糖皮質(zhì)激素治療引起股骨頭病變相關(guān)機(jī)制研究進(jìn)展

馬斌祥，屈 紅，林德民

（1.甘肅省中醫(yī)院，甘肅 蘭州 730050;2.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)，甘肅 蘭州 730000）

糖皮質(zhì)激素(Glucocorticoids，GCs)因其在嚴(yán)重感染治療、免疫及血液系統(tǒng)疾病等方面的顯著療效在臨床中被廣泛應(yīng)用，由于在結(jié)締組織疾病、器官移植術(shù)后、哮喘、腎病等長期及大劑量的激素治療中，不可避免的出現(xiàn)較多并發(fā)癥及激素引起的副作用方面越來越受到人們關(guān)注，所以關(guān)于應(yīng)用糖皮質(zhì)激素在治療的同時(shí)，遺留的遠(yuǎn)期破壞人體骨組織的相關(guān)作用機(jī)制亦不斷受到研究者的重視。有研究指出，GCs 長期大劑量使用會(huì)引起股骨頭損傷，但GCs引起骨骼病變屬于多機(jī)制、多信號(hào)參與的復(fù)雜過程，具體機(jī)制仍在研究之中。

1 糖皮質(zhì)激素概述

GCs 主要來源于應(yīng)激外傷刺激后，下丘腦-垂體-腎上腺(Hypothalamic Pituitary Adrenal，HPA)軸控制分泌的一種經(jīng)典固醇類結(jié)構(gòu)激素，GCs 構(gòu)成含有21 個(gè)碳原子，在功能上能夠?qū)PA 軸有負(fù)反饋調(diào)節(jié)作用[1]。在維持健康及疾病控制、治療方面具有十分重要的作用。自20 世紀(jì)Sulzberger 等將其應(yīng)用于部分難以治愈的皮膚疾病并取得顯著療效以后，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于臨床如免疫系統(tǒng)疾病、感染、血液病等疾病治療中。

GCs 從細(xì)胞膜進(jìn)入，通過自身受體-糖皮質(zhì)激素受體所介導(dǎo)，結(jié)合胞質(zhì)內(nèi)受體發(fā)揮藥理與生理等方面作用[2]。藥理劑量GCs 使用有免疫抑制、抗休克、抗過敏、抗炎、對(duì)血液系統(tǒng)及骨骼系統(tǒng)的作用等[3]。目前研究者一致認(rèn)為，GCs 發(fā)揮抗炎方面及免疫抑制方面作用主要是通過抑制促炎性細(xì)胞因子的釋放，并刺激抗炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生而進(jìn)行調(diào)節(jié)的[4]。此外，也有證據(jù)表明，GCs 具有誘導(dǎo)T 細(xì)胞和B 淋巴細(xì)胞凋亡及在線粒體途徑中介導(dǎo)活性氧(ROS)生產(chǎn)等多重作用。但作為一種對(duì)機(jī)體各個(gè)臟器均有廣泛影響的活性物質(zhì)，大劑量、長期用藥，不可避免的會(huì)對(duì)身體產(chǎn)生較多的副作用及并發(fā)癥。

2 股骨頭壞死與糖皮質(zhì)激素治療相關(guān)研究

激素性股骨頭壞死（Steroid-Induced Avascular necrosis of the Femoral Head，SANFH）最早是由Pietrogramde 和Mastomarine 提出。隨著對(duì)SANFH 研究深入，提出了血管內(nèi)凝血、骨質(zhì)疏松脂肪代謝紊亂的假說[5]。也有部分學(xué)者提出骨壞死的“瀑布式”細(xì)胞凋亡這一假說。但由于GCs 引起SANFH 是一個(gè)多機(jī)制、多信號(hào)參與的復(fù)雜過程，目前SANFH 的具體機(jī)制仍在研究中，有文獻(xiàn)指出，GCs 長時(shí)間、大劑量使用是最常見的導(dǎo)致非創(chuàng)傷性股骨頭壞死（Osteonecrosis of the Femoral Head,ONFH) 的原因之一[6-7]。

