雌激素与骨关节炎

袁普卫 杨威 陈斌 杨波 孙晓涛

1.陕西中医药大学附属医院 骨四科， 陕西 咸阳 712000 2.湖北省公安县人民医院 骨二科，湖北 公安 434300 3.陕西中医药大学 中西医结合骨科，陕西 咸阳 712046

骨关节炎(Osteoarthritis,OA)是最常见的慢性关节疾病，是累及骨、软骨下骨、滑膜、韧带、周围肌肉和关节囊的全身关节炎性疾病，也是因为疼痛致残的主要原因[1-2]。OA的基本病理变化是关节软骨退变、软骨下骨增生硬化和滑膜增厚等，最常累及膝关节，最常见于中老年妇女[3-5]。疼痛和活动受限是最主要表现，随着年龄增长和活动增加逐渐加重，由于病因病机不明，尚无阻止或延缓疾病进展的有效药物或手段，终末期只能行关节置换术，OA已成为人类健康的主要问题[6]。

以往多数研究认为50岁以前男性膝OA(Knee Osteoarthritis,KOA)患病率明显高于女性，而50岁以后女性OA患病率明显高于男性和绝经前女性，常规推论这一变化很可能受绝经前后女性激素水平的变化影响。女性最主要的性激素是雌、孕激素，而国内外研究均发现在绝经后女性OA患者中，雌激素(estrogen,E2)的作用最明显，且临床E2替代治疗也有一定疗效。下面以E2为核心，就最近国内OA流行病学变化和国内外相关临床或基础研究成果作一简要介绍。

1 雌激素及其受体

E2调节人体多个系统或器官的正常生长发育、营养物质代谢及能量平衡[7]。多数人仅认为E2对生殖系统发育重要，但近几十年来，研究表明E2还调控着神经、心血管、免疫和骨骼肌肉系统的发育，且多数研究认为E2能增强机体免疫，促进骨骼矿化和骨骺闭合。

雌激素受体(estrogen receptors,ERs)是核受体家族，在细胞浆，可分为ERɑ和β，分别定位在染色体6q25.1和14q22-24[8]。ER由六个区域，共五部分组成，分别是氨基端、羧基端、DNA连接部、配体连接部和中间的连接部分，其中氨基端可变性最多，还包括超激活区域AF-1，不依赖配体[9]。ER分布在全身多个组织，也分布于骨骼肌肉系统中的软骨、软骨下骨、滑膜、韧带和肌肉等组织[10-11]。而且ERɑ主要分布在骨皮质，ERβ主要在软骨、松质骨和滑膜[12]。ER与受体激动剂结合产生激动效应，反之产生抑制效应；E2的作用效应不仅由组织中不同细胞类型所占的ER受体比例所决定，还受配体类型的比例影响。

2 雌激素与OA流行病学

中老年妇女E2水平显著低于绝经前女性，最近大量流行病学显示：不论职业、居住环境、地区和种族等因素，临床上中老年女性OA的患病率明显升高。贺凯[13]选取山东大学1770名40岁以上体检的教职工行问卷调查，得出男性KOA患病率为14.36%，女性为21.45%，差异具有显著性。2015年沈明球等[14]采用分层整群多阶段抽样方法对38岁以上新疆北疆牧区维、哈和汉族常住居民进行膝骨关节炎(KOA)主要致病因素入户现场封闭式问卷调查，收回有效问卷3 402份经过多因素非条件回归分析得出高龄和女性等是共同的致病因素；闭经是主要危险因素；维、哈族女性患病率明显高于汉族。

尽管多数流病学研究显示中老年OA患病率与性别显著相关，但目前仍有研究对此持不同意见。宰庆书等[15]对鲁西南地区邹城市3427名40岁以上常住居民进行问卷调查，得出男性OA占总患病人数的48%，女性为52%，差异无显著性。项晓伟等[16]对深圳市罗湖区1000名50岁以上等比例男女老年居民入户调查，得出女性KOA患病率为12.4%，男性为7.00%，总患病率为9.70%，男女性别无统计学意义。更值得关注的是，黄洪蓉[17]对我国22个社区1072例50岁以上KOA患者行发病趋势分析，男性患者占62.6%，女性占37.4%，男性显著高于女性。

