李立軍 綜述，倪東馗 審校

（天津醫(yī)科大學第二醫(yī)院骨科，天津 300211）

近年來，骨質(zhì)疏松癥已成為危害老年人健康的重大公共衛(wèi)生問題。我國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)流失的主要危險因素是絕經(jīng)期的到來，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。雌激素缺乏通過多重機制調(diào)控骨重塑，包括通過雌激素受體（ER）調(diào)控成骨細胞、破骨細胞的增殖及活性；通過激活氧化應(yīng)激，在骨微環(huán)境中調(diào)控細胞內(nèi)信號的傳遞，調(diào)節(jié)許多基本的細胞過程[2]，如增殖、分化、凋亡；通過調(diào)節(jié)T 細胞和B 細胞的激活和調(diào)節(jié)骨轉(zhuǎn)換的細胞因子的產(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骨重塑的直接調(diào)控機制以及雌激素缺乏誘發(fā)氧化應(yīng)激和免疫反應(yīng)調(diào)控骨重塑的機制。

1 雌激素對骨重塑的直接調(diào)控作用

骨骼是一個動態(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。雌激素通過與ERα 結(jié)合，誘導(dǎo)成骨細胞中Fas配體（FasL）的轉(zhuǎn)錄，激活破骨細胞Fas/ FasL 通路，同時，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 從細胞表面分裂，形成可溶性FasL，從而誘導(dǎo)破骨細胞凋亡[4]。雌激素通過與ERα結(jié)合，促進間充質(zhì)干細胞（MSCs）向成骨細胞前體細胞的方向增殖和分化，同時增加成骨細胞的活性。

在生理條件下，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-骨保護素（RANK-RANKL-OPG）信號通路的嚴格調(diào)控。據(jù)報道，雌激素可同時增加OPG 和RANKL的表達，但與RANKL 相比，OPG 表達持續(xù)的時間更長，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)致破骨細胞活性增加，破骨增多。

骨重塑開始于破骨細胞對骨的重吸收。長期以來骨內(nèi)襯細胞一直被認為是雌激素調(diào)控骨吸收的“守門人”，可直接控制破骨細胞的骨吸收[6]。OVX 大鼠及小鼠實驗研究顯示，雌激素主要通過靶向骨內(nèi)襯細胞中RANKL 的表達來調(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)的對骨內(nèi)膜細胞中RANKL 表達的抑制作用減弱所致。實驗表明，雌激素主要通過以ERα 依賴的方式，調(diào)節(jié)骨內(nèi)襯細胞中RANKL 的表達，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，過量的自由基壓倒了機體的正常抗氧化能力，造成脂質(zhì)氧化、細胞膜結(jié)構(gòu)改變、蛋白質(zhì)和核酸氧化，導(dǎo)致細胞的損傷，最終影響細胞功能[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，由多種化學物質(zhì)組成，包括自由基氧和非自由基氧，如超氧化物、過氧化氫和羥基自由基。在這些物質(zhì)中，過氧化氫的氧化活性和穩(wěn)定性最高，可能在細胞內(nèi)信號的傳遞中發(fā)揮重要作用，如增殖、分化、凋亡、修復(fù)過程和炎癥[2]。

氧化應(yīng)激及其誘導(dǎo)的分子和細胞機制被認為是骨質(zhì)疏松的重要發(fā)病機制，在骨丟失中發(fā)揮關(guān)鍵作用。氧化應(yīng)激可改變骨重塑過程，導(dǎo)致破骨細胞和成骨細胞活性的不平衡，這可能導(dǎo)致骨質(zhì)疏松和代謝性骨疾病。骨穩(wěn)態(tài)依賴于不同骨骼細胞功能之間的平衡，氧化應(yīng)激被認為是影響骨穩(wěn)態(tài)和骨密度的一個重要因素。氧化還原狀態(tài)的變化也與骨重塑過程有關(guān)，骨重塑過程通過骨細胞、成骨細胞、破骨細胞的協(xié)同作用實現(xiàn)骨再生。ROS 誘導(dǎo)成骨細胞和骨細胞凋亡，有利于破骨的發(fā)生，抑制礦化和骨的形成。過度的骨細胞凋亡與氧化應(yīng)激相關(guān)，導(dǎo)致破骨細胞生成的失衡，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 的重要來源[9]?，F(xiàn)已證實轉(zhuǎn)化生長因子β（TGFβ）是一種NOX4 表達的強誘導(dǎo)劑。

另一項研究顯示，雌激素通過對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，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，最終造成細胞的氧化狀態(tài)[11]。

2.3 ROS 在破骨細胞增殖中發(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)的信號通路[12]。有證據(jù)表明，ROS 通過介導(dǎo)了核因子κB 抑制因子（IκBα）的磷酸化和降解，激活核因子-κB，而不是通過過氧化氫直接激活核因子-κB 的表達，促進破骨細胞增殖。在破骨細胞中，主要是由過氧化氫介導(dǎo)MAPK的激活，促進破骨細胞增殖。ROS 通過幾種不同的方式影響細胞內(nèi)腔室中Ca2+存儲的動員。ROS 介導(dǎo)的信號通路誘導(dǎo)活化T-細胞核因子1（NFATc1）的初始激活，在低水平轉(zhuǎn)錄破骨細胞特異性基因，產(chǎn)生早期的破骨細胞分化。破骨細胞分化后期，在早期分化中最初被激活的通路仍然存在，ROS 的產(chǎn)生在此時達到峰值，于此同時細胞Ca2+水平達到高值。ROS 的增加最終導(dǎo)致NFATc1 的自動擴增以及大量基因和破骨細胞特異性基因的轉(zhuǎn)錄增加，促進破骨細胞的持續(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制 大量證據(jù)表明，雌激素缺乏引起機體免疫功能改變，體內(nèi)多種細胞因子介導(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別全身炎癥相關(guān)，表現(xiàn)為較高水平的循環(huán)白細胞介素（IL）-8 和腫瘤壞死因子-α（TNF-α）[14]。沒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 淋巴細胞中，CD4+T 細胞表達的ERα 水平高于ERβ，而B 淋巴細胞表達的ERβ 水平高于ERα。雌激素調(diào)控T 細胞和B 細胞中的作用主要是由ERα 介導(dǎo)的，盡管B 細胞中ERβ 的表達較高[16]。

