細(xì)胞凋亡在激素誘導(dǎo)性股骨頭壞死中的研究進展

王小龍，趙建民，劉瑞，王雪梅

(內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院骨科，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010059)

細(xì)胞凋亡在激素誘導(dǎo)性股骨頭壞死中的研究進展

王小龍，趙建民*，劉瑞，王雪梅

(內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院骨科，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010059)

股骨頭壞死主要分為創(chuàng)傷性和非創(chuàng)傷性兩種形式，由于糖皮質(zhì)激素被廣泛用于治療某些疾病如重癥急性呼吸綜合征(severe acute respiratory syndrome，SARS)、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、白血病、器官移植后等，因而激素誘導(dǎo)性股骨頭壞死(steroid-induced femoral head necrosis，SIFHN)已成為目前非創(chuàng)傷性股骨頭壞死的最常見原因[1-3]。盡管激素性股骨頭壞死發(fā)病機制的許多學(xué)說已經(jīng)提出，但其生物學(xué)機制尚未完全明了。近年來，許多國內(nèi)外研究表明骨細(xì)胞凋亡與激素性股骨頭壞死密切相關(guān)，本文對激素性股骨頭壞死中的細(xì)胞凋亡研究狀況作一分析。

1 細(xì)胞凋亡的定義和檢測方法

細(xì)胞凋亡是指為維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，由基因控制的細(xì)胞自主的有序的死亡。與細(xì)胞壞死不同，細(xì)胞凋亡是一個主動過程，它涉及一系列基因的激活、表達(dá)以及調(diào)控等作用。細(xì)胞凋亡的檢測方法眾多，目前以TUNEL和透射電鏡觀察細(xì)胞凋亡在SIFHN最為常用。

2 SIFHN的細(xì)胞凋亡研究歷史

1957年首例使用皮質(zhì)類固醇治療類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者發(fā)展為股骨頭壞死報告以來，過多使用激素發(fā)展為股骨頭壞死(osteonecrosis of the femoral head，ONFH)的關(guān)系已經(jīng)確立。程少華等[4]指出，激素對于股骨頭壞死骨細(xì)胞是一種直接的凋亡誘導(dǎo)劑，在激素誘導(dǎo)的股骨頭骨細(xì)胞的死亡中，凋亡是骨細(xì)胞的重要死亡方式。細(xì)胞凋亡概念的提出為研究股骨頭缺血性壞死提供了一種全新的研究思路。Kerachian等[5]研究應(yīng)用大劑量激素誘導(dǎo)早期鼠股骨頭壞死中發(fā)現(xiàn)，激素可以誘導(dǎo)成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞和骨細(xì)胞的凋亡，而骨組織細(xì)胞凋亡累積所形成的不可逆修復(fù)的結(jié)局，最終導(dǎo)致股骨頭壞死、塌陷的發(fā)生。最近的研究發(fā)現(xiàn)[6-7]，在激素性股骨頭壞死的早期，確實存在有骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞以及骨髓細(xì)胞的凋亡。

到目前為止，研究細(xì)胞凋亡和激素性股骨頭缺血性壞死的關(guān)系只限于動物模型或少量的患者，尚待進一步進行大規(guī)模病例對照研究和闡明細(xì)胞凋亡引起激素性股骨頭壞死的確切致病機制。

3 SIFHN發(fā)病機制中細(xì)胞凋亡相關(guān)基因的研究

眾多研究表明，成骨細(xì)胞、骨細(xì)胞、骨髓基質(zhì)細(xì)胞凋亡是SINFH的主要特點之一，細(xì)胞凋亡相關(guān)的基因調(diào)節(jié)SINFH的進展[8-10]。caspase半胱氨酸蛋白酶家族作為細(xì)胞凋亡過程中的中心環(huán)節(jié)和執(zhí)行者，近年來受到了廣泛的關(guān)注。胡峰等[11]在動物模型研究發(fā)現(xiàn)caspase-3介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡參與了早期激素性股骨頭壞死的發(fā)病過程，并且隨病程的進展caspase-3活性逐漸升高。研究發(fā)現(xiàn)[12]caspase-3主要作用在細(xì)胞凋亡的執(zhí)行階段，活化后的caspase-3影響DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和損傷修復(fù)。梁博偉等[13]研究報道沉默膜聯(lián)蛋白A1基因促進成骨細(xì)胞的凋亡，膜聯(lián)蛋白A1基因表達(dá)下調(diào)通過激活caspase-3引起成骨細(xì)胞凋亡。其他研究結(jié)果表明[14-15]，激素可提高caspase-3的表達(dá)促進骨細(xì)胞凋亡，降低bcl-2的表達(dá)抑制抗凋亡作用，進而導(dǎo)致激素性股骨頭壞死的發(fā)生和發(fā)展。

