王慧 郭曉英

中國醫(yī)科大學公共衛(wèi)生學院，遼寧 沈陽 110122

骨是一種內分泌器官[1]，由鈣化的細胞外基質和多種細胞組成。間充質干細胞可分化為成骨細胞和脂肪細胞等細胞，其中成骨細胞分泌多種蛋白質構成骨基質并礦化參與骨形成。破骨細胞由多個單核細胞融合而成，將骨分解成礦物質和膠原成分進行骨吸收[2]。骨內穩(wěn)態(tài)是通過成骨細胞和破骨細胞對骨重塑和骨吸收的動態(tài)平衡來維持的[3]。

多氯聯苯(polychlorinated biphenyls，PCBs)是普遍存在的持久性有機污染物[4]。PCBs具有很高的親脂性和穩(wěn)定性，很容易在食物鏈中積累，并集中在脂肪組織中[5]。20世紀80年代大部分國家禁止了PCBs的生產和使用，但由于其疏水特性和非常穩(wěn)定的化學結構特征，PCBs在土壤和沉積物中仍然存在，依然對環(huán)境健康構成威脅[6]。目前仍在使用的含有PCBs的產品和設備有油漆、粘合劑、阻燃劑、液壓系統和變壓器等[7]。PCBs可引起各種不良影響包括內分泌紊亂、致癌性以及免疫、神經、發(fā)育和生殖毒性[5]。暴露于PCBs還可導致骨骼損害，影響成骨細胞和破骨細胞活性，降低血清標志物水平和骨鈣水平。本文就PCBs暴露對骨代謝的影響以及相關機制作以綜述。

1 PCBs暴露與骨質疏松

骨質疏松癥是一種全身骨骼疾病，其特征是骨量低、骨組織微結構惡化，導致骨脆性增加，易患骨折[8]。眾多實驗和隊列研究表明PCBs暴露可導致骨骼不同程度的改變，尤其在骨密度(bone mineral density，BMD)上更為明顯，且骨密度的改變與暴露濃度的變化有一定的相關性。Holliday等[7]發(fā)現經PCBs暴露的海龜股骨與未暴露組相比骨密度和體積較小，空隙面積更大。Daugaard- Petersen等[9]調查發(fā)現，東格陵蘭島北極熊的陰莖骨骨密度低于加拿大北極熊，這可能是由于東格陵蘭島北極熊體內PCBs含量較高所致。骨密度與PCBs的回歸分析結果表明，在8個北極熊亞群體中，陰莖骨的BMD隨PCBs濃度的增加而顯著降低[10]。而1999-2014年東格陵蘭北極熊骨密度與持久性有機污染物的統計模型顯示，骨密度與ΣPCB、ΣHCH、ΣHCB和ΣPBDE呈顯著正相關[9,11]。在隊列研究中也發(fā)現PCBs暴露與骨密度呈相關性但結論并不一致。在瑞典115名男性普通隊列中，血清PCB 167濃度與骨密度呈正相關，而基于單因素分析一組瑞典漁民及其妻子的隊列可見其血清PCB 153濃度與BMD呈負相關，但經年齡和體重指數調整后，兩者之間的相關性不顯著[12]。上述研究結果均可作為PCBs暴露對骨密度影響的佐證，骨密度可能隨PCBs的濃度增加而增加，也可能隨PCBs濃度的增加而減少，其結果的差異也許與物種、年齡、性別、地理位置、暴露時間及同系物的種類不同有關。

PCBs可通過內分泌干擾造成骨質疏松[9]。以西部哈德遜北極熊為參照組計算東格陵蘭島北極熊亞群骨質疏松癥的T評分指數為-1.44，提示存在骨質減少的風險[9]。暴露于內分泌干擾物的北極熊的風險商數估計和T評分表明PCBs可能在一個導致骨密度降低和骨折風險增加的進展的范圍[10]。Daugaard-Petersen等[11]在計算T分時發(fā)現東格陵蘭北極熊雄性在持久性有機污染物污染期間有發(fā)生骨量減少的危險(-2.5

