物，為期一年的前瞻性隨機試驗顯示，半劑量和標準劑量的雌激素與孕激素聯合使用對于早期絕經期婦女的骨密度具有保護作用，低劑量雌激素效果不佳。Komm等[34]將巴多昔(bazedoxifene，BZA)，一種選擇性雌激素受體調節劑，與結合雌激素(conjugated estrogens，CE)聯合應用，試驗結果表明，與單獨的使用選擇性雌激素受體調節劑或結合雌激素相比，BZA與CE聯合使用，在用藥12 和24個月后可降低絕經后女性骨轉換率，顯著提高椎骨、髖骨骨密度，降低骨質疏松性骨折的發生，減輕副作用。Prior等[35]的一項薈萃研究顯示，與單獨雌激素治療相比，雌激素-孕激素(EPT)療法治療骨質疏松，可使椎體骨密度增加更明顯。

雌激素和雄激素激素在骨骼系統的生長、發育過程中起主要作用，對骨組織具有保護作用。雌激素缺乏是PMO發生的主要原因[36]。雌激素或雌激素受體調節劑與雌激素受體結合后通過多種作用機制，促進成骨細胞的骨形成、抑制破骨細胞的骨吸收。雌激素治療骨質疏松效果顯著，可降低骨質疏松性骨折的發生，但也存在誘發子宮內膜增生，冠狀動脈疾病和靜脈血栓栓塞等相關疾病的風險[37]。因此，目前臨床上多采用雌激素聯合治療的方法治療骨質疏松效果顯著，且能減少副作用，對乳房和子宮內膜具有一定的保護作用，是治療絕經后骨質疏松的重要策略之一。