Fas及其配體FasL是近年來研究的最為深入的有關(guān)細(xì)胞凋亡的膜表面分子，F(xiàn)as屬腫瘤壞死因子受體家族成員，而FasL屬腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)家族成員，F(xiàn)asL與其受體Fas結(jié)合啟動凋亡信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。Kogianni等[16]發(fā)現(xiàn)地塞米松是誘導(dǎo)骨細(xì)胞凋亡和FAS/CD95死亡受體相關(guān)，F(xiàn)AS與CD95結(jié)合后依賴caspase-8引起一系列的級聯(lián)反應(yīng)啟動凋亡信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)引起細(xì)胞凋亡。另外，Wang等[17]在其實驗中發(fā)現(xiàn)腫瘤壞死因子TNF-α的1031CT/CC和863AC基因型可能是SARS患者并發(fā)股骨頭壞死的危險因素。

迄今為止，已發(fā)現(xiàn)參與激素性股骨頭壞死的凋亡抑制分子包括：P53和bcl-2家族的抗凋亡基因，如bcl-2。眾多研究表明激素與bcl-2基因有關(guān)，bcl-2蛋白通過阻斷細(xì)胞凋亡信號傳遞系統(tǒng)的最后共同通道而抑制細(xì)胞凋亡。Moriishi等[18]在特定的成骨細(xì)胞bcl-2轉(zhuǎn)基因小鼠研究意外發(fā)現(xiàn)，bcl-2在成骨細(xì)胞的過度表達(dá)抑制了成骨細(xì)胞的分化，最終導(dǎo)致骨細(xì)胞凋亡。

P53在G1期負(fù)責(zé)檢查染色體DNA是否有損傷，具有阻斷細(xì)胞增殖和引起細(xì)胞凋亡的作用。Li等[19]研究結(jié)果表明，地塞米松可以上調(diào)P53激活糖皮質(zhì)激素受體，然后提高其轉(zhuǎn)錄活性，進而誘導(dǎo)MC3T3-E1成骨樣細(xì)胞發(fā)生凋亡，他們還指出P53有望被用于激素誘導(dǎo)的骨質(zhì)疏松癥和骨壞死的治療的新靶點。Tian Lei等[7]在馬血清聯(lián)合激素構(gòu)建的兔股骨頭壞死模型中指出，甲潑尼龍抑制了bcl-2的表達(dá)，促進了P53的表達(dá)，P53基因上調(diào)與bcl-2基因下調(diào)共同造成骨細(xì)胞的凋亡。

4 SIFHN發(fā)病機制中細(xì)胞凋亡存在的爭議

目前雖然大量的報道表明細(xì)胞凋亡與激素性股骨頭壞死密切相關(guān)，但仍有一些研究未發(fā)現(xiàn)細(xì)胞凋亡。Weinstein等[20]在成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞過度表達(dá)11β-HSD2的轉(zhuǎn)基因老鼠實驗中，研究發(fā)現(xiàn)激素并不促進破骨細(xì)胞凋亡，反而能延長破骨細(xì)胞壽命。此外，Davies等[21]報道地塞米松有抗骨細(xì)胞凋亡的作用，他們認(rèn)為可能是由于采用不同的凋亡檢測方法所致。Cooper等[22]在研究激素對骨細(xì)胞作用時發(fā)現(xiàn)激素可引起成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞凋亡，但并不引起破骨細(xì)胞凋亡。然而在一項早期大鼠骨組織標(biāo)本進行的實驗研究觀察到細(xì)胞凋亡是早期激素性股骨頭壞死的首要變化，骨壞死卻沒有明顯的發(fā)生[23]。

因此，筆者認(rèn)為下面幾個可能是導(dǎo)致爭議的主要原因：就細(xì)胞凋亡在激素性股骨頭壞死中的作用機制，其結(jié)論大多來自動物實驗，目前還沒有合適的動物模型。另外，雖然造模方法很多，但都無法完全演變從股骨頭壞死早期到最終股骨頭塌陷的整個過程；同時，動物實驗?zāi)Ｐ偷囊恢滦砸膊荒苋〈晒穷^壞死患者個體間對激素的敏感性的差異，由此而得出的實驗結(jié)論就不太客觀、全面。

