絕經后骨質疏松與氧化應激相關研究進展

彭濤 李愛國 何培亮

【摘要】 絕經后雌激素水平下降是導致女性骨質疏松的重要因素之一，目前研究發現，絕經患者體內的一共同特征是機體內的氧化應激水平增高。氧化應激是指體內抗氧化與氧化作用失衡，使機體傾向于氧化，導致產生大量氧化產物蓄積，該機制可能打破了成骨細胞和破骨細胞的動態平衡狀態，從而造成骨質疏松的發生。目前發現絕經后骨質疏松與氧化應激關系密切，但具體機制尚未完全闡明。本文通過查詢國內外文獻，對氧化應激與絕經后骨質疏松發病機制的研究進展進行綜述，以此對以后抗絕經后骨質疏松藥物做出思考。

【關鍵詞】 氧化應激 骨質疏松癥 活性氧

doi：10.14033/j.cnki.cfmr.2020.10.077 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6805（2020）10-0-03

Research Progress on the Relationship between Postmenopausal Osteoporosis and Oxidative Stress/PENG Tao， LI Aiguo， HE Peiliang. //Chinese and Foreign Medical Research， 2020， 18（10）： -188

[Abstract] The decrease of estrogen level after menopause is one of the important factors leading to osteoporosis in women. Current research has found that a common feature in menopausal patients is the increased level of oxidative stress in the body. Oxidative stress refers to the imbalance between antioxidant and oxidative effects in the body， which makes the body tend to oxidize， resulting in the accumulation of a large number of oxidation products. This mechanism may break the dynamic balance between osteoblasts and osteoclasts， and cause the occurrence of osteoporosis. At present， it is found that postmenopausal osteoporosis is closely related to oxidative stress， but the specific mechanism has not been fully elucidated. This paper reviews the research progress of oxidative stress and the pathogenesis of postmenopausal osteoporosis by consulting domestic and foreign literature， so as to make a reflection on the future anti-postmenopausal osteoporosis drugs.

[Key words] Oxidative stress Osteoporosis Reactive oxygen species

First-authors address： Guizhou Medical University， Guiyang 550004， China

絕經后骨質疏松癥是由于機體內雌激素水平下降，導致骨質流失增加，骨微結構破壞，造成骨脆性增加，從而易于發生骨折的全身性骨病。近年來的研究發現，雌激素具有明顯的抗氧化作用，雌激素的缺乏可能會損害抗氧化系統并導致骨骼中氧化應激水平增加[1]。雌激素降低導致的絕經后骨質疏松癥的理論雖然已被廣泛接受，但其發生機制仍未被充分揭示，而其中以氧化應激介導的發病機制逐漸被人們重視[2]，本文對絕經后骨質疏松與氧化應激研究進展進行綜述，現報道如下。

1 氧化應激

人體每天正常的新陳代謝過程中會不斷產生自由基，其中約95%為活性氧簇（ROS），包括超氧陰離子（O2-）、過氧化氫（H2O2 ）和羥自由基（·OH）等。其在細胞內與抗氧化防御系統保持動態平衡。當機體內抗氧化與氧化作用失衡，將對機體產生一系列病理生理損傷，被稱為氧化應激[3]。研究發現絕經期婦女隨著年齡的增長，雌激素水平下降，人體的抗氧化水平低下，機體內相關的NADPH等氧化酶活性增加，導致活性氧（ROS）不能及時清除，從而使累積的ROS誘導了氧化應激的發生，損傷成骨細胞和骨細胞[4]。Chavan等[5]在對50例健康人群和75例臨床確診的絕經后骨質疏松患者的對比研究中發現，絕經后骨質疏松患者體內的氧化標志物顯著高于健康組。Li等[6]在去卵巢（OVX）大鼠的骨質疏松模型中發現，OVX大鼠體內的氧化應激指標及活性氧自由基水平高于對照組，可見，在骨質疏松的病理生理過程中，與氧化應激反應存在一定的因果關系。

