特发性脊柱侧凸是临床常见的脊柱三维畸形，占全部脊柱侧凸的75%～80%，发病率为2%～4%。该病好发于青少年女性（男女比例约为1∶4），在Cobb角>30°的侧弯患者中男女比例甚至达到了1∶8。该病常在青春发育前期和青春期发病，故按年龄分类时称其为青少年特发性脊柱侧凸（AIS）。AIS不仅影响患者的体型外观，而且可能出现腰背痛、神经功能缺失等症状，甚至造成心肺功能受损，同时也对AIS患者心理健康和生活质量产生不同程度影响，其病因学研究备受众多学者关注。目前关于AIS的发病机制尚不明确，近年来学者们提出了许多学说，主要包括遗传因素、神经系统平衡功能异常、神经内分泌异常及生物力学因素等，使AIS病因学研究方面取得了很大进展。而AIS的发病特征，使神经内分泌异常中雌激素及其受体方面的研究成为AIS病因学研究的热点。现就目前关于雌激素及其受体在AIS发病中的作用作一综述。
雌激素
雌激素水平与AIS
早期的病因学研究发现，雌激素参与AIS的发生、发展。早在19世纪80年代就有临床上应用雌激素治疗青春期身材高大伴/不伴脊柱侧凸女孩的报道，仅约1.6%的患者因雌激素药理效应发生乳头溢液，总体短期疗效尚可，从而进一步引发了学者们对于雌激素水平与AIS关系的探究。Cutler等测定正常青春发育前期男女体内雌激素水平发现，女性血清中雌激素含量约是男性的8倍，这意味着女性更高的雌激素水平促使其骨骺更快、更早地闭合成熟，至于是否提示雌激素水平异常与AIS多见于女性有关，后续学者们展开了深入研究。
Iwamuro等将具有雌激素作用的双酚基丙烷作用于胚胎期和幼虫期非洲爪蟾后发现，脊柱侧凸发生率显著增高。而Boudreau等给予生长发育期克鲤鱼不同剂量的17-α-乙炔雌二醇及雌激素拮抗剂ZM189154暴露，结果可导致不同部位、不同程度的骨骼和软组织形态畸形，其中骨骼畸形以脊柱侧凸最常见，据此推测雌激素水平异常会增加动物发生脊柱侧凸的风险。
目前关于此方面的实验研究较少，Raczkowski在临床上检测27例青春期AIS女性患者黄体期和卵泡期雌激素水平发现，与对照组相比雌激素含量无显著差异，Sanders等也证实了此观点。而Kulis等对AIS患者与同龄健康女性的血清雌二醇水平进行比较，却发现AIS女性患者体内雌激素含量较对照组明显降低；Esposito等成功验证了此结论并在基因水平进行了扩展。因此，研究者们均认为脊柱侧凸的发生、发展可能受雌激素内分泌紊乱的影响。
但这些研究仅对雌激素水平与AIS的关系在宏观上进行了初步判断，关于人类雌激素在AIS患者中发挥作用的病理机制，目前研究主要表现在三方面：①直接异常地整体调节骨骼生长发育。众所周知，雌激素本身具有促进骨吸收、骨基质代谢及维持正常骨密度的作用，因此雌激素可通过异常地调节骨形成、成熟及转换而影响青春期脊柱生长发育，最终导致侧凸的发生、发展。②局部雌激素作用。有研究表明脊柱发生侧凸并不是由雌激素总量差异导致，可能是因雌激素作用的信号通路异常导致成骨细胞对雌激素的功能反应性异常。Fendri等对AIS患者与非AIS患者成骨细胞进行雌激素干预后观察基因表达谱，发现两组受雌激素调控的基因表达存在差异，认为可能是多基因表达异常导致AIS，而且这些基因提示雌激素在侧凸发生中可能发挥重要作用，从而进一步证实了局部雌激素作用异常的观点。③通过延迟月经初潮年龄（AAM）延长脊柱生长易损期。研究发现AAM的推迟将延缓骨骼成熟，增加脊柱致畸几率，进而增加AIS患病风险。但雌激素在月经形成中发挥不可或缺的作用，所以我们推测雌激素可能主要通过延迟AAM参与AIS发病，有待于进一步证实。
