激素性股骨头坏死发病机制中细胞凋亡的研究进展
陈宝琅
菏泽医学专科学校生理学教研室，山东菏泽 274000 ［摘要］在骨科临床诊断治疗过程中，股骨头坏死是一项比较困难的课题，在临床诊疗过程中过多地使用激素类药物，使得该病的发病率也在逐渐提升。目前，该病的发病机制尚未完全明确，存在着一定争议。激素性股骨头坏死的治疗方式还处于探索阶段，还不能够从病因学的角度来展开有效的治疗干预。有研究在坏死的股骨头标本中发现了凋亡细胞，这使人们的注意力也转向了对细胞凋亡领域的研究。本文对细胞凋亡与激素性股骨头坏死发病机制之间存在的联系进行综述。
［关键词］激素性股骨头坏死；发病机制；细胞凋亡；研究进展
股骨头坏死是一种比较常见的骨科疾病类型之一，如果不能得到及时医治，最终可能会使患者选择髋骨关节假体置换［1］来抑制病情的恶化。目前，我国股骨头坏死的人数为500万～750万，每年新增患者数能够达到7万～15万，造成这一结果的最主要原因可能是在临床诊疗过程中过多地使用激素类药物。激素可导致股骨头坏死的观点早在20世纪50年代就已确立，在非创伤性股骨头坏死中，因过多使用激素性药物导致股骨头坏死的发病率占首位，但发病机制目前尚不明确。有学者［2］分析，其可能和脂肪代谢紊乱、凝血、骨内高压、免疫系统紊乱、细胞凋亡等客观因素存在一定关联。随着分子生物学的不断发展，就激素性股骨头坏死而言，国内外学者也纷纷将注意力转移到对细胞凋亡理论的研究，并认为骨细胞、成骨细胞的凋亡在激素性股骨头缺血坏死中扮演着重要角色。虽然提出细胞凋亡定义的时间较短，但已有相关的研究［3］显示，细胞凋亡紊乱会带来很多不同类型的疾病，因此，人们开始致力于研究激素性股骨头坏死过程当中细胞凋亡的意义，并试图探究该病的主要发病机制以及临床治疗方式。
1 细胞凋亡的概念以及检测方式
1.1概念
所谓细胞凋亡，也被称为是程序性的细胞死亡，是在当前学术领域认知中细胞三种消亡方式 （坏死、凋亡、裂亡）中的其中一种［4］，和细胞坏死不同。经过大量基础性文献的调查，就生物体而言，其细胞能够借助坏死、凋亡的形式死亡，不过在功能以及机制、特征等方面存在一定的本质差异，细胞凋亡属于主动性死亡，往往是细胞由于机体受到刺激之后发生的生化反应或者生物形态上的变化，进而造成程序性的细胞死亡［5］。
细胞凋亡是维持机体平衡、稳定的必要条件，细胞凋亡异常多或者异常少都会导致这种平衡性和稳定性遭到破坏，继而带来疾病［6］。
1.2检测方式
①苏木精-伊红光镜染色检测、电子显微镜等检查；②使用荧光对膜蛋白Ⅴ进行标记检测；③针对DNA的降解片段进行分析；④采用流式细胞仪（FCM）检测活体以及固定凋亡细胞；⑤免疫组织化学检测；⑥TUNEL检测［7］。
2 针对激素性股骨头坏死的症状展开组织形态学分析
人体骨细胞是一种比较特别的细胞，其生命周期与其他细胞相比较长，但这并不代表其不会死亡［8］。发育成熟的骨细胞往往藏于骨基质当中的陷窝内，主要特征为胞质突起，从骨小管中延伸到基质中，把相邻骨细胞进行有机的联合，同时借助贴近骨骼表面的骨细胞胞质突起、骨小管使骨细胞和骨表面的细胞形成相互联系［9］。除此之外，骨细胞借助间隙间的连接、相互形成的细胞内运输系统可以实现细胞间力学信号感知以及分析信息传递、骨修复重建等机体功能。