2 絕經后骨質疏松與氧化應激的關系

絕經后隨著年齡的增長，機體ROS的產生不斷增加，抗氧化體系能力的下降，繼而發生的氧化應激會損傷骨細胞膜及細胞核中的脂類、線粒體DNA和轉錄因子等大分子物質[7]。另外研究發現，通過H2O2或黃嘌呤/黃嘌呤氧化酶產生的O2-刺激人成骨樣MG63細胞系和原代小鼠骨髓基質細胞和顱骨成骨細胞的RANKL、mRNA和蛋白表達增加[8]。RANKL通過與RANK結合不僅促進破骨細胞的分化，而且呈劑量依賴性地激活成熟的破骨細胞，提高骨吸收能力[9]。

在絕經后骨質疏松患者中，骨組織缺乏雌激素的保護，從而導致骨量的進一步丟失，導致骨質疏松的發生。雌激素被視為機體的一種抗氧化劑，并發現其能提高骨細胞的抗氧化能力。此外，研究發現絕經后婦女血清中炎性因子濃度及氧化應激標志物高于絕經前，可以說明絕經后機體處于一個高氧化應激水平[10]。部分學者將以雌激素為中心介導的骨質疏松觀念，逐步向以氧化應激為中心開始轉變[11]。由此可見，絕經后骨質疏松與氧化應激之間存在一些必然的聯系。

3 絕經后骨質疏松與氧化應激的相關因素

3.1 腫瘤壞死因子（TNF-α）

腫瘤壞死因子主要由單核巨噬細胞、活化的T細胞、自然殺傷細胞等產生。TNF-α是抑制骨形成、誘發骨質疏松的主要炎癥因子，與雌激素的缺乏密切相關[12]。Tural等[13]研究表明絕經后診斷為骨質疏松的女性患者服用選擇性雌激素受體調節劑雷洛昔芬鹽酸鹽12周后，相較于服用安慰劑的女性，其骨密度有明顯的提升，治療組患者血液炎性因子水平相較于對照組明顯降低。Sang等[14]發現TNF-α能增強不同組織細胞的ROS活性，提示TNF-α與ROS在骨質疏松癥中起著協同作用。叉頭框蛋白1（FoxO1）轉錄因子家族在細胞周期中調控基因的表達、抗氧化應激、修復DNA損傷過程中起著重要作用[15]。Liao[16]等發現OVX小鼠中的TNF-α水平較假手術組升高，TNF-α可降低骨小梁區和骨髓中FOXO1蛋白的積累，從而降低了FOXO1在骨髓間充質干細胞（BMSCs）介導的抗氧化防御系統，最終導致BMSCs細胞損傷，抑制骨細胞的分化成熟。并用Wstern blot實驗方法進行檢測，發現當小鼠體內TNF-α濃度上升越高時，FOXO1蛋白的量降低越明顯，并呈現一定的濃度依賴性。當小鼠FOXO1基因被敲除后，ROS對BMSCs分化的影響加重，再次證明FOXO1基因在骨質疏松中的抗氧化應激存在著重要作用。TNF-α還能通過調節microRNA-705的轉錄來發揮作用，形成一個持續的夸大氧化損傷的前反饋回路[16]。

此外，該實驗中還發現在OVX小鼠動物實驗中，OVX小鼠中BMSCs較假手術組BMSCs更容易受到外源性H2O2的損傷。

3.2 氧化應激介導的相關信號通路

過氧化物酶體增殖物激活受體γ（PPARγ）屬于配體激活轉錄因子的核激素受體超家族，已知其作為脂肪細胞分化的主要轉錄調節因子，能抑制成骨細胞分化。最近的研究證明，成骨分化的誘導劑，如骨形成蛋白（BMP）和β-catenin蛋白，能通過多種機制抑制BMSCs向脂肪細胞分化，發現該過程可能與PPARγ反式的激活相關[17]，當機體氧化應激水平較高時，使得PPARγ受體被激活，刺激BMSCs向脂肪細胞分化，從而使BMSCs分化為成骨細胞的能力減弱，造成骨質疏松的發生。在經典的Wnt/β-catenin通路中，發現β-catenin蛋白能抑制PPARγ mRNA的表達，使得PPARγ減少，從而減少BMSCs向脂肪細胞的分化，使得骨髓向成骨細胞分化能力增強[17]。microRNAs（miRNAs）在脂肪形成和成骨細胞生成中的作用正引起越來越多的關注，該領域的研究已經揭示了miRNAs和Wnt信號通路與轉錄因子Runx2和PPARγ的整合相關[18]。