AAM与AIS
月经是多种性激素包括雌激素共同作用产生的生理现象，雌激素水平的异常势必会影响月经初潮的来临。AIS患者以青少年女性多见，恰逢机体青春期生长发育高峰，而这一形态学变化与脊柱侧凸的发生、发展有密切联系，因此许多青春期生长发育成熟指标被相继研究。其中，AAM被认为是青春期发育成熟的标志，预示着青春期生长开始减慢和脊柱生长速率降低，因此AAM为雌激素在AIS病因学中的研究提供了新思路。
1986年Warren等最早发现患脊柱侧凸芭蕾舞蹈者AAM延迟发生率较正常舞蹈者高约50%，且AAM延迟者侧凸发生率达24%，因此他们认为女性AAM延迟更容易诱发脊柱侧凸。然而与正常人群相比，关于AIS患者的平均AAM是提前还是延迟的文献报道不尽相同，但近几年研究结果基本相似。Mao等调查2196例AIS患者和6376名健康女性月经状况发现，Cobb角>60°的AIS患者平均AAM延迟0.44年；Yim等研究发现，Cobb角>40°的中国AIS女性平均AAM延迟约0.49年；Janusz等报道Cobb角>50°的波兰AIS患者，平均AAM比Cobb角<30°的女性延迟约0.50年。从以上研究可以看出，不同种族AAM延迟程度也不同，但AIS患者均有AAM延迟倾向，且侧凸程度越大AAM延迟越明显。
至于AAM延迟的机制，目前研究认为除与雌激素水平密切相关外，还与雌激素受体（ESR）基因多态性、褪黑素及受体基因多态性、瘦素等内分泌紊乱有关，同时低体质量指数、低体脂、高纬度、长日照也会延迟AAM并增加AIS易感性。而AAM的延迟暗示骨骼成熟延缓，将导致机体快速生长、发育期延长，脊柱生长易损期也将延长，因此脊柱更容易遭受真正的致病因子刺激，引起脊柱生长发育畸形，从而诱导AIS发生。
ESR及其基因多态性
雌激素是体内信息传递的重要化学物质，以“化学信使”的方式对靶细胞、组织及器官发挥调节作用，而这种方式的实现首先需要通过与细胞内或细胞膜ESR特异性结合，才能引发靶细胞功能发生改变。因此，ESR成为生物信息传递的“首道开关”。根据人类ESR结构及信号转导途径的不同可将其分为两大类，即核受体和膜受体，现将两类受体在AIS病因机制中的研究概述如下。
核受体及其基因多态性与AIS
核受体分子生物学特性经典的ESR位于细胞核，称为核受体，包括ESRα（或ESR1）和ESRβ（或ESR2）两种亚型，ESRα与ESRβ均分享核受体家族的结构特征，在结构上可分为A、B、C、D、E、F6个区域，在功能上分为5个区域，即氨基端转录激活功能区（A/B区）、中央DNA结合区（C区）、激素结合区（D区）、羧基端转录活性功能区（E/F区）与铰链区（D区）。扩散到细胞核的雌激素与具有此种结构和功能完整的核受体结合后，通过调节特异性靶基因的转录而发挥“基因型”调节效应。
ESR属于配体依赖性转录因子超家族成员，其编码基因具有位点多态性，因此不同个体对许多疾病表现出不同易感性与临床特征，并存在着明显的种族差异。目前研究较集中而且与AIS相关的有5个基因多态性位点，即EsRα基因1号内含子的两处点突变[分别在内切酶XbaⅠ与PvuⅡ的识别位点XbaⅠ（A/G，rs9340799）和PvuⅡ（C/T，rs2234693）上]和ERβ基因AlwNⅠ（C/T，rs1256120）、AluⅠ（A/G，rs4986938）与RsaⅠ（A/G，rs1256049）多态性位点。突变引起ESR基因的多态性，进而可能致使基因信息传递异常，尤其影响转录、翻译水平的基因调控，导致ESR结构和功能异常，最终影响雌激素在体内的生物学效应。