5 抗凋亡治療藥物在SIFHN的研究

暴淑英等[15]在其研究中表明大劑量激素可能通過抑制bcl-2表達(dá)和促進caspase-3表達(dá)引起股骨頭壞死，阿侖磷酸鈉可能通過與激素相反的途徑來防止骨細(xì)胞凋亡，從而降低早期激素性兔股骨頭壞死的發(fā)生率。同樣，Tian Lei等[7]通過免疫組化及TUNEL驗證，阿魏酸鈉(sodium ferulate，SF)通過降低caspase-3的表達(dá)和上調(diào)bcl-2表達(dá)可以有效地干預(yù)細(xì)胞凋亡和降低股骨頭壞死的凋亡率。SF可能干擾細(xì)胞凋亡，預(yù)防或延緩類固醇誘導(dǎo)骨壞死的發(fā)生，其可能的機制是：a)SF可以減少過度的糖皮質(zhì)激素引起的氧自由基和細(xì)胞毒性，激素可誘導(dǎo)過氧化和DNA損傷[24]；b)SF可以減少的caspase-3的蛋白水平，增加bcl-2的表達(dá)，保護DNA被損害，并抑制凋亡途徑[25]。

李挺松等[26]表明普拉固除了降脂、抗高凝、糾正鋅代謝紊亂外，還可以通過調(diào)控相關(guān)凋亡基因等方面改善激素誘導(dǎo)的股骨頭壞死，其分子機制可能與抗凋亡基因bcl-2有關(guān)。其他研究報道普伐他汀可通過抑制PPARγ的表達(dá)和激活Wnt信號通路預(yù)防激素性股骨頭壞死[27]。

謝小偉等[28]通過大鼠SIFHN模型，證明了阿侖膦酸鈉和洛伐他汀聯(lián)合應(yīng)用效果好于單一用藥對早期SIFHN的預(yù)防作用，但他們未從組織學(xué)、生化學(xué)和基因?qū)W等角度闡述兩種藥物聯(lián)合防治SIFHN的可能機制。其他研究發(fā)現(xiàn)粒細(xì)胞集落刺激因子/干細(xì)胞因子可以增加血清骨鈣素的分泌，提高骨小梁礦化率和骨形成率，實驗結(jié)果表明粒細(xì)胞集落刺激因子/干細(xì)胞因子治療組股骨頭壞死的發(fā)病率顯著下降，其通過抑制caspase-3依賴的骨細(xì)胞凋亡在預(yù)防SIFHN兔模型發(fā)揮有益作用[10]。此外，國外的一項研究發(fā)現(xiàn)[29]，地塞米松通過上調(diào)促凋亡基因的表達(dá)，如bcl-X(L)，誘導(dǎo)骨細(xì)胞凋亡；釩酸鹽可以防止激素導(dǎo)致的鼠體外成骨細(xì)胞和體內(nèi)骨細(xì)胞凋亡，降低TUNEL陽性的骨細(xì)胞凋亡率，進而發(fā)揮治療作用。

盡管這些藥物在預(yù)防和治療動物早期激素性股骨頭壞死具有一定作用，但是在人體股骨頭壞死是否具有相同療效尚需進行多中心臨床研究。

可喜的是，Li等[30]檢測細(xì)胞凋亡發(fā)現(xiàn)，六味地黃丸可改善脂質(zhì)代謝，抑制骨細(xì)胞凋亡，降低凋亡指數(shù)，進而預(yù)防激素性股骨頭壞死。這些研究結(jié)果可以給我們提供一個啟示，治療早期激素性股骨頭壞死可以聚焦于阻斷觸發(fā)細(xì)胞凋亡這一切入點，從而防止疾病的進展與繼發(fā)性骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)展。

在臨床上腎炎、器官移植及系統(tǒng)性紅斑狼瘡等疾病的治療過程中必須使用皮質(zhì)激素，通過MRI等影像學(xué)以及細(xì)胞凋亡檢測方法[31]，定期篩查這些高危易感人群。一旦發(fā)生了壞死，在早期尚未出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的塌陷之前，采用抗凋亡等中西醫(yī)結(jié)合方式有效的干預(yù)，從而阻斷甚至逆轉(zhuǎn)病程，早期治愈骨壞死。

綜上所述，盡管存在爭論，細(xì)胞凋亡在激素性股骨頭壞死的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。隨著細(xì)胞凋亡在激素性股骨頭壞死發(fā)病機制研究的深入，我們能夠從更微觀的水平探尋激素性股骨頭壞死的本質(zhì)，有望為股骨頭壞死的早期發(fā)現(xiàn)、診斷以及早期靶向治療、預(yù)防帶來新的突破。

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國家自然基金項目(81360224)；*本文通訊作者：趙建民

1008-5572(2015)01-0056-04

R681.8

A

2014-10-10

王小龍(1988- )，男，醫(yī)師，內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院骨科，010059。