牟利民 张文豪 陈万吉 韩明展 冉建

骨关节炎（osteoarthritis，OA）是以关节软骨慢性退行性病变为特征，由多种因素导致局部慢性无菌性炎症，伴有关节软骨结构破坏的骨关节疾病[1]。髋、膝、手关节和脊柱是OA最常见的累及部位[2]。OA的发病及进展主要受患者性别、年龄、肥胖及体内雌激素水平的影响[3]。50岁以上的OA患者中，女性的发病率和患病率均高于男性，这表明围绝经期女性雌激素水平在OA的发病中起了重要作用[4]。1999年，Ushiyama等[5]研究发现雌激素受体（estrogen receptor Alpha，ER）-α和ER-β存在于人体关节软骨细胞中，这表明关节软骨是雌激素靶细胞作用位点之一。近年来，有研究发现部分OA的发生与患者雌激素缺乏和ER-α不稳定有关[6]，这为OA的靶点治疗提供了新的诊疗思路。本文就雌激素及ER与OA的相关性研究进展作一综述。

1 雌激素及ER

雌激素是一种较为重要的类固醇激素，主要由卵巢、睾丸及肾上腺皮质细胞分泌，包括雌三醇（E3）、雌二醇（E2）及雌酮（E1），其中 E2生理活性最强且在体内含量最高。雌激素不仅在调节女性正常生理功能上起着重要作用，而且在维持骨细胞代谢平衡中扮演着重要的角色[7]。雌激素通过胞膜进行扩散，到达相应的骨骼细胞后被活化或分解代谢[8]。女性E2主要在卵巢卵泡颗粒及膜细胞中产生，男性约有15%的E2是直接从睾丸分泌的，其余约85%的E2通过睾丸周围软组织中雄激素前体的芳香化作用生成[9]。

在哺乳动物中，ER根据分布的位置不同，可分为雌激素膜受体（membrane estrogen receptor，mER）、雌激素核受体（nuclear estrogen receptor，nER）。mER 主要在内质网和细胞膜上，包括G蛋白偶联雌激素受体（G-protein-coupled estrogen receptor，GPER）及 GPER家族中的 Gaq-ER、ER-X 及 GPER1（GPR30），大多分布于乳腺、心脏、卵巢及神经淋巴组织中[10]。雌激素结合mER后，相应的离子通道状态及酶的活性发生改变，如激活Ca2+通道，使磷脂酰肌醇3-激酶及丝裂原活化蛋白激酶的活性增强，这种激活方式独特，不需要依赖基因的调控，在数秒至数分钟内即可完成，故被称作“快速非基因组效应通道”[11]。Niwa等[12]研究表明，mER被E2激活后可对机体产生相应的调控作用。mER被活化后，Ca2+信号通路、环磷酸腺苷、蛋白激酶级联反应等各种信号通路也被迅速激活，并最终影响下游转录因子[13]。转录因子中核受体超家族成员nER，是由卵巢合成分泌的甾体激素类受体，包括ER-α和ER-β两种亚型，主要在细胞核中起作用。所有核受体家族成员共享一个多结构域，每个结构域指导激素相互作用，并发挥其功能[14]。ER-α基因染色体位于6q25.1-2位点上，包含7个内含子和8个外显子，染色体大小约140 000左右[15]；ER-β基因核型位于染色体14q23.2-3上，包含8个外显子，染色体大小约为40 000左右[16]。这两种核受体对雌激素都具有较强的亲和力，与雌激素识别结合后能更好地调控靶细胞；但和mER相比，nER发挥作用所需的时间相对较长，通常需要数小时以上，故被称作“慢速基因组效应通道”[17]。

