雌激素与免疫在绝经后骨质疏松发病机理中的研究进展

郑倩华　秦尔奇　赵中亭　孙玮　李瑛

【摘要】 骨质疏松症（osteoporosis，OPS）是一种以单位体积内骨量低于正常为特征的骨骼疾患，是骨质有机成分生成不足、继发性钙盐减少及骨组织微细结构破坏为主要表现的一类疾病。绝经后骨质疏松症（postmenopausal osteoporosis，PMO）属于原发性OPS，其与绝经后雌激素的减少有着密不可分的关系。近年来，许多研究表明骨骼疾病如类风湿性关节炎、骨转移、牙周炎和OPS等的发生与免疫系统有着密切的关系，从而新生了骨免疫学这一交叉学科。PMO的发生不仅与雌激素能影响破骨细胞和成骨细胞的功能有关，还与其能影响绝经后免疫系统及多种细胞因子等功能有关。本文就PMO与绝经后免疫系统之间的关系展开简要论述。

【关键词】 绝经后骨质疏松； 免疫系统； 雌激素； 淋巴细胞； 细胞因子

绝经后骨质疏松症（Postmenopausal Osteoporosis，PMO）是指绝经后妇女由于卵巢功能衰退，雌激素水平下降，并伴随卵泡刺激素水平上升，从而在骨代谢过程中，骨吸收大于骨形成，出现以骨量减少和骨微观结构的退化为特征，致使骨脆性增加而易发生骨折的一种全身性代谢性疾病[1-2]。由于绝经的出现，女性BMD迅速降低，而随着年龄的增加因骨质疏松所引起的骨折发生率也随之增高[3]。

1 骨质疏松的发病机理概述

骨骼随时都在进行吸收和形成的重建过程，这一过程发生在骨的基本结构即基本多细胞单位中，其包括了成骨细胞（osteoblast，OB）、破骨细胞（osteoclast，OC）及骨细胞的偶联作用，即OC促骨吸收而OB促骨形成的作用。当OC和OB两者数量、活性及功能不平衡时可引起偶联失衡，而出现相应的临床症状。当然，这一偶联的平衡受到了多种细胞因子及其受体等的调节，而在此之中骨保护素（osteoprotegerin，OPG）和核转录因子κB受体活化因子配体（receptor activator of nuclear factor κB ligand，RANKL）的平衡显得尤为重要。OPG为肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）受体超家族的一员，又称护骨素、骨保护蛋白、OC生成抑制因子，虽然有多种细胞都可以产生OPG，但OB、OB前体细胞、B淋巴细胞及骨髓基质细胞是其主要的产生源。OPG是OB分化过程中产生的对OC抑制的细胞因子，其与核转录因子κB受体活化因子（receptor activator of nuclear factor κB，RANK）竞争结合RANKL而抑制了RANKL诱导OC前体细胞分化增殖和促进成熟OC活化的作用，故在骨重建中起到骨保护的作用。如过度表达OPG还会导致严重的骨硬化病[4]。而RANK是RANKL作用于OC及OC前体细胞的信号受体，RANK mRNA在骨髓来源的OC前体和体内成熟OC上高度表达。RANK与RANKL结合后通过不同的信号传导途径激活核转录因子κB，从而令OC前体细胞和OC的功能活化，导致骨吸收[5]。因此，OPG/RANK/RANKL系统是OC的分化成熟及功能的重要信号通路，也是许多生物活性物质参与到骨代谢活动中的共有通路[6]。在临床中，该系统的平衡失调会出现骨代谢疾病。临床现已将此系统作为骨代谢疾病临床治疗的重要靶点之一[7]。

2 绝经后骨质疏松与免疫系统的关系

PMO的发生虽与多种因素有关，但雌激素缺乏是其发病的根本原因。OC和OB表面都有雌激素受体（estrogen receptor，ER），故雌激素水平的降低可通过ER直接影响OC、OB功能，也可通过调节OB和免疫细胞的功能间接影响OC的活性。实验发现，雌二醇能有效地抑制RANKL诱导的c-Jun氨基末端激酶的活性而降低细胞核转录因子c-Fos和c-Jun的水平，从而减少OC前体细胞对RANKL的应答，同时雌激素可通过抑制OB、T、B淋巴细胞产生RANKL和增加OPG的双重作用来抑制OC的形成和活性[8-9]。

2.1 雌激素对T、B淋巴细胞的影响 绝经后雌激素水平的变化对T、B淋巴细胞的功能都有影响。正常雌激素水平可上调调节性T淋巴细胞FoxP3的表达，从而加强其对自身免疫过程的调控活性[10]。但绝经后雌激素水平下降可导致T淋巴细胞功能活化，从而导致多种辅助T淋巴细胞（helper T cell，Th）的活性变化，如Th17，其可通过产生大量的RANKL及产生可诱导骨髓基质细胞和OB产生RANKL的IL-17来促进OC前体细胞的分化和成熟[11]。除此以外，活化的T淋巴细胞也产生如白细胞介素-1（interleukin-1，IL-1）、IL-6、7、TNF和干扰素γ（interferon-γ，IFN-γ）等细胞因子直接或间接的影响OC的分化及功能[12]。绝经后的女性体内T淋巴细胞活性增强，产生的细胞因子如TNF-α、RANKL亦增多，从而导致PMO的发生，而通过补充雌激素，可降低这些细胞因子的水平从而抑制PMO的发生[13-14]。由此可知，不同T淋巴细胞亚群对OC具有双向作用，但在雌激素缺乏的状态下，T淋巴细胞则主要发挥着促进OC分化成熟的作用[15]。

