骨细胞凋亡与股骨头坏死的相关研究

　　作者：刘丙立,孙伟,程立明,李子荣　　作者单位：北京中日友好医院骨科，北京 100029

　　【关键词】 股骨头坏死

　　股骨头坏死又名缺血性股骨头坏死或无菌性股骨头坏死，主要发生于中青年人，发病年龄大多在30～59 岁之间[1]。本病发展到后期可导致股骨头塌陷并继发退变性关节炎，严重影响病人的正常生活，是一种致残率相当高的疾病。但令人遗憾的是该病确切的发病机制仍不清楚，已知与骨坏死相关的因素有150余种。创伤性股骨头坏死是由于直接破坏了骨的血供，导致骨细胞发生缺血、缺氧直至骨细胞死亡或凋亡。非创伤性股骨头坏死的确切病因尚待研究，当前关于非创伤性股骨头坏死的发病机制有多种学说，主要包括：a)骨质疏松学说;b)骨细胞受损学说;c)脂质代谢紊乱学说;d)骨内高压学说;e)血管内凝血学说等。近几年，一些学者提出骨细胞凋亡是激素性股骨头坏死的主要原因，并在此方面做了大量工作，本文主要在这方面做一总结。

　　1 骨坏死细胞凋亡的研究

　　细胞凋亡又称作细胞程序性死亡，即细胞在一定生理或病理条件下，遵循自身程序结束生命的过程，最后细胞脱落、离体或裂解为若干凋亡小体，被其他细胞吞噬。该过程主要包括以下几个阶段：凋亡的激发、细胞内凋亡信号传导及调控、凋亡效应分子激活、蛋白及DNA分子断裂、细胞死亡。当前有许多学者认为激素诱导骨细胞凋亡是股骨头坏死的发病机制，并做了相关研究。

　　1.1 骨坏死细胞凋亡的发现 Kothapalli等[2]研究发现，当破坏股骨头部血运使其缺血2 d后，在骨陷窝内出现凋亡的骨细胞，这表明缺血性损伤后凋亡也是细胞死亡的一个机制。Eberhardt等[3]研究发现，兔子应用激素后股骨头软骨下骨骨小梁变细，伴有骨细胞死亡，且发现有大量的成骨细胞和骨细胞凋亡。Eberhardt等[3]指出大剂量激素引起细胞活性改变，凋亡是激素性骨坏死的首要变化。当骨细胞凋亡广泛发生时，尽管供应股骨头的血管尚无明显变化，但是骨坏死已经发生了。Rojas[4]对器官移植的患者在应用激素治疗前后分别进行骨活检，发现用激素前无成骨细胞的凋亡，而在用激素后有大量成骨细胞凋亡。用激素后正常成骨细胞明显减少，而且未凋亡的骨细胞大多数由有活性状态转入无活性状态，血磷水平也相应下降，并随着激素剂量增加变化更加明显。O′Brien等[5]在鼠的基因中插入能使激素失活的基因来研究激素对骨细胞凋亡的潜在作用时发现，激素能够直接作用于成骨细胞和骨细胞，并刺激其凋亡，但是破骨细胞未受影响，从而使骨量减少。Silvestrini等[6]研究指出，细胞内激素受体浓度受多个因素影响，特别是增生阶段细胞比其他时相的细胞对激素更敏感。Okada等[7]发现，高剂量的皮质激素可使股骨头内血管内皮细胞循环停止，并其细胞凋亡，认为血管的损伤是低氧和高剂量激素共同作用的结果，但激素引起骨细胞凋亡的的具体机理仍无一个统一的结论。Weinstein等[8]对5 例激素、3 例酒精中毒、1 例外伤、5 例镰状细胞病所致的股骨头坏死患者行手术切除股骨头，采用TUNEL技术行凋亡细胞检测，发现激素引起的股骨头坏死切片有大量骨细胞凋亡，酒精所致股骨头坏死切片中凋亡细胞较少，其他因素所致股骨头坏死切片中未发现凋亡细胞。Cooper等[9]在研究激素对骨细胞作用时发现激素可引起成骨细胞和骨细胞凋亡，但并不引起破骨细胞凋亡。

　　1.2 骨坏死细胞凋亡存在争议 也有一些未发现凋亡细胞的报道，Yang等[10]在地塞米松治疗3 d后的股骨头内未发现凋亡细胞;Pereira等[11]发现可的松(1 μmol/L)可以在矿化的条件下阻止成骨细胞凋亡。也有一些研究[12，13]认为，地塞米松有使骨细胞抗凋亡的作用，这可能与凋亡检测方法不同有关。