最近多项KOA流行病学文献综述明确指出性别和体内激素水平是系统性危险因素，局部因素中肥胖与女性关系密切[18,19]。2014年，潘丁[20]对近年来共55篇国内OA流行病学原始横断面研究，并进行Meta分析得出，男性KOA患病率为14.2%，女性为24.4%，差异有显著性。总体而言，当前多数流行病学研究认为中老年OA发病率与性别有关，而由于没有严格按照分层整体多阶段抽样、抽样样本不足、分析方法有缺陷或研究人员的偏倚甚至研究设计不合理等因素，造成统计结果有明显偏差。值得期待的是，2015年陈伟等[21]将对我国KOA相关危险因素行全国性系统调查，这将使以上争议迎刃而解。

3 雌激素与OA相关的临床研究

前面多数流行病学资料显示OA的多发人群是中老年女性，同时多数临床研究表明E2水平与OA的发生或严重程度呈反比。梁海波等[22]对76例40岁以上女性KOA患者行E2水平检测并对结果进行相关性分析，线性回归分析显示血清E2水平与绝经呈负相关，与美国特种外科医院膝关节评分呈正相关。戴七一等[23]以50岁以上60例KOA女性与30例健康女性为研究对象，比较空腹血清E2水平，发现KOA组平均年龄小，血清E2含量明显低于正常组。秦杏坤等[24]对26例55岁以上女性血清及关节液中E2的变化研究中发现E2减低参与患者OA的发病过程。L.B.Tankó等[25]在Pubmed检索1980-2007年临床原始研究资料，对其摘要分析后认为在绝经后女性中，自体E2及外来E2替代治疗对关节软骨直接或间接的作用能维持骨和软骨组织健康。而Bianca M.de Klerk等[26]基于Medline和EMBASE检索OA和E2相关文献并对其进行系统分析，认为E2与OA不存在明确关系，这种关系太复杂而无法确定E2是否对50岁以上妇女OA高患病率起作用。

而源于妇女健康自发试验(Women’s Health Initiative study,WHI)的数据显示服用E2的女性，与安慰剂组比较可减少45%的全关节置换术[27]。俞益火等[28]用滋阴补肾法通过上调E2水平改善绝经后KOA患者关节功能并减轻滑膜炎症。说明调理中老年女性激素水平可缓解KOA症状。另外，薛延等[29]进一步从基因水平上对比说明携带ER等位基因xx基因型的患者更易患OA。而刘源等[30]对ERɑ基因XbaⅠ位点多态性与OA患者易感性进行Meta分析发现两者不存在关联；此后胥伯勇等[31]收集9篇ERɑ基因PvuⅡ、XbaⅠ位点多态性与OA患者对照研究文献共包括3228例OA患者和6327例健康人群，Meta分析发现ERɑ基因PvuⅡ、XbaⅠ位点多态性与OA遗传易感性无明显关联，而PvuⅡ位点等位突变时亚洲人OA遗传易感性略高于欧美人，反之XbaⅠ位点等位突变使欧洲人略高。

