载脂蛋白E对绝经后妇女骨质疏松影响的研究进展

沈蕴茹 郭海英* 孙振双 徐道明 吴文忠 刘兰英

1.南京中医药大学第二临床医学院，江苏 南京 210023 2.南京中医药大学附属医院，江苏 南京 210029

绝经后骨质疏松症(post menopausal osteoporosis，POP)多年来都是国际医学研究的重点，绝经后骨质疏松症受多种因素所影响，其中与脂代谢关系密切，特别是绝经后妇女多因激素代谢异常导致骨代谢与脂代谢紊乱，脂代谢紊乱导致的心血管疾病常与骨质疏松症伴随发生，多项新研究阐明，国内外学者认为载脂蛋白E(Apolipoprotein E，ApoE)参与脂代谢与骨代谢，并起到至关重要的作用，本文通过介绍ApoE基因多样性、ApoE通过参与调节Wnt信号通路与PPARγ之间的拮抗作用诱导骨髓间充质干细胞双向分化、ApoE影响下骨钙素的羧化以及中医理论等方面，配合国内外实验研究成果，总结ApoE对绝经后骨质疏松症的影响，对探究绝经后骨质疏松症的发病机制与治疗新方向提供研究思路。

1 ApoE的基因多样性对脂代谢及骨代谢的影响

ApoE是一个分子量为34kDa的碱性糖蛋白，具有相对较强的受体结合能力，在脂代谢中起核心作用[1]。ApoE在肝脏参与脂代谢，与多种脂蛋白受体(极低密度脂蛋白受体、低密度脂蛋白受体、硫酸乙酰肝素蛋白聚糖、极低密度脂蛋白受体相关蛋白等)结合，并能影响富含三酰甘油的脂蛋白(Triglyceride rich lipoprotein，TRL)对构成动脉粥样硬化斑块的残余脂蛋白的水解过程，同时，极低密度脂蛋白(very low density lipoprotein，VLDL)以及进餐后在肠道内合成的乳糜颗粒残体，两者都以ApoE作为载点，进而向身体提供内源性脂质[2-3]。

ApoE具有多态性与多样表达性[4]。早于1988年，Maheley RW 经研究提出载体蛋白E的第4外显子上有三个等位基因(ε2、ε3、ε4)[4]，这3种氨基酸组合对ApoE的功能起到极大影响，ε2、ε3、ε4对应的异构体为E2、E3、E4，分为三对纯合子(E2/2、E3/3、E4/4)与三对杂合子(E2/3、E2/4、E3/4)这样6对等位基因表现型[2]，ApoE的多态性与多样表达性被认为能有效参与调控脂质代谢[5]，并在Cerda A、Christidis DS等研究受脂代谢影响的心血管神经系统疾病的专家们的众多实验报告中指出，这也是提高治疗脂代谢疾病的药物疗效的重要原因[6-7]，ApoE基因多样性影响绝经后骨质疏松发病机制的研究在国内外也有众多研究，1997年日本有研究287名绝经后女性ApoE基因对骨质疏松的影响，结论证实E4等位基因可能与骨代谢指标有关[8-10]。对于ApoE的等位基因多样性与绝经后骨质疏松的关系有众多后续研究，Loran等学者通过筛选394名身体质量指数(Body mass index，BMI)在20—23.9之间的绝经后白人妇女进行对照试验，进行ApoE基因分析以及腰椎、股骨的双能X射线法测定骨密度，证实E4等位基因的出现率在有骨质疏松症状的绝经后妇女中更为常见，并认为有等位基因E4的绝经期妇女比一般人更可能患上骨质疏松症，并有更高的骨折风险可能，中老年常见的克雷氏骨折、股骨颈骨折等，拥有ApoE4等位基因的女性比一般人高出两倍左右[11]。荷兰阿姆斯特丹对1406名55-58岁中老年人的ApoE与骨密度关系性进行研究，该研究选择人群样本中有720名女性，682名男性，结论证实不仅ApoE4对中老年骨质疏松症有影响，并且发现中老年妇女携带ApoE4等位基因的人群拥有更低的骨密度水平，并有更大风险患上脊柱畸形，相对的男性ApoE4对骨代谢的影响结论并不明显[12]。

在对ApoE基因型的研究进展中表明，ApoE的基因型不仅受性别、年龄的影响，同样也与地域以及人种有关，针对亚洲地区黄种人的研究，日本地区相对较多研究证实了绝经后女性骨质疏松症与ApoE基因型以及基因对的关系，中国地区同样有众多学者针对ApoE4等位基因以及相关基因表现型进行研究，ApoE水平对脂代谢与骨代谢发病机制的影响都有了较多证实。有研究者筛选香港、台湾、上海、日本与部分欧洲地区白种人绝经后妇女进行研究，研究证明与骨质疏松发病机制相关的ApoE4等位基因，我国女性携带者较其他地区少，ApoE作为可调节因素，也许能被环境所影响，需要更多样本进行研究[13]。现阶段用于治疗脂代谢相关疾病的主流药物阿托伐他汀类药物，ApoE的基因多样性也是药物提高疗效的重要原因之一，而阿托伐他汀类药物经测定也能够对骨质疏松的治疗起到一定影响，可以减少骨量流失[14]。故ApoE的基因多样性同时影响脂代谢以及骨代谢，并可能是绝经后妇女骨质疏松症的发病机制之一。