從上述骨密度和T評分分析可知，PCBs暴露可影響骨密度和骨彎曲強度，引起骨量減少，增加骨質疏松的風險。以上結果也提示PCBs能夠通過影響骨骼的骨密度等物理特性造成骨骼結構和完整性的破壞，引起骨骼生長異常，因此PCBs暴露對骨的危害值得深入探討。目前關于PCBs暴露影響骨密度等物理特性及與骨質疏松關系的內在機制的研究較少，需要更多的研究來進一步解釋兩者之間的關系。

2 PCBs暴露影響骨代謝的作用機制

2.1 PCBs與成骨細胞和破骨細胞活性

2.1.1PCBs與相關標記基因的表達：Aroclor 1254是一種多氯聯苯合劑，包含二英樣和非二英樣同系物，已經有實驗結果證實Aroclor 1254對成骨細胞分化的抑制作用主要是由類似二英的同系物驅動。Herlin等[13]研究發(fā)現Aroclor 1254降低了標記基因堿性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)和骨鈣蛋白(osteocalcin，OCN)的表達，在最高濃度時PCB 52增加ALP的表達，也增加OCN的表達且OCN表達程度與PCB 52濃度相關。此外，PCB 19也增加了OCN的表達，但其表達程度低于PCB 52。已有體內實驗發(fā)現高濃度PCB 118可提高成骨細胞的活性[14]。PCBs通過降低或增加ALP和OCN等標記基因的表達來提高或降低成骨細胞和破骨細胞活性，且二英類和非二英類同系物對成骨細胞分化的作用可能相反。目前PCBs影響破骨細胞和成骨細胞活性的研究較少，同時介導其干擾成骨細胞和破骨細胞活性的機制仍有待進一步探索。

2.1.2PCBs與microRNAs：MicroRNAs(miRNAs)是由19～24個核苷酸組成的進化保守的單鏈非編碼RNA分子，它們主要通過與靶mRNAs的3′-非翻譯區(qū)(UTR)結合，在轉錄后水平上來抑制靶基因的表達，從而抑制翻譯[15]。研究發(fā)現miR-338-3p、miR-185和miR-217等microRNAs參與了骨重塑與骨吸收的動態(tài)平衡。Sun等[16]采用M-CSF和RANKL誘導小鼠RAW264.7細胞，發(fā)現過量表達miR-338-3p可促進破骨細胞形成。Cui等[17]的研究結果表明阻斷miR-185的表達可增加骨質疏松癥患者的骨形成。Yang等[18]報告miR-217可降解Runt相關轉錄因子2(Runx2)從而抑制成骨分化。Ju等[5]將斑馬魚胚胎暴露于PCB 1254，結果顯示miR-21表達上調，敲除miR-21可減輕PCB 1254對骨成型蛋白受體Ⅱ(BMPRⅡ)的抑制作用。miRNA可抑制破骨細胞的骨吸收和成骨細胞的骨形成，而PCBs暴露可上調相關miRNA的表達，從而干擾破骨細胞和成骨細胞的分化，導致骨吸收及重建過程受損，造成骨內穩(wěn)態(tài)失衡進而引起骨骼發(fā)育異常。PCBs通過microRNAs抑制骨發(fā)育相關蛋白和成骨及破骨細胞表達的研究還不夠深入，關于其影響骨生長發(fā)育和重塑的內在機制有待進一步闡明。

2.1.3PCBs與細胞凋亡：細胞凋亡是為維持內環(huán)境穩(wěn)態(tài)，在基因調控下進行的細胞自主性死亡過程。細胞凋亡的途徑主要有3條：線粒體途徑、死亡受體途徑和內質網途徑。成骨細胞和破骨細胞的異常凋亡是引起骨質疏松的重要致病機制。成骨細胞可通過磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3- kinase，PI3k)/Akt、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)及Ca2+/CaM等信號通路經線粒體途徑凋亡[19]。由于細胞系統和PCB同系物的不同，PCBs可促進或減少細胞凋亡[20]。李敏超等[21]通過研究發(fā)現PCB 118可誘導胰腺β腫瘤細胞(INS-1細胞)凋亡，同時PCB 118處理后凋亡相關蛋白Cleaved Caspase-3表達上調。路趙碩等[22]報告PCB 118、PCB 138、PCB 153及PCB 180均可抑制細胞活性，且隨著劑量的增加，細胞存活率降低，凋亡率增加。目前尚沒有PCBs誘導或抑制成骨和破骨細胞凋亡的相關實驗的報道，但上述研究提示PCBs可能通過PI3k/Akt、MAPK及Ca2+/CaM等信號通路經線粒體途徑促進或減少成骨細胞凋亡，從而影響骨重塑和骨骼發(fā)育，甚至引起骨質疏松，但PCBs是否影響成骨和破骨細胞凋亡及相關機制仍需要深入研究。