　　2 骨坏死细胞凋亡相关基因的研究

　　2.1 骨细胞凋亡与bcl2基因 越来越多的学者发现，激素与bcl2基因有关，bcl2蛋白通过阻断细胞凋亡信号传递系统的最后共同通道而抑制细胞凋亡，从而促进细胞成活，成为重要的细胞生成基因。Hockenbery等[14]研究发现，bcl2蛋白能阻断内源性核酸内切酶的DNA切割活性，从而阻断细胞凋亡。李卫哲等[15]研究表明大剂量激素抑制bcl2表达，促进骨细胞凋亡。Tsuji[16]研究了导致凋亡过程中的基因表达，发现在低氧状态下细胞更容易凋亡。他还发现在低氧并伴有高剂量激素状态下诱导细胞凋亡的P53、Bax基因和抑制凋亡的Bcl2和MDM2基因均下调，而在氧正常情况下，高剂量的激素可使Bcl2基因上调。他认为在低氧状态下高剂量激素更易引起凋亡。Zalavras等[17]也认为股骨头等特殊部位的细胞凋亡是激素和缺氧共同作用的结果。

　　2.2 骨细胞凋亡与P53基因 P53也是目前比较公认的与细胞凋亡相关的蛋白质分子。正常P53基因为细胞周期G1期DNA损伤点，具有阻断细胞增殖和引起细胞凋亡的作用，而且P53基因可通过上调Cmyc、ICE、Fas抗原、Bax基因，下调Bcl2基因，升高细胞内Ca2+浓度，诱发细胞凋亡。黄永镇等[18]研究发现酒精性股骨头坏死时，P53蛋白上调，而Bcl2下调，认为这是引起骨细胞凋亡的主要原因。

　　3 骨坏死细胞凋亡的调节

　　3.1 Caspase调节 赵建宁等[19]通过MTT绘制的生存曲线以及流式细胞仪分析细胞内DNA含量的方法，证实了地塞米松能够诱导原代分离培养的成骨样细胞发生凋亡，而且这种效应呈药物浓度和时间依赖性。Liu等[20]发现，Caspase家族是细胞凋亡的重要执行者，Caspase3的活性在细胞凋亡过程中显著升高，这说明地塞米松诱导成骨样细胞凋亡是依赖Caspase3的，这一结果与糖皮质激素诱导胸腺细胞等免疫细胞凋亡过程中的Caspase9依赖性不同，表明糖皮质激素可通过对Caspase家族不同成员的调节，从而对不同种类的细胞进行调节。

　　3.2 Fas/FasL途径 Kogianni等[21]研究发现，地塞米松诱导的骨细胞凋亡与Fas/Fasl凋亡途径有关。地塞米松可上调Fas蛋白在骨细胞膜上的定位，从而调节骨细胞的凋亡。因为Fas的配体FasL与Fas结合后，Fas三聚化使胞内的死亡结构域构象改变，然后与接头蛋白Fas相关死亡结构域结合，其N端死亡效应结构域就能与半胱天冬酶Caspase8前体蛋白结合，形成死亡诱导信号复合体，使得Caspase8激活而启动Caspase级联反应，从而激活Caspase3、6、7，这几种Caspase均可降解胞内结构蛋白和功能蛋白，最终导致细胞凋亡。

　　3.3 NFκβ途径 NFκβ是重要的核内信号传导因子，对细胞的生存起着关键的作用[22]。赵建宁认为，地塞米松可能是通过抑制NFκβ的活性而诱导成骨样细胞的凋亡。Emsa的实验结果也发现，地塞米松明显抑制了NFκβ活性，从而诱导成骨样细胞的凋亡。而且研究发现，糖皮质激素不但能直接抑制NFκβ的活性，还能够通过诱导NFκβ抑制物IkB的生成来阻断NFκβ与DNA位点的结合。

　　3.4 其他 Calder等[23]对非创伤性骨坏死患者骨标本采用免疫组织化学研究后发现，一氧化氮合成酶含量增加。认为激素或酒精对骨细胞有直接的细胞毒作用，导致一氧化氮增加。这对骨的修复和重建造成有害影响，并介导凋亡发生，并指出骨细胞的凋亡在股骨头坏死发病机制中发挥着重要作用。有学者认为激素性股骨头坏死还属缺血性坏死，缺血缺氧情况下P38促分裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)途径激活，可促进低氧诱导的成骨细胞凋亡。

　　总之，股骨头坏死的病因仍然不清楚，凋亡可能是其病因之一。虽然国内外学者已经在骨坏死与细胞凋亡方面做了大量工作，但仍然有许多方面机制还不清楚，有待进一步研究。

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