細胞凋亡在激素誘導性股骨頭壞死中的研究進展

王小龍，趙建民，劉瑞，王雪梅

(內蒙古醫科大學附屬醫院骨科，內蒙古 呼和浩特 010059)

細胞凋亡在激素誘導性股骨頭壞死中的研究進展

王小龍，趙建民*，劉瑞，王雪梅

(內蒙古醫科大學附屬醫院骨科，內蒙古 呼和浩特 010059)

股骨頭壞死主要分為創傷性和非創傷性兩種形式，由于糖皮質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)、系統性紅斑狼瘡、類風濕性關節炎、白血病、器官移植后等，因而激素誘導性股骨頭壞死(steroid-induced femoral head necrosis，SIFHN)已成為目前非創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病機制的許多學說已經提出，但其生物學機制尚未完全明了。近年來，許多國內外研究表明骨細胞凋亡與激素性股骨頭壞死密切相關，本文對激素性股骨頭壞死中的細胞凋亡研究狀況作一分析。

1 細胞凋亡的定義和檢測方法

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

2 SIFHN的細胞凋亡研究歷史

1957年首例使用皮質類固醇治療類風濕關節炎患者發展為股骨頭壞死報告以來，過多使用激素發展為股骨頭壞死(osteonecrosis of the femoral head，ONFH)的關系已經確立。程少華等[4]指出，激素對于股骨頭壞死骨細胞是一種直接的凋亡誘導劑，在激素誘導的股骨頭骨細胞的死亡中，凋亡是骨細胞的重要死亡方式。細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]研究應用大劑量激素誘導早期鼠股骨頭壞死中發現，激素可以誘導成骨細胞、破骨細胞和骨細胞的凋亡，而骨組織細胞凋亡累積所形成的不可逆修復的結局，最終導致股骨頭壞死、塌陷的發生。最近的研究發現[6-7]，在激素性股骨頭壞死的早期，確實存在有骨細胞、成骨細胞以及骨髓細胞的凋亡。

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

3 SIFHN發病機制中細胞凋亡相關基因的研究

眾多研究表明，成骨細胞、骨細胞、骨髓基質細胞凋亡是SINFH的主要特點之一，細胞凋亡相關的基因調節SINFH的進展[8-10]。caspase半胱氨酸蛋白酶家族作為細胞凋亡過程中的中心環節和執行者，近年來受到了廣泛的關注。胡峰等[11]在動物模型研究發現caspase-3介導的細胞凋亡參與了早期激素性股骨頭壞死的發病過程，并且隨病程的進展caspase-3活性逐漸升高。研究發現[12]caspase-3主要作用在細胞凋亡的執行階段，活化后的caspase-3影響DNA復制、轉錄和損傷修復。梁博偉等[13]研究報道沉默膜聯蛋白A1基因促進成骨細胞的凋亡，膜聯蛋白A1基因表達下調通過激活caspase-3引起成骨細胞凋亡。其他研究結果表明[14-15]，激素可提高caspase-3的表達促進骨細胞凋亡，降低bcl-2的表達抑制抗凋亡作用，進而導致激素性股骨頭壞死的發生和發展。

Fas及其配體FasL是近年來研究的最為深入的有關細胞凋亡的膜表面分子，Fas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，FasL與其受體Fas結合啟動凋亡信號的轉導導致細胞凋亡。Kogianni等[16]發現地塞米松是誘導骨細胞凋亡和FAS/CD95死亡受體相關，FAS與CD95結合后依賴caspase-8引起一系列的級聯反應啟動凋亡信號的轉導引起細胞凋亡。另外，Wang等[17]在其實驗中發現腫瘤壞死因子TNF-α的1031CT/CC和863AC基因型可能是SARS患者并發股骨頭壞死的危險因素。

迄今為止，已發現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，bcl-2蛋白通過阻斷細胞凋亡信號傳遞系統的最后共同通道而抑制細胞凋亡。Moriishi等[18]在特定的成骨細胞bcl-2轉基因小鼠研究意外發現，bcl-2在成骨細胞的過度表達抑制了成骨細胞的分化，最終導致骨細胞凋亡。

P53在G1期負責檢查染色體DNA是否有損傷，具有阻斷細胞增殖和引起細胞凋亡的作用。Li等[19]研究結果表明，地塞米松可以上調P53激活糖皮質激素受體，然后提高其轉錄活性，進而誘導MC3T3-E1成骨樣細胞發生凋亡，他們還指出P53有望被用于激素誘導的骨質疏松癥和骨壞死的治療的新靶點。Tian Lei等[7]在馬血清聯合激素構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，促進了P53的表達，P53基因上調與bcl-2基因下調共同造成骨細胞的凋亡。

4 SIFHN發病機制中細胞凋亡存在的爭議

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

因此，筆者認為下面幾個可能是導致爭議的主要原因：就細胞凋亡在激素性股骨頭壞死中的作用機制，其結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，動物實驗模型的一致性也不能取代股骨頭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表達和促進caspase-3表達引起股骨頭壞死，阿侖磷酸鈉可能通過與激素相反的途徑來防止骨細胞凋亡，從而降低早期激素性兔股骨頭壞死的發生率。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的表達和上調bcl-2表達可以有效地干預細胞凋亡和降低股骨頭壞死的凋亡率。SF可能干擾細胞凋亡，預防或延緩類固醇誘導骨壞死的發生，其可能的機制是：a)SF可以減少過度的糖皮質激素引起的氧自由基和細胞毒性，激素可誘導過氧化和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，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，還可以通過調控相關凋亡基因等方面改善激素誘導的股骨頭壞死，其分子機制可能與抗凋亡基因bcl-2有關。其他研究報道普伐他汀可通過抑制PPARγ的表達和激活Wnt信號通路預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合應用效果好于單一用藥對早期SIFHN的預防作用，但他們未從組織學、生化學和基因學等角度闡述兩種藥物聯合防治SIFHN的可能機制。其他研究發現粒細胞集落刺激因子/干細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，實驗結果表明粒細胞集落刺激因子/干細胞因子治療組股骨頭壞死的發病率顯著下降，其通過抑制caspase-3依賴的骨細胞凋亡在預防SIFHN兔模型發揮有益作用[10]。此外，國外的一項研究發現[29]，地塞米松通過上調促凋亡基因的表達，如bcl-X(L)，誘導骨細胞凋亡；釩酸鹽可以防止激素導致的鼠體外成骨細胞和體內骨細胞凋亡，降低TUNEL陽性的骨細胞凋亡率，進而發揮治療作用。

盡管這些藥物在預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]檢測細胞凋亡發現，六味地黃丸可改善脂質代謝，抑制骨細胞凋亡，降低凋亡指數，進而預防激素性股骨頭壞死。這些研究結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細胞凋亡這一切入點，從而防止疾病的進展與繼發性骨關節炎的發展。

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

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

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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，醫師，內蒙古自治區呼和浩特市內蒙古醫科大學附屬醫院骨科，010059。