核受体单核苷酸基因多态性（SNP）①ESRαSNP与AIS：从外周血中提取基因组DNA，采用PCR-限制性内切酶片段长度多态性-凝胶电泳或ELISA技术进行基因多态性的检测，这一方法已成熟运用于ESR基因多态性与AIS关系的研究。Inoue等首次通过对304例日本AIS女性患者ESRα基因XbaⅠ位点进行检测，并比较不同多态性基因型患者的平均最大Cobb角、进展风险及手术风险，发现XX与Xx基因型患者的侧凸严重程度及风险均大于xx基因型患者，得出ESRα基因多态性与AIS严重程度密切相关的结论。
Wu等同样比较了XbaⅠ位点多态性在中国AIS患者与健康对照组之间的分布，也认为ESRα基因的XbaⅠ位点多态性可能是AIS的风险因子。近年Xu等随访312例支具治疗的AIS患者并对其进行4个SNP位点分析，其中支具治疗失败组的XbaⅠ位点多态性的GA基因型频率和G等位基因型频率明显高于成功组，建议可把XbaⅠ位点基因多态性作为预测支具治疗效果的潜在基因标志物。最近一项Meta分析研究表明，XbaⅠ基因多态性虽然不是判断AIS易感性的敏感指标，但该SNP可能与AIS侧凸大小、进展与预后密切相关。
然而，学者们分别对中国、日本及高加索AIS患者进行了大样本量的SNP与AIS发病关系的复制性研究，却未证实ESRαSNP与AIS的易感性、侧弯程度及进展速度密切关联，怀疑差异可能由种族不同和样本量限制造成。另一个被认为与AIS发病相关的ESRαSNP是PvuⅡ位点多态性，Zhao等发现rs12885713、rs5871及PvuⅡ位点多态性在双弯且Cobb角>40°患者中的分布明显高于对照组，认为AIS不同亚型与不同SNP相关，如PvuⅡ位点多态性可能与双弯AIS有密切联系。
有学者联合PvuⅡ和XbaⅠ位点多态性来研究ESRαSNP与AIS的关系，提出PpXX基因型可能是AIS的“危险”基因型，而ppxx基因型可能对避免AIS起保护作用。但多数关于PvuⅡ位点SNP对AIS发病作用的研究持保守观点，尚无确凿证据证实PvuⅡ位点多态性与AIS的患病风险和严重程度相关。
②ESRβSNP与AIS：尽管ESRβ基因有AlwNⅠ、AluⅠ和RsaⅠ3个限制性内切酶识别位点，但ESRβ基因多态性与AIS易感性的关系性研究较少，且观点基本趋于一致：ESRβSNP与AIS易感性关联不大，但与侧凸严重程度紧密相联。陈海鸥等比较AIS组与正常青少年组及AIS组内各亚组ESRβRsaⅠ和AluⅠ位点多态性基因型分布，认为ESRβ基因多态性与AIS患者易感性无明显关联，并推测在AIS的低骨量中也不起作用。
但Zhang等分析中国218例AIS患者和140名健康对照组ESRβSNP基因型，发现AIS患者中ESRβ基因外显子“OK”（AlwNⅠ）CC基因型频率和C等位基因型频率均明显高于对照组；值得注意的是，Cobb角>30°或身高>160cm女性患者中CC基因型频率更高，故认为ESRβ基因外显子“OK”基因多态性现象不仅与AIS易感性有关，而且在女性患者还与AIS患者侧弯程度和身高大小关系密切，然而该结论在日本人中却未复制成功。有研究运用类似方法对高加索AIS患者ESRβ基因AluⅠ位点多态性进行分析发现，ESRβ基因多态性与AIS易感性无明显关联，但AluⅠ位点多态性现象可能与AIS患者侧凸大小有密切联系。
膜受体及其基因多态性与AIS