2.2 PCBs與模擬雌激素效應以及抗雌激素和抗雄激素效應

雌激素、孕酮和雄激素等性激素是骨代謝的關鍵調節(jié)因子，雌激素主要通過與雌激素受體(ER)結合影響破骨細胞的骨吸收和成骨細胞的骨形成[3,23]。雄激素屬類固醇激素，通過雄激素受體在骨骼的生長發(fā)育中也發(fā)揮重要作用，雄激素缺乏可引起骨質疏松[24]。

2.2.1PCBs模擬雌激素效應與RANK-RANKL通路：雌激素可通過ER依賴的信號通路發(fā)揮雌激素效應[25]，經典的雌激素受體包括雌激素α和雌激素β受體，兩種受體都存在于成骨細胞和破骨細胞中，雌激素受體對骨的主要作用是通過間接調節(jié)破骨細胞功能來減少骨吸收[3,23]。研究表明PCB 153和PCB 126均有雌激素活性，PCB 126通過誘導雌激素受體α(ERα)的表達且進一步促進ERα中心的轉錄表現出強烈的雌激素樣作用，PCB 153也被證明具有類似但較弱的激活ER信號的能力[25]。大量研究證實了PCBs可以發(fā)揮模擬雌激素效應但研究結果并不一致，這些差異可能是由不同的暴露濃度、實驗策略和不同研究中使用的細胞類型[25]和同系物平面結構造成的，確切的原因還需要繼續(xù)探索。OPG/RANK/RANKL是調控骨代謝的經典通路，成骨細胞產生RANKL激活信號轉接器分子，如腫瘤壞死因子受體相關因子-κB配體6(TNF receptor-associated factor-κB ligand 6，TRAF6)。TRAF6與RANK結合從而使下游信號通路NF-κB和激活蛋白1(activator protein 1，AP-1)活化并誘導破骨細胞關鍵調節(jié)因子NFAT-c1的表達，干擾這些信號通路會導致過多的破骨細胞過度形成和病理性骨丟失[3]。RANKL是破骨細胞形成的關鍵驅動因素之一，性激素減少引起的骨吸收增加與RANKL的表達有關。雌激素可以通過抑制RANKL誘導的破骨細胞的表達和形成來干擾骨代謝。Yachiguchi等[14]用PCB 118處理金魚，結果顯示其可促進金魚成骨細胞RANKL mRNA的表達，由此認為PCB 118可能通過RANK-RANKL通路促進破骨細胞的發(fā)生。PCBs通過ER依賴的信號通路和RANKL通路模擬雌激素效應來抑制骨相關蛋白的表達和促進破骨細胞的過度形成使骨吸收增加，從而破壞骨內穩(wěn)態(tài)引起骨重塑和骨的發(fā)育異常，但其模擬雌激素效應的具體機制和信號通路有待進一步研究。

2.2.2PCBs抗雌激素和抗雄激素效應：目前關于PCBs的抗雌激素效應和抗雄激素效應研究較少，PCB 180體外毒性數據顯示其具有弱抗雌激素的能力和溫和抗雄激素效力。閆月明等[26]將食蚊魚暴露于0.4 μg/L PCBs，結果顯示食蚊魚第15椎體脈棘的長度顯著降低且出現骨骼形態(tài)雄性化，表明一定濃度的PCBs暴露會誘發(fā)抗雌激素效應。目前尚無研究闡述PCBs引起抗雌和抗雄激素效應的內在機制，PCBs是否通過ER依賴的信號通路或者RANK-RANKL通路或者其他途徑發(fā)揮抗雌激素和抗雄激素效應從而干擾骨骼發(fā)育仍有待深入探索。

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