植物雌激素防治绝经后骨质疏松症的研究进展

2020-01-09王琦李长兴代冬芳

河南医学研究 2020年5期

王琦，李长兴，代冬芳

(青海大学医学院，青海西宁 810006)

绝经后骨质疏松症(postmenopausal osteoporosis，PMOP)与卵巢功能衰老、减退有关，雌激素缺乏所致成骨细胞减少、破骨细胞增加，骨吸收量大于骨沉积量，骨密度(bone mineral density，BMD)显著下降，骨脆性增加[1-2]。植物雌激素(phytoestrogen，PE)化学结构与雌二醇(estradiol，E2)相似，根据化合物单体结构可分为查耳酮类、异黄酮类、木脂素类和茋类等几大类。目前临床常用的雌激素替代法虽有一定疗效，但也有一定局限性和副作用。近年来，PE是研究热点，有望成为一种更好的激素替代治疗药物。

1 PE特点

1.1 生物利用度PE由肠道细菌代谢与吸收，主要由肠道微生物菌群将摄入体内的PE降解代谢。食物中的PE与糖基共轭结合以糖苷的形式存在，无生物活性，一旦摄入体内，异黄酮的糖苷可被肠道细胞的β-葡萄糖苷酶水解，并产生相应的有生物活性的苷元[3]，只有苷元形式的异黄酮才能被肠道吸收。大豆苷元可进一步代谢为S-雌马酚，其对激素相关疾病、心血管疾病、抗氧化应激、肿瘤疾病，以及骨质疏松症等均有潜在调节作用[4-5]。由于个体差异，每个人对大豆苷元的代谢能力不同，西方人中只有约30%的个体能将大豆苷元转化为S-雌马酚[6]，而亚洲地区及其他素食比例高的群体，S-雌马酚产生率可达60%[7]。因此，进食PE能否减少绝经相关症状、骨质疏松等出现风险，可能与人体能否将大豆苷元代谢为S-雌马酚有关。

1.2 主要药理活性在哺乳动物中，雌激素作用主要由两种不同的雌激素受体(estrogen receptor，ER)ERα和ERβ介导，其各具有独特的结构和功能，参与调节不同的生物过程[8]。PE与ERα、ERβ均可结合，ER亚型由两个不同基因产生，并有部分不同的表达模式，其活性受到一系列天然配体和合成配体的调节，其中一些配体可表现为激动或拮抗效应。雌激素的靶器官分布广泛，包括下丘脑、垂体、骨组织、子宫、乳腺及肺等。PE与ER的结合在不同靶组织及不同生理状态下可发挥双向效应，故雌激素的结合情况取决于其受体亚型的分布。

2 PE对骨质疏松的影响

PMOP是由于绝经后妇女体内雌激素水平急剧下降，骨组织雌激素受体表达水平下降，骨吸收和骨形成不平衡，骨量减少。外源性雌激素替代疗法虽疗效较好，但会增加雌激素敏感组织的癌症风险[9]。很多报道提示PE有防治骨质疏松的作用。

2.1 动物实验维甲酸作为维生素A的衍生物和抗肿瘤药物，可激活破骨细胞，促进骨吸收，通过维甲酸诱导SD大鼠发生骨质疏松，联合应用葛根素和丹参酮，发现成骨细胞增殖及表达增加，提示维甲酸对骨组织起到了修复作用[10]。异黄酮可促进成骨细胞合成蛋白，增加骨组织中钙和磷的含量，改善骨的固结和密度[11]。三七三醇皂苷可通过促进成骨细胞的分化、矿化及凋亡等促进骨的形成，发挥骨保护作用，雌激素受体阻断剂可阻断成骨细胞的分化，表明三七三醇皂苷发挥抗骨质疏松作用，可能是其作用于成骨细胞的雌激素受体[12]。另有研究显示，给予SD大鼠成骨细胞不同浓度的人参皂苷Rb1，其对成骨细胞的增殖、分化及破骨细胞的分化有显著影响[13]。