最初人们认为雌激素的信号传导只受核受体的调控，即核启动的基因组作用模式，而近年研究发现，经典雌激素受体也可位于细胞膜或细胞质，雌激素与其结合后启动第二信使系统，同时还发现了介导快速非基因效应的膜性雌激素受体，如常见的七次跨膜的G蛋白偶联雌激素受体（GPER）或G蛋白偶联受体30，它们通过第二信使信号转导途径间接发挥转录调控作用。
GPER虽然可调制不同细胞对雌激素的反应性，但主要表达于骨组织的成骨细胞与软骨细胞内，以调节正常雌激素反应性的骨生长。因此，GPER可能通过影响雌激素对生长板闭合和骨骼成熟的调节，参与侧凸的发生、发展。目前关于膜受体基因多态性与AIS发病关系的研究主要集中在GPERSNP与侧凸进展的探讨。
Peng等率先比较389例AIS患者和338名正常对照者外周静脉血中GPERSNP基因型分布情况与等位基因频率，两组无明显差异，却发现G3（rs3808351）、G4（rs10269151）和G12（rs4266553）3种SNP杂合型基因型患者比纯合型有更大的最大Cobb角，故认为GPER基因多态性与AIS易感性无密切联系，但与侧凸的严重程度有关，猜测GPER基因的缺失可能导致脊柱畸形的进展。而Ogura等却有相反发现，即进展组与非进展组AIS患者GPERSNP各易感等位基因频率比值比基本相同，且每种基因型患者平均最大Cobb角差别不大，提示GPERSNP并不增加侧凸进展风险，故他们认为GPER基因多态性现象与AIS侧凸进展并无关联。目前对于侧凸进展的评估尚无统一、公认的标准，尚需依据合适的评估标准的大样本多种族关系性研究进一步探讨。
可见，雌激素受体基因多态性与AIS的发生、发展是否有关以及关联大小，AIS患者ESR基因多态性是否能预测其侧弯的易感性、严重程度及进展风险，观点尚不一致，仍需大样本、多中心研究来证实。
雌激素和褪黑素、钙调蛋白的相互作用与AIS
雌激素与褪黑素有着密切联系，首先，二者对第二信使环磷酸腺苷（cAMP）的调节起相反作用，即雌激素通过快速非基因激活方式升高细胞内cAMP水平，而褪黑素则通过结合膜Gi蛋白抑制cAMP的产生。研究表明，褪黑素和雌激素在彼此信号通路中相互影响，雌激素可作用于褪黑素膜受体并抑制褪黑素的合成，反之褪黑素诱导雌激素-钙调蛋白复合体构象发生变化，进而削弱该复合体与DNA结合，最终阻碍雌激素依赖的转录。其次，雌激素能够促进骨的代谢和骨骼生长，而脊柱和细胞对褪黑素的敏感性取决于组织中ESR的比例。鉴于二者的关系，Letellier等分离培养AIS患者成骨细胞并先后给予不同浓度褪黑素和17-β-雌二醇刺激，发现褪黑素刺激后细胞内cAMP异常升高，但给予雌激素治疗后cAMP显著下降，他们认为雌激素使褪黑素受体耦联的Gαi转换为Gαs并归巢至核膜表面并发挥作用，从而纠正了褪黑素导致的高水平cAMP。
这一研究揭示了雌激素可通过与AIS患者褪黑素信号通路的相互作用参与AIS的发病。钙调蛋白对雌激素受体具有高亲和性，二者结合后可使雌激素与其受体结合力下降，从而拮抗雌激素作用，但雌激素却可升高成骨细胞内钙调蛋白的水平。Inoue等认为雌激素受体的基因型与脊柱侧弯的严重程度和进展成正相关，并猜测钙调蛋白参与脊柱侧凸程度的加重。因此雌激素与钙调蛋白的相互作用，为研究雌激素在AIS发病中的作用展示了新视角。
总结及展望
雌激素及其受体通过不同病理机制在一定程度上参与了AIS的发生、发展，为寻找内分泌药物靶点并进行药物干预，从而控制AIS在青春期发生、发展提供了可能，同时为揭示AIS病因学提供了重要线索。但也显示了AIS发病机制的多因性与复杂性，有必要以雌激素及其受体为线索，结合其他病因因素进行更深入全面的研究，这对解释AIS发病机制和争取对因防治具有重大意义。