4 雌激素与OA相关的动物实验研究

4.1 雌激素与OA软骨或软骨下骨病理改变的关系

几十年来，国内外多数去双侧卵巢动物实验认为E2缺乏对软骨及软骨下骨有直接或间接损害。刘军等[32]将60只成年雌性SD大鼠分为去势(ovariectomy,VOX)、假手术(Sham)、去势补充雌激素组(OVX+ E2)，第6、10周膝关节病理改变呈轻中度OA改变，而E2补充组病理变化较轻，且同期Mankin评分明显偏低。Santos Castaeda等[33]对13只兔子行双侧卵巢切除术，22周后取材，膝关节软骨Mankin评分明显高于对照组。2015年，李楠等[34-35]单纯切除SD大鼠双侧卵巢3月后股骨头关节面肉眼显示为缺乏光泽，表面粗糙不平，局部可见软化灶，边缘有骨赘形成；光镜下显示关节面不平整，软骨层变薄，毛细血管增生，潮线缺失，骨小梁破坏且排列紊乱。梁震等[36]将15只Harlty豚鼠分为30天、90天和210天组，后两组胫骨关节软骨光镜下分别表现出中重度软骨损害，三组蛋白聚糖与年龄呈反比，E2与年龄呈正比。

此外，戴国锋等[37]运用扫描电镜和发射电镜在32月龄豚鼠去卵巢实验中发现去势组胫骨平台软骨损害较对照组明显，且与组织病理学改变吻合。Y.H.Sniekers等[38]采用系统回顾的方法将纳入的相关文献分为去势卵巢对软骨的作用和E2治疗对软骨的作用，得出11/14项成熟动物实验显示去势组软骨损伤，去势后行选择性E2受体激动剂治疗的所有6项动物实验都表明有保护效应，而E2治疗的效果未定。

4.2 雌激素与软骨或软骨下骨代谢的关系

切除卵巢是经典的骨质疏松症造模方法，说明E2对骨的代谢作用明确，很多研究者运用此造模原理探索对OA的作用。梁祖建等[39]将20只10月龄大鼠分为去势组和假手术组，2月后取材，前者E2水平显著下降，骨小梁面积百分数、宽度、数量和分离度以及银光周长百分率、矿化沉积率和骨形成率均明显下调，破骨细胞数显著上调。骨钙蛋白(osteoarthritis,OC)、Ⅰ型胶原降解碎片(fragments of C-terminal crosslinked telopeptide type Ⅰcollagen,CTX-Ⅰ)分别是骨合成与吸收的敏感指标，软骨寡聚基质蛋白(COMP)和Ⅱ型胶原降解碎片(fragments of C-terminal crosslinked telopeptide typeⅡcollagen,CTX-Ⅱ)是代表软骨降解的敏感指标。Jae-Hyuk Yang等[40]将35只7月龄雌性SD大鼠随机分为5组，假手术组(sham)、去势组(OVX)、去势加雌激素组(OVX-E)、去势加孕激素组(OVX-P,progestin)和去势加雌孕激素组(OVX-E-P)，术后给药10周，之后的1、5、9周采取各组大鼠尾静脉血，测定每组血清中COMP、CTX-Ⅰ、OC的含量，对比给药后各指标含量变化，发现OVX-E-P组COMP(cartilage oligomeric matrix protein)、CTX-1水平均比OVX-E组更低且与sham组类似，OC含量降低更为显著，与OVX组比较均有统计学意义。赵传喜等[41-42]发现去双侧卵巢大鼠组与对照组相比，血清E2降低，CTX-Ⅱ水平明显升高，右膝股骨髁软骨退变明显，Mankin评分升高；与具有促进E2分泌的补肾活血中药组相比也得出类似结论，但显著性均没有前者强。

此外，E.Calvo等[43]在12只成熟兔的复合模型研究中发现预先去卵巢诱导的骨质疏松可加重OA软骨的损伤。M A Karsdal等[44]认为在某些重要方面，E2对骨、软骨和炎症的多重效应可能正符合OA复杂的病因学，合理的E2干预会获得最大收益。然而，J.C.Holland等[45]将22只骨骼发育成熟的绵羊分为去势组和对照组，饲养一年后取胫骨行双能X线检查、荧光显微镜观察骨及骨小梁、甲苯胺蓝和快绿染色，得到的数据分析表明去势不是OA的直接病因，但会增加骨质疏松发生率并可能使已发生的OA更为严重。