在炎癥過程中，免疫系統(tǒng)的細胞，如T 細胞、B 細胞、巨噬細胞或樹突狀細胞，被激活并產(chǎn)生炎癥細胞因子，這是骨免疫學中最重要的介質(zhì)之一。部分細胞因子刺激破骨細胞，也有些細胞因子具有抗破骨細胞作用[17]。活化的T 細胞產(chǎn)生骨吸收細胞因子，如TNF-α 和RANKL 是破骨細胞發(fā)生的主要刺激因子?；罨腡 細胞在骨質(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 細胞系，而不是成骨細胞系，可能是骨微環(huán)境中OPG的主要來源，另一方面，最近已經(jīng)證明B 細胞被激活后能夠過表達RANKL[3]。T 細胞通過共刺激分子CD40L 和CD40 向B 細胞發(fā)出信號，調(diào)控破骨細胞形成，調(diào)節(jié)骨穩(wěn)態(tài)[3]。

3.2 免疫反應(yīng)對破骨細胞的影響 雌激素缺乏通過下調(diào)基質(zhì)細胞產(chǎn)生的TGF-β，間接調(diào)節(jié)T 細胞中TNF-α 和γ-干擾素（INF-γ）的產(chǎn)生[16]。此外，雌激素缺乏通過增加IL-7 的產(chǎn)生，上調(diào)T 細胞IFN-γ和TNF-α 的分泌[16，20]。對于T 細胞亞群，雌激素可減弱IL-17 和RANKL 分泌輔助性T 細胞（Th17），同時誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T 淋巴細胞（Treg 細胞）中FOXP3的表達，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刺激編碼Ⅱ類反激活因子（CⅡTA）的基因，增加巨噬細胞中MHCⅡ的呈遞，從而激活T 細胞分泌TNF-α[16]。

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

IFN-γ 對破骨細胞分化的作用有爭議，因為它可以抑制或刺激破骨細胞的形成。IFN-γ 可以通過誘導(dǎo)TNF 受體相關(guān)因子6（TRAF6）等蛋白的降解，或通過避免細胞分化，來阻斷RANK 介導(dǎo)的破骨細胞激活[16，23]。然而，IFN-γ 也可以通過誘導(dǎo)T 細胞產(chǎn)生RANKL 和TNF-α 來間接刺激破骨細胞的發(fā)生[24]。

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

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

3.3 免疫反應(yīng)對成骨細胞的影響 免疫系統(tǒng)對成骨的調(diào)控作用還沒有完全明確。細胞因子IL-1、IL-17、TNF-α 和IFN-γ 對成骨細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)，細胞因子IL-6 也可以通過抑癌素M（OSM）-STAT3 信號通路誘導(dǎo)成骨，提示一定水平的炎癥可以啟動成骨細胞分化[26]。此外，在體外細胞實驗發(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、肝細胞生長因子、血管內(nèi)皮生長因子和TGF-β 的分泌水平顯著升高，促進成骨細胞的增殖和遷移，并刺激成骨細胞的成熟和礦化[27]。

MSCs 和巨噬細胞之間的細胞間接觸導(dǎo)致前列腺素E2（PGE2）的產(chǎn)生，并通過巨噬細胞上的EP2/4受體誘導(dǎo)OSM 的產(chǎn)生。OSM 通過MSC 上的OSM和白血病抑制因子（LIF）受體激活STAT3 磷酸化，并啟動成骨細胞分化基因程序。STAT3 信號通路也會導(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成骨細胞分化。隨著巨噬細胞從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 巨噬細胞來源的因子，如BMP2 和TGF-β，可促進成骨細胞分化并增加骨礦化[26]。細胞因子IL-23、IL-17、TNF 和TGF-β，這些因子與基質(zhì)和造血前體細胞接觸，通過骨細胞的轉(zhuǎn)錄激活來促進骨形成[30]。一些促炎細胞因子包括TNF 和IL-23 調(diào)控NFATc1 的激活。雖然破骨細胞中的NFATc1 會誘導(dǎo)成骨細胞的骨丟失，當小鼠表達NFATc1 變異體（NFATc1nuc）時，發(fā)展為誘導(dǎo)骨形成[30]。

3 結(jié)語

更年期導(dǎo)致的雌激素減少給女性帶來了生理上的挑戰(zhàn)，因為雌激素的快速減少，雌激素對骨骼保護作用顯著減弱。骨質(zhì)疏松帶來了脆性骨折的風險，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)生脆性骨折的風險明顯增高。雌激素缺乏通過誘發(fā)多重機制聯(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。這些機制是進行干預(yù)的潛在途徑。例如，抑制破骨細胞的藥物、促進成骨活性的藥物、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。隨著科學研究的持續(xù)深入，未來會逐步揭示絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥發(fā)生、發(fā)展更深層次的分子生物學機制，為新的藥物研發(fā)及骨質(zhì)疏松治療提供精準治療靶點。