维生素E在骨质疏松症中的影响机制及研究进展

范凯 宋敏 彭斯伟 宋志靖 董万涛

1.甘肃中医药大学,甘肃 兰州 730000

2.甘肃省紧急医疗救援中心,甘肃 兰州 730000

3.甘肃中医药大学附属医院,甘肃 兰州 730020

骨质疏松症(osteopopsis,OP)是一种全身性的骨代谢疾病，以骨微环境发生紊乱、骨小梁受到破坏、骨板稀松变薄为主要结构改变，并伴有疼痛、畸形、骨折等临床症状，极大的降低了人们的生活质量[1]。衰老及各种因素引起的激素水平不足是OP发生的主要原因，从而导致了骨重建的强度下降。OP的症状一旦出现，在治疗上很难完全恢复至正常水平，当前对于OP的治疗以维持骨重建、纠正骨丢失为主要目的。维生素E(vitamin E,VE)在功能上具有促进骨骼生长、维持骨稳态、延缓骨骼退变的作用，可调节骨代谢的正向平衡。本文就维生素E在OP防治方面取得的最新进展作一综述，以期为进一步的基础研究提供科学依据，拓展OP的临床用药思路。

1 OP的风险危害

骨骼是维持机体生理结构稳定的物质基础，骨稳态则是体现该功能的内在机制。骨稳态受到成骨细胞(osteoblast，OB)主导的骨形成与破骨细胞(osteoclast，OC)主导的骨吸收功能的共同调控，在正常状态下呈动态性平衡。当机体的生理机能出现低态势发展时会造成骨稳态基点的不断下移、骨结构的不断减少，最终导致OP的发生。我国目前患OP的男性人数已超过1 000万，女性则超过4 000万。相关数据显示，中国现有的老年人口已超过2.32亿，预计在2050年超过4.98亿[2]，届时OP的患病累计人数可达到2.12亿[3]。OP的特征表现以骨组织的微结构退化和骨强度的坚韧性受损为主，致使脆性骨折的发生风险显著上升。骨质疏松性骨折是OP最严重的并发症之一，男性的发病率为13%，女性的发病率为40%，发生部位以髋关节和椎体最为常见。髋关节骨折后第一年的死亡率约为20%，而椎体骨折后可使患者出现背痛、脊柱畸形等症状，并增加了死亡及椎体再次骨折的发生风险。我国于2010年在骨质疏松性骨折上的治疗耗费约94. 5亿美元，预估在2050年将达到 254. 3亿美元[4]。因此，在OP的防治过程中进行合理有效的干预，这对于改善老年群体的生存质量、缓解公共卫生的经济负担具有重大意义。

2 维生素E的结构功能

维生素E是一种必需的脂溶性维生素，由生育酚(tocopherol，TF)和生育三烯(tocotrienol，TT)两个亚群组成。TF和TT均具有一个长碳植基链的铬甘露环，可通过碳氢化合物中存在于尾部的单键或三个双键结构来区分鉴别。每个亚型又可根据铬甘露核中不同的甲基位置再划分为表型为α、β、γ、δ的4种类似物。维生素E在总体上表现出抗衰老作用，并通过抗氧化、抗炎等特性得以发挥其功能。研究发现维生素E对骨骼的健康状况存在着积极影响。Shi等[5]通过一项横断面研究发现绝经后女性体内的血清TF水平与骨密度(bone mineral density，BMD)变化存在着正相关联系，另一项横断面研究发现TF-α有助于绝经前妇女骨量的维持[6]。相关实验结果表明TT可有效的预防骨小梁的丢失, Chin等[7]在此基础上评价了其在男性OP患者中的治疗效果，但目前对于该观点的临床证据还不够充分。

3 维生素E对OP的直接影响

3.1 对OB的促进作用

OB是由间充质干细胞 (mesenchymal stem cells,MSCs) 分化而来，负责骨的形成。OB在成熟分化过程中具有多个阶段的变化，这其中具有多聚体结构的Runt相关转录因子2(runt-related transcription factor 2，Runx2)和含有三个C2H2型锌指结构的Osx(Osterix)是OB的特异性转录因子，对OB分化的影响十分关键。碱性磷酸酶(ALP)和骨钙素(OCN)是OB分化的特异性标志物。早期的相关研究[8]表明，TF在OB的分化初期对ALP和OCN含量的变化表现为抑制作用，而这种作用则在分化后期消失。通过对TF及TT以纳米乳液的给药方式中发现，两者均可提高OB中Osx、I型胶原(COL1α1)和ALP的活性高表达以促进OB的分化，而TT家族的效果更具优势[9]。维生素E可通过对Runx2、Osx和OCN基因表达的上调促进钙结节的形成。TT的衍生物ANTT(由10%的TT-γ和90%的TT-δ组成)，通过促进骨形成相关基因的表达，使胶原纤维形成和细胞外基质矿化的程度增加，在后续研究中发现其矿化作用的机制是通过抑制RhoA的激活和HMG-CoA还原酶的基因表达而实现的[10]。