2.2 临床研究孙玉敏等[14]研究表明，葛根素能提高成骨细胞增殖活性。张新容等[15]将126例围绝经期骨质疏松症患者纳入研究，对照组和观察组分别接受碳酸钙(钙尔奇)及碳酸钙联合PE治疗，结果显示PE能有效调节患者内分泌系统功能，提高患者骨密度。Vincenzo等[16]让121例PMOP妇女补充金雀异黄酮和维生素D，其中62人每天服用54 mg金雀异黄素，59人服用安慰剂，观察患者骨密度，金雀异黄素治疗组只有18例(29%)患者骨质疏松，表明长期摄入异黄酮对骨骼健康有积极作用，并支持异黄酮苷元治疗PMOP的效用。以上研究均提示PE对防治骨质疏松有一定益处。Levis等[17]对283例45～60岁绝经5 a后无骨质疏松的妇女进行随机分组研究，受试者每天服用200 mg大豆异黄酮连续2 a，结果显示大豆异黄酮对骨有显著益处，但对绝经后妇女应用大豆异黄酮，纯化的大豆异黄酮并不能防止骨量丢失。大豆异黄酮对去卵巢雌性大鼠骨密度有正面影响。Juma等[18]因此假设大豆异黄酮对睾丸切除(orchidectomized，ORX)雄性大鼠具有类似作用，术后喂ORX大鼠含或不含异黄酮的大豆蛋白65 d，结果发现其均不能阻止ORX诱导的骨密度和矿物质含量的降低。因此，PE对绝经后妇女骨代谢影响的研究仍存争议，有待于开展更深入的研究。

3 PE防治骨质疏松的机制

3.1 双向调节经典的雌激素核受体(nuclear estrogen receptor，nER)途径，主要存在于细胞核内，靠核性雌激素受体实现。在哺乳动物中，雌激素的作用主要由两种不同的雌激素受体ERα和ERβ介导，由雌激素调节特异性靶基因的转录，发挥慢速调节的基因组效应[19]。ERα、ERβ分别存在ER转录调控区、配体/激素结合域(ligand binding domain，LBD)、转录激活区(activation function，AF)。ER被雌激素激活后，一方面活化的ER与雌激素反应元件结合，ER二聚化而形成二聚体复合物，改变LBD构象，使AF-2暴露，共调节因子结合在其表面继而激活基因转录，mRNA对蛋白质进行翻译。另一方面，PE还能与转录激活子蛋白1(activator protein-1，AP-1)结合，AP-1结合靶基因启动子特异序列，调节靶基因转录。PE也可通过雌激素膜性受体(membranous estrogen receptor，mER)途径发挥作用，包括G蛋白偶联的雌激素受体、ER及nER的膜性成分[20]。雌激素与ER结合后，调节关键的信号通路来调节骨的形成和吸收，这种途径不依赖于基因调控且作用速度快，称为非基因组效应[21]。

3.2 RANKL-RANK-OPG系统RANKL-RANK-OPG系统即配体RANKL、核受体B激活受体(the receptor activator of nuclear factor-kappa B，RANK)及护骨素(osteoprotegerin，OPG)系统，此通路控制破骨细胞的活性及形成，其平衡决定成骨分化与破骨分化，影响骨代谢[22]。OPG可与RANK高亲和力地竞争性结合RANKL，阻止破骨细胞吸收，发挥骨保护作用[23]。RANK主要位于破骨细胞前体中，其活化可诱导破骨细胞的分化，通过增加骨髓中的破骨前细胞来增加骨吸收[24]。异黄酮可促进间充质干细胞向未成熟的成骨细胞分化，抑制破骨细胞分化和激活，促进其凋亡，恢复骨形成与吸收比率[25]。绝经后妇女由于雌激素水平降低，导致OPG表达下降，RANKL表达升高，从而引起RANKL-RANK-OPG系统紊乱[26]。

3.3 抗氧化作用氧化应激是影响骨重塑的重要因素之一[27]，其是由于内源性抗氧化防御系统对活性氧灭活不足而产生。过量的活性氧会对脂质、蛋白质造成氧化损伤，通过激活或抑制多种细胞因子和酶活性来调节多种信号通路，促进破骨细胞的增殖和分化，并产生相对稳定的氧化产物，例如蛋白质羰基、3-硝基酪氨酸等。无论是促进活性氧的产生，还是抗氧化系统受损，都会使细胞的氧化还原平衡转变为不平衡，导致生物分子的氧化损伤[28]。PE可增强机体抗氧化能力并达到防治骨质疏松的目的[29]。

3.4 过氧化物酶体增殖物激活受体过氧化物酶体增殖物激活受体-γ(peroxisome proliferator-activated receptors-γ，PPAR-γ) 是过氧化物酶体增殖物激活受体亚型之一，属于核受体超家族，是PE转录的关键靶受体，其表达和活性可决定小鼠骨髓间充质干细胞的增殖及间充质干细胞成骨分化方向。研究表明，异补骨脂素以浓度依赖性方式促进成骨细胞分化和成熟，并刺激骨形成，对改善卵巢激素缺乏所致的骨质疏松及骨损伤均有显著效果[30]。