LI等[19]發現，成骨前體細胞MC3T3-E細胞，經地塞米松處理后，發現該細胞中ROS水平顯著增高，從而導致了成骨細胞的凋亡增加，繼而導致骨質疏松的發生。有研究指出ROS的主要產生者很可能是NADPH氧化酶的一個亞型[20]。迄今，已經確認了五種氮氧化物亞型（Nox1、Nxo2、Nox3、Nox4、Nox5），其中Nox1、Nox2和Nox3在成骨細胞中表達豐富[21]。該研究還發現經地塞米松處理后的成骨前體細胞MC3T3-E細胞、Nox4的表達也得到了上調，發現當用siRNA敲除Nox4因后，能顯著降低ROS的產生和成骨細胞的損傷。說明Nox4在地塞米松誘導的成骨細胞凋亡中發揮著重要作用。有研究者發現當Nox1沉默時會極大地減少氧自由基的產生和骨裂變的發生，提示Nox1是RANKL興奮中氧自由基產生的主要來源[22]。

除此之外，研究者還發現異常增加的ROS的水平，除了損傷破骨細胞基質蛋白酶和半胱氨酸蛋白酶外，可能還損壞巰基和蛋白質的氨基，導致蛋白質變性交聯，破壞膠原蛋白、纖維蛋白，從而破壞骨組織的細胞外基質，導致骨脆性增加[23]。

4 抗氧化防治骨質疏松的現況研究

研究發現無論是衰老導致的骨質疏松癥，還是絕經后雌激素缺乏導致的骨質疏松癥，兩者均可能與氧化應激密切相關[24]。Chavan等[5]在對絕經后骨質疏松患者進行對比研究中發現，給予絕經后骨質疏松癥患者每天補充適當的抗氧化劑維生素C和維生素E，堅持90 d后發現，患者的骨量得到改善。吡咯喹啉醌（PQQ）是一種活性氧清除劑，Huang等[25]在動物實驗中發現，給Bmi-1基因敲除小鼠飼喂添加PQQ的飼料，野生型小鼠飼喂普通飼料（WT）作為對照。經過影像學、組織病理學和分子生物學方法比較了動物骨骼表型的差異。結果顯示，與WT組小鼠相比，添加PQQ小鼠脛骨形態增加，X射線透過率降低，骨密度、皮質骨厚度、生長板寬度和骨小梁質量均增加。由此可見，適當的補充抗氧化劑，能有效改善骨質疏松患者的骨量。相關研究發現，植物提取物中的白黎蘆醇、茶多酚、植物雌激素黃酮用于動物實驗及細胞實驗中，發現其具有抗骨質疏松的作用[25]。

絕經后骨質疏松是我國老年女性的多發病、常見病。而骨質疏松發病機制較復雜，針對氧化應激與骨質疏松的關系，許多學者做了大量研究，發現氧化應激能導致成骨細胞的凋亡增加，導致成骨細胞的分化能力減弱，以及雌激素的護骨作用降低。臨床中有大量中藥材有抗氧化、抗衰老、抗腫瘤的作用。相信立足于植物抗氧化的研究，能對未來骨質疏松的防治有一定的貢獻，相信在未來提純抗氧化藥物單體，可延緩骨質疏松的發生，也可用局部注射在骨折斷端促進骨折的愈合，也可與生物材料一起填充于大段骨缺損處，促進成骨，還能與干細胞聯合使用，促進干細胞成骨細胞的分化能力，為臨床科研做貢獻。

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（收稿日期：2020-02-07） （本文編輯：桑茹南）