2 雌激素与OA相关结构的作用机制

2.1 雌激素与关节滑膜的相关作用机制 人体正常关节结构主要由关节面（关节软骨）、关节腔（关节液）和关节囊（纤维层和滑膜）组成。外层纤维和内层滑膜共同组成关节囊，维持关节腔的稳定性；内层滑膜主要由A型、B型滑膜细胞构成，参与滑膜的分泌和代谢[18]。A型滑膜细胞来源于巨噬细胞系；B型滑膜细胞来源于间充质细胞，被称为成纤维样滑膜细胞（hyperplasia of synovial cells，FLS）。这两个细胞群形成正常的滑膜衬里，其厚度约为两层细胞大小，没有真正的基底膜，并位于结缔组织基质上方，该基质内含部分血管网络，少量肥大细胞和淋巴细胞[19]。FLS是产生关节液成分的主要细胞，具有一定的干细胞作用，参与关节组织细胞的更新和修复，其产生的关节液可为关节软骨提供营养，同时关节液内的巨噬细胞可消除关节内由于各种物理创伤、细菌和病毒感染等引起的局部炎症反应[20-21]。Lugo等[22]研究表明雌激素通过抑制滑膜细胞增殖，延缓滑膜病变，从而防止OA的发生。Xue等[23]发现雌性大鼠滑膜细胞对炎症刺激较为敏感，但E2可降低机体对炎症的敏感性。Dietrich等[24]研究发现E2与滑膜ER-β结合后可使滑膜的通透性发生改变，减少炎症因子释放而发挥抗炎效果。Blom等[25]发现滑膜衬里巨噬细胞（synovial lining macrophages，SLM）是滑膜增生的关键细胞，其产生的生长因子可诱导滑膜增生，在OA骨赘形成中起关键作用；SLM也能分泌基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMP），使软骨中的基质退化，促进OA的发生；该研究还发现雌激素通过抑制SLM活性和减少SLM数量来降低关节内纤维化，预防骨赘的形成。金鹏等[26]研究也证实了膝关节中MMP-13含量与OA分级呈正相关。因此，当雌激素缺乏时关节滑膜细胞分泌稳态失衡，对关节的保护作用就会明显减弱。

2.2 雌激素与关节软骨的相关作用机制 关节面主要由关节软骨构成。关节软骨内无神经、血管和淋巴分布，主要由覆盖于骨细胞表面的光滑结缔组织构成。关节软骨为关节提供了光滑湿润的表面，不仅减少了摩擦，还有利于软骨间电荷的传递[27]。关节液是关节软骨主要的营养物质来源，其主要成分包括透明质酸、表层蛋白、磷脂和其他相关调节因子等，关节液的成分可作为反映关节健康状况的生物指标[28]。关节液中的雌激素含量和体内血液中的雌激素含量呈正相关，因此当体内雌激素水平降低时，关节液中的雌激素水平也会随之减少，从而影响整个关节的生理及病理改变[29]。Schicht等[30]在干预雌激素合成代谢途径后，发现软骨细胞中主要表达ER-α和ER-β，雌激素不仅影响芳香化酶中蛋白和mRNA的合成，导致软骨细胞的代谢发生改变，而且还促进关节内软骨细胞产生雌激素，参与关节内细胞代谢。Ye等[31]研究雌激素通过缺氧诱导因子-2α（hypoxia inducible factor-2α，HIF-2α）对下颌突软骨的影响时发现，高浓度的E2能够诱导下颌软骨细胞HIF-2α、血管内皮生长因子、MMP-13及X型胶原蛋白（type X collagen，Col X）的表达，并维持软骨细胞外基质的稳定性。体外雌激素对下颌软骨细胞的影响研究表明，超生理剂量的E2可以显著抑制软骨细胞中DNA和蛋白聚糖的合成，降低细胞外基质中软骨厚度，并上调Col X、IL-1β、IL-6和IL-8的表达[32]。故过量的雌激素会干扰下颌突软骨细胞中的代谢。Wang等[33]研究E2在缓解家兔OA症状中的作用发现，E2可以将关节软骨基质中的糖胺聚糖含量维持在一定水平，从而减轻关节疼痛症状。女性体内E2及孕激素水平与关节液、滑膜炎及关节软骨的退变有关，而男性体内E2及雄激素水平与关节的病变无关[34]。故体内雌激素水平降低会引起软骨细胞代谢发生改变，此外，关节软骨退变与性别有关。

