卵泡刺激素对围绝经期骨质疏松症的影响及其作用机制

杜旖旎，王雪，陈怡洁，贾涔琳，黄坚，金雪静，张治芬

随着人口老龄化，骨质疏松症的发病率正在逐年上升。世界卫生组织发布的关于老龄化与健康的全球报告中指出包括骨质疏松性骨折在内的骨骼肌肉疾病给发达国家及发展中国家均带来沉重的负担。绝经状态是老年女性骨质疏松、骨折的重要危险因素[1]。流行病学研究表明约50%的50岁以上围绝经期女性受骨质疏松症的影响[2]。围绝经期骨质疏松症（peri-menopausal osteoporosis，PMOP）是全身骨量减少，骨微结构损害，从而导致骨折风险增高的一种骨骼疾病。PMOP诊断的金标准为双能X线吸收法测定的骨密度（bone mineral density，BMD），BMD为骨骼状态的静态测量[3]。而骨骼的动态测量为骨转换标志物的监测，包括来自骨细胞、骨基质及其降解产物的酶，独立于BMD且与BMD测量互补[4]。目前用于预防和治疗PMOP的方法有限，且雌激素补充治疗、双膦酸盐等治疗方法均存在一定风险[5]。因此，PMOP仍然是全球公共卫生问题，迫切需要新的有效且安全的治疗方法。

卵泡刺激素（FSH）是垂体前叶促性腺激素细胞分泌的一种异二聚糖蛋白激素。FSH主要通过与FSH受体（FSHR）结合发挥其生物学功能，其受体特异性结合位点为卵泡刺激素β亚基（FSHβ）。FSHR的表达决定了其生物学作用的靶点和程度。既往认为FSHR是性腺特异性的，而近年研究发现FSHR存在性腺外表达，如破骨细胞、单核细胞、人脐静脉内皮细胞、肝脏组织等[6-8]。既往认为雌激素水平下降为PMOP的主要原因，而有研究表明FSH也可影响BMD及骨转换标志物，高血清FSH水平亦增加PMOP的发生率。现就FSH与PMOP之间的流行病学研究、FSH影响骨代谢的相关作用机制及基于FSH的新型抗骨质疏松药物进行综述。

1 FSH与PMOP的关系

围绝经期女性的骨质丢失加速通常归因于雌激素缺乏，且研究发现雌激素补充治疗可有效防治骨质丢失。然而，骨质丢失通常开始于末次月经前2～3年[9]，此时体内激素水平的变化表现为FSH升高，而雌激素水平尚未开始下降。全美女性健康研究（The Study of Women’s Health Across the Nation，SWAN）发现FSH于绝经前6年开始上升，在绝经前2年开始加速，而雌二醇于绝经前2年方开始发生变化。在围绝经期，血清FSH水平从15.39 IU/L增加到91.58 IU/L，而血清雌二醇水平从60.12 pg/mL降至18.35 pg/mL[10]。由此可知，血清FSH变化较雌激素变化早且显著。因此，单纯雌激素缺乏不能完全解释该时期加速的骨质丢失。

流行病学研究显示血清FSH水平较雌激素能更好地预测围绝经期骨质丢失。SWAN发现围绝经期女性骨转换标志物及BMD的变化与血清FSH水平呈负相关，且4年内FSH水平的变化可预测骨质丢失程度[11]。西班牙的一项囊括92名绝经后女性的研究及中国的一项囊括464名围绝经期女性的研究均显示，FSH与骨转换标志物骨钙素（OC）、Ⅰ型胶原交联羧基端肽区（CTX）独立相关，提示血清FSH水平升高是围绝经期和绝经后女性骨质丢失的独立危险因素[12-13]。血清FSH也可作为乳腺癌化疗后女性1年内骨质丢失的预测因子[14]。另一项中国研究将围绝经期女性以血清FSH水平为界分为4组，其中位于血清FSH最高四分位间距（＞40 IU/L）的女性骨丢失率比最低四分位间距（＜5.8 IU/L）女性高1.3～2.3倍[15]。美国第3次全国健康体检与营养调查（NHANESⅢ）队列研究发现42～60岁女性血清FSH和股骨颈BMD之间有强相关性[16]。中国的一项横断面研究显示血清FSH与所有骨骼部位的BMD均呈负相关，其中相关性最高的为后前位脊柱[7-8]，当FSH浓度增加10 IU/L，后前位脊柱、侧位[9]脊柱、全髋关节、尺桡骨的BMD分别下降5.5%、4.2%、3.6%和4.8%[17]。Wu等[18]也发现预测BMD下降率最重要的因素为血清FSH，而非雌激素水平。血清FSH在股骨颈、腰椎、尺桡骨远端的BMD变化率中分别占18.2%、33.3%和29.9%。Crandall等[19]对720名围绝经期女性进行长达10年的随访，发现围绝经期血清FSH水平每增加1倍，受试者腰椎BMD的下降速度增长0.35%/年。因此，上述研究提示血清FSH与PMOP密切相关，且其作用独立于雌激素水平。

