雌激素及其受體在骨關節(jié)炎中的研究進展△

陳 威，蘇耀輝，周明旺*，魏長浩

（1.甘肅省中醫(yī)院，甘肅蘭州 730050；2.甘肅中醫(yī)藥大學，甘肅蘭州 730000）

骨關節(jié)炎（osteoarthritis,OA）是一種多因素引起的關節(jié)退行性病變[1]，表現(xiàn)為軟骨侵蝕，軟骨下骨破壞、硬化等病理特點[2]。常引起關節(jié)周圍腫痛、僵硬、關節(jié)活動受限[3]。全球近3億人罹患OA，其中大多為中老年患者[1]，已成為老齡化社會的公共健康問題之一[4]。據(jù)統(tǒng)計，我國膝關節(jié)癥狀性OA發(fā)病率高達8.1% ，且女性（10.3% ）明顯高于男性（5.7% ）[5]，不同性別的OA發(fā)病率為何差距明顯？早前便有學者根據(jù)年齡和性別的發(fā)病差異提出并證實絕經(jīng)后雌激素水平變化與OA發(fā)病關系密切[6]。因而，深入研究雌激素相關代謝機制與OA發(fā)生發(fā)展的分子生物學規(guī)律尤為重要，闡明該機制規(guī)律，可能為明確OA發(fā)病機制、臨床防治提供更多理論參考[7]，將會成為OA防治的重要工作。

1 雌激素及其受體與OA關系

1.1 雌激素與OA關系

雌激素是人體非常重要的類固醇性激素，由卵巢、睪丸及腎上腺皮質細胞分泌產(chǎn)生，包括雌酮、雌二醇、雌三醇和雌甾醇[8]。雌激素經(jīng)典信號傳遞過程是依靠自身的脂溶性進入細胞，與胞內(nèi)雌激素受體（estrogen receptor,ER）結合并激活受體靶基因的轉錄活性，啟動相關基因表達，能夠對生殖系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、胰島功能、心血管、骨代謝平衡等多個方面產(chǎn)生影響[9～14]。

談到雌激素與骨代謝平衡，無法避免的就是軟骨下骨及關節(jié)軟骨的代謝全程。雌激素對上述兩種骨代謝過程影響深遠[15]。有學者通過去勢大鼠的動物模型研究發(fā)現(xiàn)，模型組雌激素水平下降，促使軟骨下骨轉化率明顯增高，導致軟骨下骨發(fā)生微損傷和重塑，頻發(fā)重塑引起軟骨下骨硬度明顯增加，進一步改變關節(jié)局部的生物力學狀態(tài)，以引發(fā)關節(jié)軟骨的損傷加劇，形成并加劇OA進展[16～18]。眾所周知，關節(jié)軟骨并無血管、神經(jīng)和淋巴分布，關節(jié)液是關節(jié)軟骨維持低代謝活動的重要途徑[19]。研究指出，關節(jié)液和外周循環(huán)血液中的雌激素水平呈正相關，當體內(nèi)雌激素缺乏時，關節(jié)液中雌激素水平也將隨之下降，從而減弱對關節(jié)軟骨破壞性炎性因子的抑制作用，諸如最為常見的白細胞介素1β（interleukin-1β,IL-1β）、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α,TNF-α）等，這些炎性因子可以通過信號通路產(chǎn)生嚴重的軟骨破壞作用[20]，也有研究發(fā)現(xiàn)雌激素可通過 PI3K-AKT-mTOR途徑降低ASIC1a的表達和自噬水平，從而降低血清炎癥因子水平[21]?？梢姶萍に貙A的影響途徑眾多，上述的典型影響已足以說明雌激素與OA之間存在極為密切的關聯(lián)。重要的是，雌激素作為調節(jié)成骨與破骨平衡的重要調節(jié)劑之一，當絕經(jīng)后雌激素呈現(xiàn)波動性下降狀態(tài)，直至卵巢徹底衰竭不再分泌雌激素，從相對不足逐漸發(fā)展為基本缺乏[22]；雌激素的不足最終引起關節(jié)軟骨和軟骨下骨的破壞加劇，從而發(fā)生典型的軟骨侵蝕與軟骨下骨破壞、硬化的OA病理特點[2]，直接或間接的影響OA病程。

1.2 雌激素受體與OA關系

ER分為細胞核受體和細胞膜性受體兩種。其中細胞核受體又分為細胞核受體ERα和ERβ；而細胞膜性受體則以G蛋白偶聯(lián)雌激素膜受體（G protein coupled estrogen receptor,GPER）為代表。ER能夠調節(jié)細胞增殖、凋亡和代謝，提示ER在維持細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用；同時ER還能與雌激素產(chǎn)生特異性結合，從而形成ER復合物，促進雌激素發(fā)揮其生物學效應，維持正常的生理功能[23]。