过多地使用激素会加快骨细胞的凋亡速度。由于人体自身骨细胞再生的速度没有凋亡速度快，导致骨细胞数量失去平衡，进而对人体自身的网络机械感觉功能造成严重的干扰作用，使其逐渐丧失敏感性、传递性以及细胞修复重建功能。随着细胞功能的丧失，当人体在负重情况下，骨细胞不能及时地将力学信号传递以及进行骨细胞修复重建，就会发生轻微的骨折症状，导致机体功能紊乱，进而形成骨坏死以及骨髓水肿，最终导致股骨头塌陷。
3 在激素性股骨头坏死患病期间发生细胞凋亡的主要机制
在正常的人体骨组织中，大量的成骨细胞以及埋藏在骨骼陷窝中的骨细胞借助细胞凸起和缝隙实现了广泛细胞通讯网的连接，借助骨组织微小损伤以及机械应力实现修复，主要包括代偿性骨细胞的增加或减少。人体破骨细胞通过吸收老化及受损的细胞，给新生骨细胞的出现创造一定的生长空间。过多地使用激素可能会对人体骨组织中的成骨细胞、破骨细胞的寿命造成严重影响。由于骨组织中的细胞不断凋亡，形成累积作用，而破骨细胞吸收老化细胞、受损细胞能力降低并逐渐凋亡，同时新生细胞因没有足够的生长空间再生能力降低，久而久之，破骨细胞吸收能力和新生细胞再生能力逐渐失去平衡，导致细胞代谢紊乱进而造成细胞间通讯网联系中断，修复能力紊乱并逐渐丧失功能，最终造成股骨头坏死以及塌陷等［10］。
从整体来看，人体骨细胞以及成骨细胞的凋亡对激素性股骨头坏死疾病有非常重要的影响。细胞凋亡往往受细胞的内源性基因、信号等传导方式来调控，是一种激活的过程，与此同时，还会带来继发性的组织损伤。对股骨头坏死患者而言，在激素使用剂量降低后、甚至停用之后，依然可能会发生进行性的股骨头坏死，这就是细胞激活过程中的后续行为。
4 激素性股骨头坏死患病期间的凋亡基因类型
4.1 Fas以及FasLFas蛋白
Fas以及FasLFas蛋白都是肿瘤坏死因子以及神经成长因子受体超家族中的成员，属于Ⅰ型跨膜蛋白因子，在很多细胞膜中均有体现。作为细胞膜表面的受体蛋白因子，其含有导致细胞凋亡信号传输相关联的一部分区域，被称为“死亡结构区域”。配体Fas，即FasL属于Ⅱ型膜蛋白，是肿瘤坏死家族的成员之一，表现为活化T细胞细胞膜上的FasLFas蛋白，FasL持续性的表达也正是造成免疫豁免的最主要原因之一。Fas以及FasL形成结合关系之后就能够形成可以传导凋亡信息的一种活性形式三聚体，避免发生凋亡［11］。
4.2 Bcl-2家族
在Bcl-2家族当中，Bcl-2以及Bcl-XL能够控制细胞凋亡，另外Bax、Bad及Bak可能会加速细胞凋亡。Bcl-2家族中包括20种不同的凋亡蛋白前体以及抗凋亡的蛋白，它们之间的比例能够改变细胞线粒体的细胞膜通透度，进而决定整个细胞对于死亡信息的敏感性。Bcl-2蛋白能够定位在线粒体的膜内部，是一种抑制细胞凋亡信息传导的基因，通过阻断细胞传输死亡信号的共同通道，继而起到控制细胞凋亡的作用，使细胞存活，因此其是非常重要的一种细胞存活的必要基因。大剂量地使用激素类药物抑制了Bcl-2蛋白基因的表达效果，使得细胞死亡信号传输不再受到抑制，进而导致骨细胞凋亡速度加快［12］。有学者对Bcl-2蛋白基因进行研究后发现，Bcl-2蛋白可以很好地切断人体内源性核酸内切酶所具备的DNA活性，继而起到阻断细胞凋亡的作用。
4.3 p53基因