2.1 細(xì)胞脂肪化

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，糖皮質(zhì)激素誘發(fā)并形成骨壞死的患者和在實(shí)驗(yàn)過程提取的動(dòng)物骨干髓腔內(nèi)均發(fā)現(xiàn)有脂肪細(xì)胞肥大的變化和不正常的脂肪細(xì)胞代謝[8]。研究發(fā)現(xiàn)，激素大劑量的應(yīng)用可引起骨髓基質(zhì)細(xì)胞再分化水平失衡，增加脂肪細(xì)胞分化,大量分化引起脂肪細(xì)胞體積增大，髓腔骨內(nèi)壓（Intraosseous Pressure）增高，導(dǎo)致股骨頭發(fā)生壞死[9-10]。GCs 也可以通過β-catenin 途徑來激活過氧化物酶體增殖物激活型受體（Peroxisome Proliferator-Activated Receptor，PPARγ）促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(Bone Mesenchymal Stem Cells，BMSCs）脂肪化[11]。而大量脂肪化BMSCs 會(huì)增加脂肪栓塞形成，阻塞股骨頭區(qū)域血液循環(huán)，致股骨頭損傷；研究發(fā)現(xiàn)，丹酚酸B、MDR1基因編碼的P-glycoprotein 能夠通過PPARγ 表達(dá)的抑制，減少BMSCs 的脂肪化而阻止ONFH 的發(fā)生[12-13]。

2.2 信號(hào)通路

GCs 引起骨量流失的主要途徑之一是通過對(duì)信號(hào)通路調(diào)控蛋白產(chǎn)生影響，抑制或促進(jìn)其合成及釋放。Hofbauer 研究結(jié)果表明：hRANKL 敲除的小鼠能通過對(duì)核因子-κB 受體活化因子配體（RANKL）系統(tǒng)抑制來防止激素性骨密度及強(qiáng)度下降[14]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，激活的Erk 通路，通過阻止Smad2/3 復(fù)合體進(jìn)入細(xì)胞核，抑制Smad 調(diào)控的相關(guān)基因表達(dá)，導(dǎo)致骨壞死發(fā)生[15]。有相關(guān)研究提出，GCs 作用時(shí)，GCs可以造成Wnt 信號(hào)通路下游基因表達(dá)減低，增強(qiáng)相關(guān)細(xì)胞凋亡的進(jìn)程[16-17]。也可以增強(qiáng)Wnt 信號(hào)通路拮抗劑sFRP1，Dickkopf-1 等的表達(dá)，引起骨量丟失[17-18]。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，在缺氧的內(nèi)部或外部環(huán)境中，GCs 及其GCs 受體結(jié)合后能夠使細(xì)胞內(nèi)部p85的表達(dá)正向增加，從而抑制PI3 k/ Akt 通路，致使成骨細(xì)胞(Osteoblast，OB)凋亡，最終造成骨量的流失引起p50 及p56 轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核，造成核因子KB 暫時(shí)性活化[19-20]。miR-216a 可以通過PI3K/AKT 這一通路增強(qiáng)成骨及OB 增殖，緩解DEX 對(duì)成骨方面抑制[21]。有相關(guān)研究指出，骨相關(guān)細(xì)胞內(nèi)AKT 通路會(huì)被DEX 所抑制，對(duì)細(xì)胞凋亡和增殖加以調(diào)控[22]。Jia 等實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，GCs 可以通過激活降鈣素受體Mrnad、加速骨膠原纖維溶解引起骨質(zhì)的破壞[23]。

2.3 成骨細(xì)胞與破骨細(xì)胞

文獻(xiàn)報(bào)道，GCs 通過促進(jìn) 破骨細(xì)胞(osteoclast，OC)生成抑制骨保護(hù)蛋白（osteoprogerin，OPG）產(chǎn)生，并刺激成骨細(xì)胞譜系產(chǎn)生OPG 受體，與RANKL 競爭OPG，促進(jìn)骨吸收［24-25］。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，外源性GCs能夠促進(jìn)OB 及骨細(xì)胞的凋亡，同時(shí)上調(diào)RANKL因子，對(duì)破骨細(xì)胞(OC)激活并募集，抑制骨形成并促進(jìn)骨吸收[26]。也有學(xué)者提出，細(xì)胞ROS 會(huì)被外源性GCs 刺激增加并引起相關(guān)區(qū)域的骨細(xì)胞凋亡[27]。Aeberli 等[28]研究發(fā)現(xiàn)，GCs 可以通過拮抗BMP-2 促進(jìn)OB 分化成熟，誘導(dǎo)軟骨和新生骨形成。在骨代謝與GCs 濃度的相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)GCs 使用劑量超過生理濃度時(shí)，OB 的分化將會(huì)被抑制，OB 凋亡被促進(jìn)的同時(shí)誘導(dǎo)OC 生成，"骨平衡"將向著吸收方向偏移[29]。有大量文獻(xiàn)報(bào)道指出，GCs 對(duì)骨骼的副作用主要是通過直接影響OB 和OC 實(shí)現(xiàn)的，其中最重要的影響是：促進(jìn)OB 凋亡并延長OC 的壽命[30-33]。Kim等[34]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，作用于OC 表面的GCs 受體，可以使OC 活性增強(qiáng)，骨平衡向破壞方向偏移，引起骨質(zhì)破壞或者骨壞死。GCs 對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞（Mesenchymal stem cells，MSCs）的成骨細(xì)胞分化標(biāo)志基因collagen1的mRNA、ALP 與蛋白水平表達(dá)，均存在明顯的抑制，同時(shí)MSCs 的凋亡增加，細(xì)胞OB 分化將會(huì)被明顯的抑制[35]。