1.2.1 細胞核受體

ERα和ERβ兩種細胞核受體亞型均是以細胞核分布為主的“核受體”。細胞核受體與雌激素結合后可以介導基因轉錄，進一步產(chǎn)生相應的效應蛋白，從而發(fā)揮其生物學效應。隨著ERα和ERβ兩種亞型研究的逐步深入，發(fā)現(xiàn)ERα可以在骨和骨髓中有效表達，并且ERα作為主要的受體類型，與雌激素結合發(fā)揮調節(jié)骨代謝的重要作用，并可調節(jié)軟骨細胞生長；而ERβ能參與骨的形成和吸收，且在女性生殖系統(tǒng)中具有高度的組織特異性表達[24，25]，二者可能通過上述調節(jié)機制參與KOA的病理發(fā)展過程，從而對OA病程產(chǎn)生重要影響。雖目前不乏此類研究，但具體機制不盡如意。

1.2.2 細胞膜性受體

細胞膜性受體類型很多，包括核受體型、核受體類似型、GPER及其他類型。其以GPER為最主要的膜受體，常以GPR30/GPERl發(fā)揮主要作用。GPR30/GPERl是以細胞膜或內(nèi)質網(wǎng)為主要分布區(qū)域的受體，與雌激素結合后，常以非轉錄模式直接快速激活cAMP和EGFR等一系列信號通路，提高胞內(nèi)Ca2+的釋放率，直接調節(jié)下游的信號通路，產(chǎn)生諸多下游效應；當然，GPR30／GPERl在運動系統(tǒng)中廣泛表達，已被證實與骨代謝密切相關，在OA發(fā)生發(fā)展的過程有著不容忽視的影響[26]。近來一項研究也能證實GPER與OA關系密切，該研究通過RT-PCR、West?ern blot及免疫組化方法檢測到臨床OA患者軟骨組織中GPER的表達，并通過激光共聚焦顯微鏡下觀察、Western blot等研究發(fā)現(xiàn)GPER與軟骨變性呈負相關，并提出GPER直接以YAP為靶點，通過廣泛抑制機械應力機械應力介導的RhoA/LIMK/cofilin途徑，改善OA病情[27]。從而能夠進一步說明雌激素的細胞膜性受體與OA關系密切，未來有望深入研究并進一步明確作用機制，從而為OA的精準治療提供理論依據(jù)。

2 雌激素及其受體與信號通路代謝機制

2.1 雌激素與Notch信號通路

哺乳動物的Notch基因包括一個跨膜信號受體家族，即Notch-1、Notch-2、Notch-3和Notch-4，以及它們對應的配體Delta和jagged。Notch信號通路參與諸多細胞發(fā)育過程，如調節(jié)軟骨細胞分化、成熟、增殖等過程。Notch-1和Notch-2分別在軟骨深層和軟骨區(qū)廣泛表達，且大量Notch信號分子出現(xiàn)在破壞的軟骨中，提示Notch的表達很可能與軟骨修復相關[28]。付超[29]通過構建卵巢摘除大鼠OA模型、大鼠OA模型、卵巢摘除大鼠模型、空白對照，對比雌激素的缺乏對大鼠OA模型Notch信號通的影響，發(fā)現(xiàn)在兩組OA大鼠軟骨中Notch-2表達明顯高于非OA大鼠，卵巢摘除大鼠OA模型的Notch-2表達低于卵巢未摘除大鼠OA模型，說明在OA大鼠中雌激素的缺乏會降低Notch-2的表達。此類研究雖然較少，作用機制也未完全闡明，但對于雌激素與OA之間關系的研究卻有著重要意義，從Notch信號通路為切入點探討雌激素及其受體與OA的機制研究可能具有一定科研前景。

2.2 雌激素與PI3K信號通路

2.2.1 通過胰島素樣生長因子-1介導的PI3K信號通路

胰島素樣生長因子-1（insulin-like growth factor-1,IGF-1） 是一種結構上類似于胰島素原的單鏈多肽，能夠調節(jié)軟骨形成與代謝[30]。有學者以間充質干細胞為基礎進行軟骨治療，采用慢病毒載體將IGF-1基因導入人滑膜間充質干細胞以提高IGF-1表達量，發(fā)現(xiàn)IGF-1高表達可明顯提高軟骨分化能力[31]，說明IGF-1與軟骨代謝與修復關系密切，但此研究并不能說明雌激素是否通過IGF-1對OA產(chǎn)生具體何種影響。同期有學者采用不同濃度的雌二醇干預大鼠生長板軟骨細胞，發(fā)現(xiàn)其IGF-1的表達升高，雌激素能明顯促進大鼠生長板軟骨細胞的增殖效應，可能是通過IGF-1軸調控生長板軟骨細胞生長，初步表明雌激素可能會通過IGF-1對軟骨修復具有較為重要的影響[32]。但上述機制通過何種途徑影響OA病理進程？查閱文獻可知，IGF-1對人軟骨細胞中IL-1β誘導的NF-κB活化有抑制作用，NF-κB活化與軟骨降解密切相關，并參與PI3K信號通路發(fā)揮作用；當然，也有可能是雌激素干預下的IGF-1通過其他信號通路發(fā)揮作用。

