雌激素受體ALPHA 於調控粒線體能量生合成、骨母細胞成熟化及骨癒合過程所扮演之角色探討

雌激素 (Estrogen)缺乏是造成停經女性骨質疏鬆症及延遲性骨頭癒合的主要因素。雌激素受體 (Estrogen receptors)可分為兩種亞型，分別為雌激素受體α 及雌激素受體β，這些雌激素受體被認為會去調控內皮細胞及神經細胞之粒線體 (mitochondria)內能量產生相關基因以及三磷酸腺苷 (adenosine triphosphate, ATP)的產生，然而，雌激素受體調控骨生成之骨母細胞 (osteoblasts)的能量產生狀態尚未完全被釐清，因此在本研究當中主要是要針對雌激素受體於正常狀態及骨癒合狀態下，在骨母細胞內粒線體能量生合成所扮演角色之探討。在第一部份的研究中，U2OS 細胞及大鼠頭蓋骨之骨母細胞皆被使用在本階段的研究當中，其主要是用來研究粒線體能量生合成的基因當中，雌激素受體是否參與其中。當大鼠頭蓋骨骨母細胞在經由雌二醇 (estradiol)處理後，其細胞展現出高度的鹼性磷酸酶（Alkaline phosphatase, ALP）活性，並且呈現較多礦物化的現象。而將U2OS 細胞分別處理雌二醇後，可以發現到雌激素受體α 隨著處理之時間增加而表現量上升，但是激素受體β 卻不會受到影響，而雌激素受體α 會由細胞質轉而進入細胞核，這些參與粒線體能量生合成又同時是在細胞核裡面被轉錄之基因中，有9個基因表現量大幅度地被提升，包含cox8a、ndufa10、 cox6a2、 cox8c、 cox6c、 uqcrc1、 cox6b2、 atp12a 及 cox4I2，相對地，螢光免疫染色的結果亦顯示雌激素受體α 在經由雌二醇處理後表現量隨時間上升，也發現到其大量地存在於粒腺體內，而由粒線體DNA生成之cytochrome c oxidase I (COX I)，這兩基因在起始端位置皆蘊含雌激素結合子，並且在雌二醇處理後，核糖核酸及蛋白表現量皆大幅提升。粒線體膜電位、細胞內之三磷酸腺苷含量及粒線體酵素活性則是在處理藥物後皆受到提升，這邊的研究結果顯示，雌激素受體α 會調控由特定染色體生成之能量產生相關基因表現，以及直接影響由粒線體DNA 所產生之COX I 表現，達到刺激三磷酸腺苷產生的目的，而雌激素受體β 則不然。在第二部分的研究中，使用骨頭缺損之小鼠模式做為研究標的，來探討雌激素受體α 是否會參與在骨癒合過程中，而這個模式主要是透過使用鑽頭在小鼠股骨前端製造缺陷，微米級電腦斷層掃描的結果顯示，其指標值bone volume/total volume (BV/TV)及骨質密度在第七天後皆提升，同時，雌激素受體α 於骨缺陷處，在術後的14 天起其表現量皆顯著地上升，但是雌激素受體β 則不受到影響。為了要進一步調查雌激素受體α 在骨癒合中所扮演之角色，這裡一個名為methyl-piperidino-pyrazole (MPP)的雌激素受體α 抑制劑被使用，以達到讓骨損傷小鼠雌激素受體α 失去功能之目的，在合併處理MPP 及骨損傷的組別當中，在第14 天時，雌激素受體α 的表現量下降，而微米級電腦斷層掃描的結果顯示，其指標值BV/TV 及骨小樑厚度都在其合併處理組別中顯著地下降，這個現象代表了骨癒合延遲的程度上升。骨生成相關基因如ALP、RUNX2及OCN 則是在骨損傷合併處理MPP 組別中顯著地減少。以骨癒合之血管生成而論，免疫化學染色法的結果證實，血管位置指標CD31 於合併處理組中，在骨損傷處表現量較低並且合併鬆散之血管結構型態呈現，同時雌激素受體α 存在於粒線體位置的表現量亦受到影響而下降。總而論之，本研究指出了雌激素受體α 會透過調控粒線體能量生成基因及骨母細胞成熟化，進一步促進骨生成及骨癒合。