糖皮質激素治療引起股骨頭病變相關機制研究進展

馬斌祥，屈 紅，林德民

（1.甘肅省中醫院，甘肅 蘭州 730050;2.甘肅中醫藥大學，甘肅 蘭州 730000）

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

1 糖皮質激素概述

GCs 主要來源于應激外傷刺激后，下丘腦-垂體-腎上腺(Hypothalamic Pituitary Adrenal，HPA)軸控制分泌的一種經典固醇類結構激素，GCs 構成含有21 個碳原子，在功能上能夠對HPA 軸有負反饋調節作用[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Sulzberger 等將其應用于部分難以治愈的皮膚疾病并取得顯著療效以后，現廣泛應用于臨床如免疫系統疾病、感染、血液病等疾病治療中。

GCs 從細胞膜進入，通過自身受體-糖皮質激素受體所介導，結合胞質內受體發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、對血液系統及骨骼系統的作用等[3]。目前研究者一致認為，GCs 發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胞因子的釋放，并刺激抗炎細胞因子的產生而進行調節的[4]。此外，也有證據表明，GCs 具有誘導T 細胞和B 淋巴細胞凋亡及在線粒體途徑中介導活性氧(ROS)生產等多重作用。但作為一種對機體各個臟器均有廣泛影響的活性物質，大劑量、長期用藥，不可避免的會對身體產生較多的副作用及并發癥。

2 股骨頭壞死與糖皮質激素治療相關研究

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SANFH 研究深入，提出了血管內凝血、骨質疏松脂肪代謝紊亂的假說[5]。也有部分學者提出骨壞死的“瀑布式”細胞凋亡這一假說。但由于GCs 引起SANFH 是一個多機制、多信號參與的復雜過程，目前SANFH 的具體機制仍在研究中，有文獻指出，GCs 長時間、大劑量使用是最常見的導致非創傷性股骨頭壞死（Osteonecrosis of the Femoral Head,ONFH) 的原因之一[6-7]。

2.1 細胞脂肪化

通過實驗發現，糖皮質激素誘發并形成骨壞死的患者和在實驗過程提取的動物骨干髓腔內均發現有脂肪細胞肥大的變化和不正常的脂肪細胞代謝[8]。研究發現，激素大劑量的應用可引起骨髓基質細胞再分化水平失衡，增加脂肪細胞分化,大量分化引起脂肪細胞體積增大，髓腔骨內壓（Intraosseous Pressure）增高，導致股骨頭發生壞死[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）促進骨髓間充質干細胞(Bone Mesenchymal Stem Cells，BMSCs）脂肪化[11]。而大量脂肪化BMSCs 會增加脂肪栓塞形成，阻塞股骨頭區域血液循環，致股骨頭損傷；研究發現，丹酚酸B、MDR1基因編碼的P-glycoprotein 能夠通過PPARγ 表達的抑制，減少BMSCs 的脂肪化而阻止ONFH 的發生[12-13]。

2.2 信號通路

GCs 引起骨量流失的主要途徑之一是通過對信號通路調控蛋白產生影響，抑制或促進其合成及釋放。Hofbauer 研究結果表明：hRANKL 敲除的小鼠能通過對核因子-κB 受體活化因子配體（RANKL）系統抑制來防止激素性骨密度及強度下降[14]。動物實驗發現，激活的Erk 通路，通過阻止Smad2/3 復合體進入細胞核，抑制Smad 調控的相關基因表達，導致骨壞死發生[15]。有相關研究提出，GCs 作用時，GCs可以造成Wnt 信號通路下游基因表達減低，增強相關細胞凋亡的進程[16-17]。也可以增強Wnt 信號通路拮抗劑sFRP1，Dickkopf-1 等的表達，引起骨量丟失[17-18]。有學者研究發現，在缺氧的內部或外部環境中，GCs 及其GCs 受體結合后能夠使細胞內部p85的表達正向增加，從而抑制PI3 k/ Akt 通路，致使成骨細胞(Osteoblast，OB)凋亡，最終造成骨量的流失引起p50 及p56 轉移至細胞核，造成核因子KB 暫時性活化[19-20]。miR-216a 可以通過PI3K/AKT 這一通路增強成骨及OB 增殖，緩解DEX 對成骨方面抑制[21]。有相關研究指出，骨相關細胞內AKT 通路會被DEX 所抑制，對細胞凋亡和增殖加以調控[22]。Jia 等實驗發現，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的破壞[23]。