4.3 雌激素与OA炎症或炎性因子的关系

E2可调节局部或全身炎性因子而直接或间接与OA关联。张俐等[46]将24只8月龄SD雌性大鼠随机分为空白、Sham和OVX组，术后7周取材，发现OVX组与前两组比较iNOS(inducible nitric oxide synthase)显著升高，与对照组比较SOD(超氧化物歧化酶)显著下降，膝关节组织学表现呈中度断骨损伤。宋亦军等[47]将60只雌性新西兰兔均行膝关节伸直位固定术分为6组，5组都去势并分别给予低中高口服戊酸雌二醇(E2V)、中剂量E2V+安宫黄体酮(MPA)和不用药，最后1组行假手术且不用药，分别于8、16周处死取材，去势后各组MMP-1、3和IL-1βmRNA表达增加，给予E2V后均有所抑制，MPA有协同作用，其中低剂量E2V组使MMPs/TIMP-1(Matrix Metalloproteinases,MMPs;Tissue Inhibitor of Metalloproteinases,TIMPs)均降低，而高剂量E2V组则使之增高，但仍低于不用药组。Atsuhiko Yoshida等[48]将24只12周龄大鼠行双侧卵巢切除术后分为OVX组、OVX+E2组和Sham组，而后立刻全部行前叉韧带切断术，自由活动30天后取膝关节行HE染色、基因蛋白产物9.5(protein gene product pan-neuronal marker,PGP9.5)、P物质(substance P,SP)和降钙素基因相关多肽(calcitonin gene-related peptide,CGRP)的免疫荧光染色，结果显示OVX组中滑膜炎的程度、SP/CGRP免疫激活的神经纤维密度明显高于E2和Sham组，说明在前叉模型中E2部分调节感觉神经多肽的表达，同时抑制或预防滑膜炎的进展和关节软骨退变。

王健等[49]在PubMed、Embase和Elseveir数据库以OA、E2、MMPs、ILs(interleukin)和TNF-ɑ(tumor necrosis factor)为检索词检索1992-2014年33篇相关文献，得出E2抑制骨吸收而延缓OA进展，在OA后期E2及其化合物可抑制滑膜炎症而抑制软骨流失。Anne C Bay-Jensen1等[50]在一项去卵巢大鼠全层膝关节软骨的微阵列分析中发现，E2缺乏可调控多种促炎因子和影响软骨代谢进而加速关节退变。大体而言，E2可影响炎性因子参与OA的发展变化，而具体干预形式或机制太复杂还有待进一步探索。

5 小结与展望

上文从流行病学、临床或动物实验研究三个大方面介绍了E2与OA的关系。国内各地区中老年人OA流行病学结果差异很大，有的甚至相反，这可能与多方面人为因素存在很大关系，尤其是实验设计和统计方法，多项研究对比中，发现严格采用分层整群多阶段抽样的结果都支持性别是OA系统危险因素之一。目前，尽管在流行病学、临床或动物实验研究的不同层面关于E2对OA的作用仍然存有争议，然而绝大多数研究都认为E2缺乏可破坏软骨，特别是临床研究已将E2替代治疗用于临床，最为有利的证据是E2或其调节剂可有效缓解OA患者疼痛，并略微降低患病率和减少关节置换发生率。但是随着E2替代治疗及其类似物的大量应用，不仅使OA患者受益，同时也增加了心血管事件或乳腺癌的发生率，这正严重限制其进一步推广。然而几乎所有的动物实验都认为E2直接或间接与OA相关，但争议的核心在于：1.E2缺乏是否直接导致OA，2.E2通过何种途径调节炎性因子、软骨及软骨下骨代谢进而影响OA。由于涉及的因素太多并且之间相互作用太过复杂，很难理清头绪，但笔者以为结合最新OA病机和最近E2与OA关系的再认识，从分子免疫学和生物力学角度，研究E2通过局部炎性破坏或骨与软骨代谢诱导途径的某一方面探求对OA的影响将有助于进一步认识其作用机理，有利于开发针对特异靶点作用的药物。