2 ApoE参与诱导骨髓间充质干细胞双向分化的分子机制

脂肪细胞与骨细胞两者由骨髓间充质干细胞分化而来，基于双向分化原理，骨髓间充质干细胞细胞会向脂肪细胞与骨细胞两个方向分化，现阶段研究证明，骨代谢与脂代谢之间的转换是能够被调节的，ApoE是参与该代谢的主要调节因素之一。Wnt通路与多种信号因子互相作用影响骨代谢[15]，如通过Wnt信号能调节巨噬细胞和软骨细胞中的聚集蛋白聚糖与基质金属蛋白酶的表达，从而诱导骨生成[16]。目前国内外研究多数认为，Wnt信号通路是脂代谢紊乱影响骨代谢导致骨质疏松的细胞生理基础[16-17]。

ApoE有较强的受体结合力，在Wnt/β-catennin信号通路中对骨量生成的调节有至关重要的影响[18]，其中也包括影响骨关节炎、软骨损伤等预后的骨修复[18-19]。Wnt/β-catennin通路中LRP5/6受体与ApoE互相作用，ApoE可以以同种型依赖(isoform-dependent)的方式与LRP受体蛋白结合，其中ApoE4的同种型依赖结合力最强，且大多数会与LRP6相结合[20]。Wnt/β-catennin信号通路中，LRP5受体被国外众多学者证实能直接影响骨细胞的数量[21]，LRP5基因功能丧失会直接导致骨细胞减少，例如新生儿仅LRP5缺乏则会直接导致患骨质疏松症[22]，相对的，骨密度增高症则会出现于LRP5基因功能突然增强时[23-24]。Glass等学者研究表明，LRP5在Wnt/β-catennin信号通路中并非改变骨细胞的功能，而是调节骨髓间充质干细胞的分化方向，诱导骨细胞的生成，所以骨细胞是可以被诱导分化的[25]。另一方面，Wnt/β-catennin信号通路也会影响脂蛋白代谢，众多脂代谢异常导致的心血管系统疾病都与此有关联性，被ApoE与LRP结合调控的处于高水平的Wnt信号，也能够反作用于骨髓间充质干细胞向脂肪细胞分化的途径，抑制或减少脂肪细胞的形成量，间接参与脂肪代谢。反之，当代谢紊乱，Wnt信号阻断缺失或处于信号低水平状态时，磷酸化后的β-catennin细胞对向骨细胞诱导转录的作用减少，让细胞多向脂细胞转化，使脂细胞增加。ApoE在Wnt/β-catennin信号通路中作为一个动力推进器，推动诱导骨髓充质干细胞向成骨细胞分化，并相对能抑制向脂肪细胞分化方向。(图1)

图1 ApoE影响下的Wnt/β-catennin信号通路Fig.1 Wnt/β-catenning signaling pathyway under the influence of ApoE

脂代谢异常导致过多脂质积累也同样会反作用于骨代谢，ApoE是脂代谢中至关重要的组成部分，在ApoE参与的脂代谢与过氧化物酶体增殖物受体 (peroxisom e proliferator activated receptor，PPARγ)关系紧密，PPARγ的兴奋性直接受脂代谢影响。与Wnt信号通路作用相反，PPAYγ激活骨髓间充质干细胞向脂肪细胞分化的兴奋性。PPARγ与Wnt信号通路互相作用，两者之间存在拮抗关系，PPARγ与Wnt/β-catennin信号共同作用于β-catennin，β-catennin如同天秤中点[26]，当Wnt信号减少缺失，PPARγ会相对抑制β-catennin，降低对目的基因向骨细胞分化的诱导转录，偏向对脂肪细胞的分化，最终导致骨质疏松[27]，反之，当Wnt信号强时也会抑制脂肪细胞的分化，减少PPARγ的兴奋性，则向骨细胞分化方向偏移(图2)。研究表明，PPARγ的激活表达受体内堆积的脂质影响，过多的脂质堆积和过高的脂蛋白水平皆会导致脂质氧化，从而增强PPARγ通路激活的可能性[28-29]。综上，脂代谢与骨代谢是相互影响，且脂代谢紊乱导致的肥胖患者相较一般人可能更容易换上骨质疏松症。可以看出，ApoE同时参与骨代谢和脂代谢调节，通过干预Wnt/β-catennin信号通路与PPARγ，引导与调节骨髓间充质干细胞的双向分化。

3 ApoE4调控维生素K对血清骨钙素的影响

图2 ApoE影响下Wnt信号通路与PPARγ对骨髓间充质干细胞分化的双向调节Fig.2 Bidirectinal regulation of Wnt signaling pathway and PPARγ on differentiation of bone marrow mesenchymal stem cell under the influence of ApoE