2.2.2 通過白細胞介素1β介導的PI3K信號通路

白細胞介素 1β（interleukin-1β,IL-1β）作為重要的細胞炎性因子，可誘導軟骨細胞外基質（extra?cellular matrix,ECM）降解，調節(jié)多種促炎細胞因子和趨化因子的表達水平，是臨床上評判治療OA效果的常用觀察指標。同時，IL-1β誘導軟骨細胞凋亡是體外實驗常用的OA造模方式[33，34]。正常關節(jié)組織中含有微量IL-1β，而在OA患者的關節(jié)滑液中IL-1β明顯高于正常人，且IL-1β的表達水平與OA的嚴重程度呈正相關[35]。有研究發(fā)現(xiàn)，絕經(jīng)后女性OA患者微小核糖核酸-203（miR-203）通過ERα結合能調控IL-1β誘導的細胞炎癥和細胞損傷[36]，這也從側面說明ERα調控IL-1β對KOA的發(fā)生發(fā)展產(chǎn)生深遠影響。也有研究通過17β-雌二醇在體內(nèi)和體外干預小鼠OA模型，發(fā)現(xiàn)雌二醇治療可改善軟骨破壞和骨贅形成，降低血清IL-6水平[37]。上述研究從多方位初步證實，ER和IL-1β綜合作用對OA產(chǎn)生重要影響，但IL-1β可通過激活復雜的信號通路網(wǎng)絡觸發(fā)強烈的炎癥反應，其中PI3K/AKT信號通路與IL-1β誘導的炎癥密切[38]；雌激素可能通過影響IL-1β而對PI3K-AKT-mTOR途徑發(fā)揮作用，降低ASIC1a的表達和自噬水平，從而降低血清炎癥因子水平[21]，但未來需要更深入的研究去闡明具體作用機制。

2.2.3 基質金屬蛋白酶類與PI3K信號通路

基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases,MMPs）是與OA發(fā)生、發(fā)展關系密切的蛋白酶家族。其中MMP-3是由關節(jié)滑膜細胞、軟骨細胞分泌，可以通過溶解膠原蛋白中的Ⅳ型膠原并破壞關節(jié)軟骨表面而引發(fā)OA，降解關節(jié)軟骨。雌激素對于MMP-3具有抑制作用，生理濃度和高濃度雌激素均能顯著降低原發(fā)性OA關節(jié)軟骨細胞MMP-3 mRNA的表達[39]。有研究指出，雌激素可通過降低人髓核細胞中的MMP-3的表達，從而阻止ECM的降解，MMP-3下調可通過PI3K/Akt/FOXO3信號通路實現(xiàn)[40]。因此，雌激素可能通過影響MMPS的表達，進而對PI3K信號通路發(fā)揮作用以影響OA病情。

2.3 雌激素受體與RhoA信號通路

有學者通過對軟骨細胞中與機械應力相關的ER進行研究發(fā)現(xiàn)，與機械應力相關的ER為GPER。GPER作為膜受體主要代表，能夠調節(jié)軟骨細胞機械應力轉導的應答。GPER通過促進YAP和ARH?GAP29的表達和YAP核定位，抑制機械應力介導的RhoA/LIMK/coflin激活、肌動蛋白聚合和Piezo1的激活，減弱軟骨細胞的凋亡，從而改變OA進程[41]。該信號通路有別于上述細胞因子等干預的作用機制發(fā)揮作用，本信號通路是機械應力刺激學說的有效佐證，可能為OA發(fā)病機制與治療的相關研究提供基礎。

3 結論

從分子生物學角度深入研究絕經(jīng)后女性OA的發(fā)生機制，微觀精準地認識疾病，尋找精確的藥物治療靶點，是近年來學者關注的熱點之一。雌激素及其受體在人體中對各種因子發(fā)揮作用，使得其在人體多種疾病中有著重要的調控功能。雌激素及受體作為成骨細胞和破骨細胞之間的平衡劑，在絕經(jīng)后女性骨質疏松癥研究較多，而在對軟骨細胞產(chǎn)生的作用研究相對較少。本文雖就雌激素及其受體與OA之間的關系和信號通路等機制進行初步綜述，但內(nèi)容仍有不完善，期待未來可以從雌激素及其受體通過轉化生長因子、軟骨自噬、基因多態(tài)性、脂質代謝紊亂及AMPK、MAPK、Wnt、sox9等相關機制研究OA的發(fā)生發(fā)展。同時，對于肥胖、勞損、遺傳、環(huán)境因素、內(nèi)分泌及代謝異常等方面也可以與雌激素及其受體展開相關性研究，進而從多維度明確OA的發(fā)生發(fā)展機制，對認識絕經(jīng)后女性OA的病理變化和疾病防治具有積極而深遠的現(xiàn)實意義。