2.3 雌激素与关节软骨下骨的相关作用机制 软骨下骨主要由骨小梁、小梁间隙、血管及软骨下皮质等构成，具有缓冲震荡、减轻生物应力及维持关节正常形态结构的功能。正常代谢情况下，软骨下骨主要由破骨细胞和成骨细胞共同参与维持骨钙平衡，破骨细胞主要参与骨的溶解吸收，而成骨细胞则承担骨基质的合成[35]。Zhu等[36]研究发现更年期女性体内促卵泡激素含量明显升高，而E2水平却明显降低；当血清E2水平降低时，抑制破骨细胞的溶酶体功能减退，成骨细胞的作用相应减弱，骨代谢失去平衡，促使骨量丢失、骨密度明显下降导致骨质疏松。此外Wu等[37]在切除8周龄雌性小鼠卵巢后发现小鼠膝关节内ER-α上调、细胞外调节蛋白激酶途径激活，引起软骨下骨破骨细胞活性增强、细胞凋亡加快、骨量明显减少，导致OA的进一步发展。魏双双等[38]研究去卵巢后大鼠骨组织发现，雌激素通过上调Wnt/β-链蛋白信号途径表达来预防骨质疏松。Xu等[39]用雌激素替代疗法治疗大鼠后发现，OA软骨下骨结构发生变化是在雌激素水平降低后发生的，雌激素水平降低可使软骨下骨代谢紊乱并发生骨质疏松，而雌激素补充又可延缓骨质疏松的发生；实验后大鼠关节经三维微型计算机断层扫描成像重建后发现，雌激素替代疗法保留了软骨下骨的基本结构。以上研究表明，雌激素可调节成骨细胞和破骨细胞活性来调节骨-软骨面，从而延缓OA的进展。

3 ER与OA的相关性

ER在维持内分泌系统平衡、调节骨细胞间信号传导中起着重要的媒介作用；雌激素通过识别软骨、软骨下骨及骨膜上的ER蛋白，实现骨细胞代谢的调控。ER蛋白在人骨骼细胞和关节软骨细胞中均具有表达。早在10多年前，Oshima等[40]在研究ER分布的定位实验中，将培育的大鼠根据性别和月龄进行分组，分别对ER-α和ER-β进行了免疫荧光染色，结果发现，雌性及雄性成年大鼠关节软骨和软骨下骨中均表达了ER-α和ER-β；同时还发现ER在未成年大鼠关节软骨中高度表达，而在老年雌性大鼠及去卵巢后大鼠中表达却明显降低。此后Engdahl等[41]在研究转基因小鼠中发现，ER-α的表达对小鼠OA的治疗有着明显的效果。Xu等[39]的大鼠实验发现，ER的选择性表达及雌激素的缺乏会对关节软骨和软骨下骨的重塑产生重要的影响，雌激素减少将导致软骨损害增加，出现异常软骨下骨重塑，从而导致OA的发生。Hughbanks等[42]研究也发现，ER-α的表达与OA的发生呈负相关。

4 小结

综上所述，目前有关OA的动物实验及雌激素替代疗法研究均表明，雌激素在维持关节内环境稳态中起着重要的调节作用。女性体内维持一定的雌激素水平，会对关节滑膜、软骨及软骨下骨的代谢起重要的保护作用。然而体内雌激素水平应保持多少为宜，这仍然未知。此外雌激素水平降低会导致关节内滑膜、软骨及软骨下骨发生病变，3者间病变顺序如何，它们之间又有怎样的关系，这值得继续探讨，这些研究可为预防早期OA的发生提供新的诊疗思路。