脂溶性维生素K(Vitamin K，VK)与其他族维生素不同，VK依赖载脂蛋白进行运输，通过研究ApoE-/-小鼠证明，ApoE基因型影响成骨细胞是否有足够量维生素K[30-31]。研究表明去势大鼠的血清骨钙素水平会大幅下降，骨钙素是钙离子结合蛋白，骨钙素水平下降会导致骨密度下降与骨脆性增加[32]，VK是γ-羧化酶的辅助因子，能将骨钙素中残留的3谷氨酸羧化，该修饰过程对于维持γ-骨钙素的完整性是必不可少的，对骨质量与骨重建有重要影响。现阶段对于ApoE是否能通过转运维生素K直接影响血清骨钙素的羧化其机制仍需要更多的实验证明，但在众多临床研究中表明，尤其是绝经后妇女补充维生素K能够增强骨密度，减少骨折风险[33-34]，并且在对照实验中证明中老年女性使用维生素K预防骨质疏松症效果比男性群体更为明显。日本已将维生素K作为国家认可的骨质疏松治疗药物，VK分为维生素K1(Vitamin K1，VK1)与维生素K2(Vitamin K2，VK2)，VK2是人体中VK的主要形式，直接影响骨细胞的形成，VK2可由肠道菌群合成，但几乎不能被直接吸收，一般通过口服途径补充，纳豆被认为富含大量VK2，现亚洲人种的骨质量水平日本占有优势，也或与饮食习惯有关[35]。同时也有研究证明，血清骨钙素也会影响血脂水平，脂代谢与骨代谢之间会互相影响[36]，故ApoE与维生素K的结合运输可能是一种新型的骨代谢机制。

4 中医理论中ApoE对脂代谢异常导致的骨质疏松影响的理论研究

现阶段越来越多的研究表明，绝经后妇女激素水平变化与ApoE关系紧密，大量临床报告显示绝经前后妇女常同时伴有骨质疏松和脂代谢异常导致的心血管系统疾病、阿尔茨海默病等，单一的他汀类药物或雌激素替代疗法都未能取得更好的疗效，长期使用该类药物也会对身体造成一定伤害。故有些国内外学者将对绝经后妇女的骨质疏松症治疗放在中医上，在中医理论中，“肾主骨”，骨与肾的关系密切，《内经》指出妇女在绝经前后，即“天癸衰”后会出现毛发枯黄，牙齿松动，骨质脆弱等表现，且妇女比男性要更早也更容易出现由于年龄增长而导致肾精失充的症状，需要加强关注。补肾一直以来作为中医治疗骨质疏松的主要方向，治疗原则基于中老年妇女肾虚，需要依靠补肾以增强肾精肾气，从而使骨得以充养。国内学者研究认为，ApoE在中医理论中与痰证关系紧密，《仁斋直指方》中有提出“肥人气虚生痰，故多痰湿，”说明早于几百年前就有临床经验研究指出脂代谢异常与痰湿体质、证候互相作用。受个人体质、居住地方、生活习惯等因素影响的痰湿证候会导致脂代谢异常，脂代谢异常也会反作用于痰湿证候，使痰淤体内，湿气不排，进而导致湿浊在体内堆积，脾胃功能失调。脾胃与肾在藏象关系中联系紧密，先天后天精微互相充养，所以脾胃功能失调，则后天之精运化失调，后天之精不能充养先天之精，故导致肾气不充，肾脏功能失司，肾精与水谷精微不能充养骨骼，便会进一步引发骨枯、骨萎，也就是现代的骨质疏松症。ApoE在脂代谢与骨代谢调节中起到至关重要的作用，同时于中医理论中也与痰湿证候相关[37-39]，影响肾精充养骨的作用。中医方剂治疗具有能够长期服用，副作用小，能在一副汤药通过草药配伍整体治疗的优越点，所以在今后对于骨质疏松症的治疗中，可以按照中医的整体治疗观念，将健脾化湿的治法也作为治疗骨质疏松的重要方向之一。

5 小结

综上所述，绝经后妇女常伴的代谢紊乱，骨质疏松常与脂代谢紊乱伴随出现，ApoE已经被确定为对绝经后骨质疏松症影响极大的新机制。ApoE作为参与脂代谢的重要环节调控骨代谢，其基因多样性影响绝经后代谢紊乱性疾病的发病机制与用药效果，通过Wnt/β-catennin信号通路与PPARγ的拮抗作用，诱导骨髓间充质干细胞的双向分化，同时影响血清骨钙素水平，从而调控骨质量。从以上研究进行构想，联系中医理论，ApoE与痰证的关系引出是否能通过健脾化湿从而更有效的补肾固本，防治骨质疏松症，现针对绝经后骨质疏松的西药治疗仍然较为单一，中药治疗能够更全面并且长期服用，尽管仍然缺乏大量样本，尤其是对于中国绝经后妇女ApoE基因型以及ApoE对血清骨钙素的修饰作用等的研究，但调控ApoE仍会成为未来治疗绝经后骨质疏松的新靶点，希望通过一系列研究进一步讨论ApoE影响绝经后骨质疏松症的机制，为将来用药治疗以及疾病预防等方面提供更多新思路。