3.2 对OC的抑制作用

OC由造血干细胞(hematopoietic stem cells, HSCs)中所分化的单核-巨噬细胞融合而成，是具有骨吸收功能的特异性多核细胞。在OC的分化过程中核因子κB受体活化因子配体(receptor activator of NF-κB ligand，RANKL)与核因子κB受体活化因子(receptor activator of NF-κB，RANK)的结合对于破骨细胞的活化至关重要。巨噬细胞集落刺激因子 (M-CSF) 可刺激巨噬细胞向OC的分化，而OC的成熟在于RANKL通路的是否激活。TF-α可单独在OC的分化后期产生特异性的抑制作用[11]。生育酚琥珀酸酯-α通过抑制OB中RANKL/RANK通路的表达来减少OC生成[12]。TT可通过调节RANKL和骨保护素(osteoprotegerin，OPG)的功能表达，对OC的形成及活性表达产生抑制，以减少骨质的流失[13]。早些的研究[14-15]显示，TT的异构体-α和-γ可抑制OC形成，且不会导致总细胞数的减少，但只有TT-γ在抑制OC活性时显示出更高的安全性。动物实验表明VE可能通过抑制单核细胞和淋巴细胞的产生来达到调控OC的目的[16]。

3.3 对生长因子的调控作用

生长因子(growth factor, GF)是一类储存在细胞外基质中的蛋白质，通过对靶细胞的刺激而发挥重要的功能，如细胞分裂、基质合成和组织分化等，并在骨形成及骨愈合的过程中发挥重要作用。骨折发生后损伤部位会迅速形成血肿微环境，在此期间大量生长因子如转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、骨形态发生蛋白-2(bone morphogenetic protein-2，BMP-2))将汇聚于骨折部位，通过对外周细胞的募集作用来促进OB的增殖分化，以助于骨组织内的血管形成及骨折的加速修复。成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor，FGF)和胰岛素样生长因子-1(insulin-like growth factor-1，IGF-1)也对骨形成具有着促进作用。在维生素E诱导的人型MSCs向OB分化过程中，相比于对照组，TGF-β1的基因表达水平上调高出2倍[17]。在OP模型大鼠中，通过对治疗组每日给以定量的TT后发现，BMP-2的表达相比空白组得到了提高[18]。TT-γ可阻断甲羟戊酸对OB分化的抑制作用，并促进BMP-2及VEGF-α的表达[19]。在OP模型大鼠并诱发右胫骨骨折后，通过给各组分别给以TT、洛伐他汀、TT及洛伐他汀交替服用4周后发现，VEGF-α的基因表达相比对照组(雌激素服用组)有明显提高[20]。在摄入高剂量(500 mg/kg)维生素E的大鼠体内，FGF-2表达水平提升明显，但未区分亚型[21]。1,25-二羟维生素D作为维生素D的活性物质，可反映骨代谢的水平，FGF-23作为该物质的拮抗剂，会加快OP的进程发展，通过对OP模型大鼠进行TT补充后，可降低FGF-23的蛋白表达水平[22]。一些研究[23]显示，维生素E可增强老年雄性小鼠的骨结构水平，并提高OCN、COL1α1和IGF-1的mRNA转录水平，而最近的研究[24]表明维生素E对IGF-1无明显促进作用 ，对此种相为悖驳的结论还需要进一步的相关研究。

4 维生素E对OP的间接影响

4.1 通过氧化机制对OP的影响

多种疾病的发生都受到氧化机制的影响，OP在骨代谢疾病中与氧化机制的相关性最为紧密。活性氧(reactive oxygen species，ROS)的含量可直接反应出氧化程度的强弱。ROS具有脂溶性特点，通过与细胞膜上脂质的亲和而导致膜结构发生改变，迫使胞内的蛋白组织和核酸受到氧化物的刺激而发生损伤[25]。衰老或增龄性改变会增加体内ROS的生成，通过负向调节骨重塑的过程，以加速骨质的流失。ROS可抑制WNT /β-catenin信号通路的传导途径以减少OB的形成。高活性的ROS可加速诱导OB的凋亡，过氧化物可通过刺激M-CSF和RANKL的表达，增高RANKL / OPG的比值，使得OC的数量明显上升。超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)可对ROS产生歧化作用以加速其分解，谷胱甘肽过氧化物酶(glutathion peroxidase，GPX)通过催化谷胱甘肽(glutathione，GSH)对过氧化物的分解以发挥功能。维生素E是一种强效ROS清除剂，可有效地抵抗H2O2对MSCs产生的氧化应激损伤[26]。氧化应激程度与BMD呈负相关性，在一项临床试验[27]中显示，TT-α和抗坏血酸的持续服用可上调SOD及GPX的水平以提高老年人BMD的数值。TT-δ可通过降低ROS并增加OB中GSH的比例含量以增强其活性[28]。