2.4 內(nèi)皮細(xì)胞

血管系統(tǒng)為骨組織提供營養(yǎng)物質(zhì)、激素和細(xì)胞因子并清除代謝產(chǎn)物，同時(shí)為骨組織信息傳遞提供網(wǎng)絡(luò)通路[36]。研究指出，糖皮質(zhì)激素聯(lián)合肝素，可與其存在的肝素酶發(fā)生相關(guān)作用，造成毛細(xì)血管基膜新陳代謝產(chǎn)生特異性改變，退化毛細(xì)血管作用，從而抑制血管生成產(chǎn)生致病機(jī)理[37]。有研究提出“骨組織內(nèi)，骨形成和特殊血管的生長之間存有偶聯(lián)關(guān)系”[38]，在接下來的研究中發(fā)現(xiàn)，這種血管的內(nèi)皮細(xì)胞能夠分泌蛋白Noggin，維持成骨細(xì)胞和軟骨細(xì)胞，并促進(jìn)骨形成[39]。申前進(jìn)等通過體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，GCs 能夠直接對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞分化形成血管產(chǎn)生抑制[40]。GCs 可通過免疫抑制作用以及抗炎相關(guān)機(jī)制引起TGF-β/ Smad 表達(dá)信號(hào)減低，造成OB 分化減少，骨量減少甚至丟失，進(jìn)而抑制股骨頭周圍滋養(yǎng)血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖，導(dǎo)致血管成熟障礙，抑制了骨組織的血供，最終可能導(dǎo)致ONFH[41]。

3 小結(jié)

綜合上述研究，GCs 引起骨骼病變的機(jī)制可能主要通過四種途徑：（1）GCs 促使間充質(zhì)干細(xì)胞或BMSCs 脂肪化，終止OB 分化，并誘導(dǎo)OB 凋亡；（2）GCs 促進(jìn)RANKL 增加及OPG 表達(dá)減少，并促進(jìn)OC數(shù)量增加，使“骨平衡”向骨吸收方向移動(dòng)；（3）GCs影響抑制生長激素－胰島素樣生長因子軸，骨形成及骨量相應(yīng)減少；（4）GCs 直接抑制內(nèi)皮細(xì)胞形成骨血管，引起骨量減少或骨損傷。

GCs 作為臨床使用中抗感染、抗炎、抗休克及免疫應(yīng)答調(diào)節(jié)中重要的治療藥物。由于該類藥物隨著用藥時(shí)間、使用劑量的增加，極易引起不良反應(yīng)，在治療中耐受性、依從性影響較大[42]。同時(shí)，Van staa提出的GCs 使用沒有“安全劑量”也已經(jīng)被越來越多的循證醫(yī)學(xué)證據(jù)證實(shí)。GCs 所引起的骨量下降與GCs 的攝入量有關(guān)，大劑量、間斷的使用也會(huì)對(duì)骨量產(chǎn)生影響，同時(shí)，GCs 小劑量每日服用后，骨折也極易發(fā)生[43]。因此，在予以患者臨床使用GCs 類相關(guān)藥物治療時(shí)，須遵守適應(yīng)證及禁忌證，在促進(jìn)治療效果增強(qiáng)的同時(shí)，減少副作用及相應(yīng)并發(fā)癥的發(fā)生。治療中，越大劑量激素應(yīng)用，就會(huì)產(chǎn)生越嚴(yán)重的骨骼系統(tǒng)方面的損傷。治療方案中使用GCs 將意味著需要更多關(guān)注激素導(dǎo)致的骨骼損傷或其他并發(fā)癥。抑制相關(guān)途徑，是減少相關(guān)骨骼病變的關(guān)鍵。在GCs 不良反應(yīng)防治研究中已有顯著成果的當(dāng)前，合理用藥及和更深入的相關(guān)機(jī)制研究仍是以后研究的重要方向。