近年来B淋巴细胞与PMO的关系也逐渐受到人们的重视。生理状态下，外周血中的B淋巴细胞通过分泌TGF-β来诱导OC的凋亡，及在骨微环境中提高OPG的水平来抑制OC的形成[16-17]。Li等[18]发现无B淋巴细胞的小鼠因为OPG水平降低会出现OPS，而移植B淋巴细胞后这种情况可以得到有效抑制。临床研究中Breuil等[19]将26例患有PMO并发生骨折的绝经后妇女与24例年龄及雌激素水平相似的健康对照者进行比较后发现，患有PMO者其外周血中B淋巴细胞CD19+、记忆B淋巴细胞CD19+/CD27+、CD38+（CD19+/CD27+/CD5-/CD38+）和RANK+（CD19+/CD27+/RANK+）的记忆B淋巴细胞的减少与BMD呈负相关。而雌激素缺乏时，B淋巴细胞前体细胞还会直接分化为OC[16]。同时，Li等[18]还发现T淋巴细胞在卵巢切除后活化，其表达的共刺激分子配体CD40L与B淋巴细胞表面CD40结合，从而促进B淋巴细胞对OPG的产生。如果T淋巴细胞缺陷，或无CD40和CD40L的表达，小鼠将表现OPG减少及骨质疏松。这也说明，在维持骨代谢的平衡上，T、B淋巴细胞可相互作用、相互影响，从而发挥重要作用。endprint

2.2 细胞因子的调控作用

2.2.1 TNF、IFN和TGF的作用 当雌激素缺乏时，TNF通过上调基质细胞产生的RANKL和巨噬细胞集落刺激因子的水平，及增加OC前体细胞对RANKL的敏感性来促进OC前体细胞的增殖分化和成熟OC的活性，以及抑制OB的形成和成熟OB的功能来增强骨吸收作用[15，20]。Roggia等[15]发现卵巢切除小鼠的TNF水平升高进而出现骨质丢失，如果无TNF生成或无该受体，将不再出现骨质丢失。另外，活体实验证明，雌激素缺乏可令IFN-γ促进OC对骨质的吸收作用，而缺少IFN-γ和IFN-γ受体的卵巢切除小鼠可不出现骨质丢失[21]。这是因为作为抗原提呈激活因子，在雌激素缺乏时高水平的IFN-γ可增加诱导组织相容性复合体Ⅱ类分子转录激活因子（major histocompatibility complex Ⅱ transactivator，CⅡTA）表达的效力，而CⅡTA是基因转录的共刺激因子，可促进Ⅱ类组织相容性抗原的表达，加强巨噬细胞（macrophages，M?）和树突状细胞的抗原提呈作用，最终使T淋巴细胞活化及生命周期延长，而活化的T淋巴细胞又令大量TNF-α和RANKL的生成，从而促进OC的各种活性功能[21]。而正常雌激素水平可诱导OC、OB等对TGF-β的表达和生成，从而抑制T淋巴细胞的增殖活化，减少IFN-γ、TNF及RANKL的产生[22]。Gao等[23]发现卵巢切除小鼠TGF mRNA的表达明显较假手术组降低，从而出现骨丢失，而高水平TGF-β则能抑制并逆转这种现象。

2.2.2 IL-6、IL-1和IL-7的作用 雌激素能抑制M?、骨髓细胞、滑膜细胞及OB等分泌IL-6[15，22]。绝经后患有PMO的妇女比拥有正常BMD的妇女表达更多的IL-6 mRNA，血清IL-6水平与BMD呈负相关[24-25]。这是因为IL-6可刺激OB产生RANKL，亦能促使初始CD4+ T淋巴细胞向Th17分化，从而增加RANKL和IL-17的水平[26]。同时，IL-6也可增加IL-1和TNF对OC前体细胞的刺激作用[26]。而使用IL-6中和抗体后，可见骨丢失被抑制[24]。

IL-1可促进骨髓基质细胞和OB产生RANKL，并增强OC活性。IL-1可直接作用于OC前体细胞，并调节TNF活性和增强基质细胞RANKL的产生而促进OC前体细胞的分化[27]。IL-1与TNF都具有强大的抗OC凋亡的作用，从而令骨吸收作用增强[28]。

IL-7具有促T、B淋巴细胞分化和抗其凋亡的作用，对维持T、B淋巴细胞内环境的稳定起到了重要作用。雌激素缺乏时，IL-7也可影响到T、B淋巴细胞的功能及多种细胞因子的分泌水平。Weitzmann等[16]发现，卵巢切除小鼠骨髓中的IL-7水平明显增高；而正常小鼠在注射了IL-7后也可观察到T淋巴细胞分泌的RANKL和TNF水平的增高，而使用抗体中和IL-7后，能有效地抑制T淋巴细胞的分化和减少外周血中初始T淋巴细胞和记忆T淋巴细胞的增殖，同时亦可减少IFN-γ和IFN-γ的抗原提呈作用，从而减弱骨质破坏作用，使骨形成增加[21，29-30]。

综上所述，雌激素可调节T、B淋巴细胞的活性及其产生的一系列细胞因子的水平，使之参与到骨代谢的活动中。而这些细胞因子又可相互作用，并反过来影响到淋巴细胞的功能。雌激素与淋巴细胞、细胞因子这种错综复杂的关系在骨代谢的活动中发挥着相互制约或是协同的作用。

3 结语

近年来，越来越多的研究已经表明免疫系统对骨骼的生理病理都有着至关重要的作用。尽管目前研究多以动物模型作为载体，但对于PMO机理的临床研究也逐渐增多。本文对免疫系统与PMO基于雌激素水平的关系做了简要的概述。现有的文献研究不仅对临床新药开发提供思路，也为对PMO研究而进行的动物实验、临床科研提供思路，为提高PMO临床疗效起到指导作用。

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（收稿日期：2014-02-14） （本文编辑：欧丽）endprint