2.3 成骨細胞與破骨細胞

文獻報道，GCs 通過促進 破骨細胞(osteoclast，OC)生成抑制骨保護蛋白（osteoprogerin，OPG）產生，并刺激成骨細胞譜系產生OPG 受體，與RANKL 競爭OPG，促進骨吸收［24-25］。實驗發現，外源性GCs能夠促進OB 及骨細胞的凋亡，同時上調RANKL因子，對破骨細胞(OC)激活并募集，抑制骨形成并促進骨吸收[26]。也有學者提出，細胞ROS 會被外源性GCs 刺激增加并引起相關區域的骨細胞凋亡[27]。Aeberli 等[28]研究發現，GCs 可以通過拮抗BMP-2 促進OB 分化成熟，誘導軟骨和新生骨形成。在骨代謝與GCs 濃度的相關研究中發現，當GCs 使用劑量超過生理濃度時，OB 的分化將會被抑制，OB 凋亡被促進的同時誘導OC 生成，"骨平衡"將向著吸收方向偏移[29]。有大量文獻報道指出，GCs 對骨骼的副作用主要是通過直接影響OB 和OC 實現的，其中最重要的影響是：促進OB 凋亡并延長OC 的壽命[30-33]。Kim等[34]試驗發現，作用于OC 表面的GCs 受體，可以使OC 活性增強，骨平衡向破壞方向偏移，引起骨質破壞或者骨壞死。GCs 對間充質干細胞（Mesenchymal stem cells，MSCs）的成骨細胞分化標志基因collagen1的mRNA、ALP 與蛋白水平表達，均存在明顯的抑制，同時MSCs 的凋亡增加，細胞OB 分化將會被明顯的抑制[35]。

2.4 內皮細胞

血管系統為骨組織提供營養物質、激素和細胞因子并清除代謝產物，同時為骨組織信息傳遞提供網絡通路[36]。研究指出，糖皮質激素聯合肝素，可與其存在的肝素酶發生相關作用，造成毛細血管基膜新陳代謝產生特異性改變，退化毛細血管作用，從而抑制血管生成產生致病機理[37]。有研究提出“骨組織內，骨形成和特殊血管的生長之間存有偶聯關系”[38]，在接下來的研究中發現，這種血管的內皮細胞能夠分泌蛋白Noggin，維持成骨細胞和軟骨細胞，并促進骨形成[39]。申前進等通過體外實驗發現，GCs 能夠直接對內皮細胞分化形成血管產生抑制[40]。GCs 可通過免疫抑制作用以及抗炎相關機制引起TGF-β/ Smad 表達信號減低，造成OB 分化減少，骨量減少甚至丟失，進而抑制股骨頭周圍滋養血管內皮細胞增殖，導致血管成熟障礙，抑制了骨組織的血供，最終可能導致ONFH[41]。

3 小結

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

GCs 作為臨床使用中抗感染、抗炎、抗休克及免疫應答調節中重要的治療藥物。由于該類藥物隨著用藥時間、使用劑量的增加，極易引起不良反應，在治療中耐受性、依從性影響較大[42]。同時，Van staa提出的GCs 使用沒有“安全劑量”也已經被越來越多的循證醫學證據證實。GCs 所引起的骨量下降與GCs 的攝入量有關，大劑量、間斷的使用也會對骨量產生影響，同時，GCs 小劑量每日服用后，骨折也極易發生[43]。因此，在予以患者臨床使用GCs 類相關藥物治療時，須遵守適應證及禁忌證，在促進治療效果增強的同時，減少副作用及相應并發癥的發生。治療中，越大劑量激素應用，就會產生越嚴重的骨骼系統方面的損傷。治療方案中使用GCs 將意味著需要更多關注激素導致的骨骼損傷或其他并發癥。抑制相關途徑，是減少相關骨骼病變的關鍵。在GCs 不良反應防治研究中已有顯著成果的當前，合理用藥及和更深入的相關機制研究仍是以后研究的重要方向。