4.2 通过炎症对OP的影响

越来越多的研究表明，炎症可加剧OP的发生。炎症有利于机体的功能保护，但对骨组织可产生损伤。促炎细胞因子如肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白介素(IL)-1、IL-6、IL-11、IL-15和IL-17，这类物质的生成过多会直接或间接的激活RANKL机制，既抑制了OB的正常分化，又致使OC的过度活化，导致了骨形成不足及骨降解过多状态的出现。维生素E具有良好抗炎作用，通过对T细胞膜功能的保护以降低多种炎性因子的活性[29]。TF通过上调抗炎分子A20的激活来抑制核因子-κB(NF-κB)的活化表达[30]。李刚等[31]通过临床观察发现，与对照组(单用雷洛昔芬)相比，治疗组(维生素E联合雷洛昔芬)可更显著地降低炎性因子以改善绝经后女性的BMD。代谢综合征(metabolic syndrome,MS)和OP在发病机制上受到许多信号通路的共同调节，包括钙稳态、RANKL/ RANK/ OPG和Wnt-β-catenin信号通路。在MS合并OP的患者中，IL-6 、TNF-α指标的上升可对脂代谢及骨代谢产生双重负向影响[32]。目前的循证研究[33]表明，维生素E可通过降低IL-2、 IL-23、诱导型一氧化氮合酶(iNOS)、血清淀粉样蛋白A(SAA)和超敏C反应蛋白(hs-CRP)的活性表达以达到抗骨质疏松的作用。

4.3 通过miRNA对OP的影响

在表观遗传学近十年的发展中，关于微小RNA (microRNA，miRNA)多样广泛的功能研究取得了长足的进步与突破。miRNA的长度为20～22 nt，是一类进化保守、结构稳定的内源性非编码短链RNA，通过对信使RNA(messenger RNA,mRNA)转录后蛋白的抑制作用而发挥功能。对于OB来说，Runx2是OB分化过程中的公认启动子，miRNA-21-5p通过靶向与SMAD7的3’-UTR端结合使其下调而促进Runx2的合成[34]。miRNA-133a-5p通过与Runx2的3’-UTR端的结合，抑制了Runx2在mRNA水平上的表达量，使ALP、OCN和骨桥蛋白(OPN)的含量降低[35]。miRNA-27a-3p通过降低Osx的表达在功能上抑制了OB前体的分化[36]。DDK-1作为Wnt/β-catenin信号通路的阻断剂可明显抑制OB的增殖分化，而miRNA-30能够下调DKK-1的表达来纠正对OB的拮抗作用[37]。在OC的分化中，miRNA-29a可与RANKL的3’-UTR端结合来抑制RANKL的分泌而减少OC的形成[38]。miRNA-146a通过抑制OPG的活性表达，以增加体外OC的数量[39]。PI3K/AKT 信号通路可提高细胞的存活率，miRNA-142-5p 通过对该信号通路的活化作用，间接促进了OC前体的分化[40]。维生素E通过改变miRNA的浓度而实现调控功能，如miRNA-21、miRNA-30、miRNA-146等[41-42]。迄今关于维生素E与影响骨代谢miRNA之间的相关研究仍较为鲜见，随着miRNA在骨代谢作用机制中的深入研究，二者的共同调控靶点可能会被发现，并在骨稳态的调衡中起到关键作用。

5 结语

目前，随着全球人口老龄化程度的加剧，导致OP发病率的逐年上升，俨然成为了世界各国所面临的医疗难题。维生素E作为常用的营养素补充剂，一方面能够减轻骨微环境的破坏，还能调节雌激素、甲状旁腺素的释放水平，从而促进骨代谢的正向平衡。临床上，对于维生素E防治OP的日用推荐剂量尚未达成共识。Zhou等[43]在一项前瞻性队列研究中通过Meta分析后得出,增加维生素E的摄入量可降低骨质疏松性骨折的发生风险。Shen等[44]通过临床观察发现，绝经期女性服用维生素E持续12周后，高剂量组(600 mg/d)和低剂量组(300 mg/d)都能通过降低骨吸收率、提高骨转换率起到防止骨丢失的治疗作用。两组间在疗效方面无显著差异，且高剂量服用组在药物安全方面未出现不良事件[45]。我国地域环境复杂，饮食习惯存在差异，导致了维生素E日常摄入水平的不均衡。因此，对于维生素E最佳摄入剂量的深入研究仍是当下亟待解决的科学问题。