2 FSH影响骨代谢的作用机制

2.1 FSH与骨吸收 现已有学者在人单核细胞（与破骨细胞同源）、破骨细胞及间充质干细胞中检测到FSHR蛋白，且其表达水平不受性激素的影响[7，20]。FSH对骨吸收的作用机制主要表现在以下几个方面。①直接作用：Sun等[20]发现当缺乏G蛋白-2a亚型（inhibitory adenylate cyclase g protein-2a，Gi2a）时骨对血清FSH的变化表现为无反应，提示Gi2a蛋白可能为FSH对骨组织的作用靶点。进一步研究发现高血清FSH水平可通过Gi2a耦联FSHR直接作用于破骨细胞，激活丝裂原活化蛋白激酶/细胞外调节蛋白激酶（MEK/ERK）、核因子 κB（NF-κB）和蛋白激酶B（AKT）等信号传导通路，直接促进各类巨噬细胞形成破骨细胞样细胞[7，21-22]。并且FSH以剂量依赖式上调参与破骨细胞表型和功能的mRNA基因表达，例如NF-κB受体活化因子（RANK）、抗酒石酸性磷酸酶（TRAP）、基质金属蛋白酶 9（MMP-9）和组织蛋白酶K（CTSK）等[22]。②间接作用：FSH增加RANK/RANKL的表达并通过释放细胞因子，即白细胞介素 1β（IL-1β）、IL-6、肿瘤坏死因子 α（TNF-α）等间接刺激破骨细胞生成[20，23-24]。Iqbal等[25]发现 FSH可刺激骨髓粒细胞和巨噬细胞释放TNF-α，从而扩大骨髓破骨细胞前体的数量并增强成骨细胞的形成，导致高转换性骨丢失。③免疫因素：FSH可通过免疫受体酪氨酸激活基序信号转导与免疫受体复合物之间的相互作用增加破骨细胞分化与成熟[26]。

2.2 FSH与骨形成 尽管未在成骨细胞内监测到FSHR蛋白，但FSH可增强小鼠胚胎成纤维细胞的成骨潜能。研究发现外源性FSHβ可通过环磷酸腺苷（cAMP）依赖途径促进骨形态发生蛋白9（BMP-9）诱导的BMP/Smad信号传导，从而显著增加BMP-9诱导的碱性磷酸酶活性，成骨转录因子以及骨形成标志物——骨桥蛋白、骨钙素的表达[27]。Allan等[28]使用表达人类FSH（Transgenic FSH，TgFSH）的转基因雌性小鼠观察到TgFSH以剂量依赖式增加胫骨及椎体骨小梁的体积，且其诱导的骨量增加独立于黄体生成激素（LH）或雌激素水平。这一结果可能与小鼠体内的高抑制素A及高睾酮水平有关。较高的TgFSH水平也可刺激新生骨形成，导致骨髓腔内编织骨的形成及骨小梁成骨细胞表面的增加。而去卵巢的转基因小鼠则表现为骨体积减少，TRAP减少，Ⅰ型前胶原N段前肽（PINP）减少，提示FSH通过卵巢依赖途径对骨形成存在剂量依赖式的合成代谢作用。

除此之外，FSHR基因型也对围绝经期女性骨骼健康存在一定影响。一项纳入289名女性的FSHR基因多态性研究显示，AA rs6166基因型的女性相比于GG rs6166 FSHR基因型的女性骨碱性磷酸酶及CTX水平较高，股骨颈及全身BMD水平较低。多元回归分析证实AArs6166基因型女性骨质疏松、骨量减少的风险高于GGrs6166基因型[29]。

3 基于FSH的新型抗骨质疏松药物

基于FSH与骨质疏松症之间的密切联系，许多学者致力于研究新型抗骨质疏松药物，如FSHβ抗体、FSHβ抗原、FSHR变构剂等。Ji等[30]提出了2种结合人类、小鼠FSHβ的单克隆抗体——Hf2和Mf4，其中Hf2针对人类FSHβ表位，Mf4针对小鼠FSHβ表位。2种抗体均在去卵巢小鼠中显示出显著的骨保护作用。FSHβ抗体可在体外阻断FSH对破骨细胞形成的作用。在去卵巢小鼠中，FSHβ抗体通过抑制骨吸收、刺激骨形成2种途径减少骨丢失，且可增加成骨细胞前体数量[31-32]。Geng等[33]用FSHβ抗原免疫去卵巢大鼠发现，其可显著预防骨小梁丢失，从而增强骨强度，提示重组FSHβ抗原在体内诱导产生抗FSH抗体可能是治疗PMOP的有效方法。Sahu等[34]通过3D模型模拟了FSHR的跨膜结构域，并筛选出与其具有良好亲和力的分子。该研究发现1，3-二苯基-1H-吡唑-5-羧酸乙酯可抑制FSH结合活性（25%～30%），并抑制FSH诱导的cAMP活性（80%），为设计新型、有效的FSHR变构剂提供有力的基础。上述研究证实了基于FSH相关药物的骨保护作用，将来或许可作为PMOP预防及治疗的优势手段，但其安全性及可行性仍需更深入的研究。

4 结语

流行病学研究提示FSH水平与围绝经期女性骨骼健康呈负相关。动物研究提示FSH通过炎症细胞因子间接增加破骨细胞前体的增殖，通过与信号通路的相互作用直接促进破骨细胞成熟、分化。FSH也可增强多能干细胞的成骨潜能，通过卵巢途径促进骨形成。然而，目前对FSH增加PMOP风险的机制尚未完全明确，仍有待进一步阐明。新型抗骨质疏松药物的出现或许为PMOP的预防及治疗做出了新的解答，但目前尚无足够证据支持阻断FSH的作用对人类骨骼健康有益。由于体内激素水平的变化存在协同作用，目前仍无法明确FSH水平的上升和雌激素水平的下降2个因素中，究竟哪一个在POMP的发病过程中占主导地位。总之，更全面地理解激素水平的变化在PMOP发病过程中的作用机制，才能更好地改善其管理与治疗，更好地促进围绝经期女性骨骼健康。