p53是医学界公认的和细胞凋亡有关的蛋白质因子，是细胞质周期1期阶段DNA的损伤点，能够有效隔断细胞的再增值，具有抑制细胞凋亡的功能。另外，p53基因通过对C-myc、ICE以及Fas抗原、Bax基因等的上调，提升细胞当中的Ca2+浓度，抑制Bcl-2基因的活性表达，进而造成细胞凋亡［13］。我国学者经研究发现，因酒精引发的股骨头坏死，其p53蛋白值明显上升，同时Bcl-2明显下降，这也正是造成骨细胞凋亡速度加快的主要原因。日本学者［14］经过研究发现，在成骨细胞的培养系中，p53基因的表达可以抑制细胞的生长，诱导大量的成骨细胞迅速凋亡。
4.4一氧化氮（NO）
NO是一种良好的自由基，同时还是一种拥有高度生理机能的分子，能够与水相互溶解，同时还能和脂相互溶解，拥有非常强烈的化学作用，可以参与到很多生命过程当中［15］。据相关文献［16］报道，NO能够诱导大量的细胞凋亡，其可能性环节主要包括：①NO能够起到直接性的损伤效果，可以直接对细胞脱氧核糖核酸造成严重损伤，继而令细胞迅速凋亡；②NO通过化学反应和氧气相互结合，形成ONOO-，其能够直接或间接地分解成很多拥有强烈毒性的小型分子物质，进而诱使细胞迅速凋亡；③NO直接作用在细胞凋亡信息通路当中，借助非GMP依赖等方式作用细胞凋亡基因，在短时间内启动凋亡程序，通过作用于p53基因以及肿瘤坏死因子，加速诱导基因凋亡。
4.5 Caspase
Caspase家族扮演着执行细胞凋亡的重要角色。我国有学者曾对正在使用地塞米松患者的骨细胞进行检验，借助MTT绘制出的生存曲线图和流失细胞仪对细胞内部的DNA含量进行分析检测，结果显示，在地塞米松使用浓度以及使用时间均满足的情况下，地塞米松可以诱使成骨细胞产生凋亡效应，Caspase-3活性明显增强，同时细胞凋亡也明显提升，提示地塞米松能够激活并增强Caspase-3活性酶活性，随着Caspase-3活性酶活性增强，细胞凋亡速度加快。该结果和糖皮质激素对细胞起到诱导凋亡作用当中的Caspase-9有一定差异，糖皮质激素能够借助调节Caspase家族当中不同成员的方式来对各种类型的细胞展开调节［17］。
4.6其他
外界的应力刺激也可能会对骨细胞的凋亡产生一定影响［18］。有研究［19］显示，机械刺激的改变可能对人体骨细胞的凋亡具有一定影响。另外，机械刺激还可以激活ERK，降低人体骨细胞的凋亡数量。但是，人体股骨头坏死的机械刺激需要将楔形压缩应力作为主要的应力，这能够对骨细胞的凋亡起到一定的促进作用。有学者［20］认为，在临床中，激素性股骨头坏死是一种缺血性的坏死，在血氧不足的情况下，p38因子能够使p38MAPK迅速激活，进而加快成骨细胞的凋亡速度。另外，低氧环境能够提升糖皮质激素的敏感性，一旦其代谢产物及其自身大量地被激活，就会对人体骨细胞产生非常强烈的毒性效果，进而导致细胞的大量凋亡［21］。除此之外，糖皮质激素的不合理使用，使血管中生长因子蛋白的表达性降低，进而导致激素性股骨头坏死过程当中骨骼自我修复受到一定的阻碍。究其原因，可能是激素导致骨细胞氧感应薄弱，无法形成对应的应激处理机制，不能形成修复反应等，进而造成成骨细胞的大量凋亡［22-25］。
5 结语
在临床诊疗过程中，细胞凋亡是医学领域的研究热点以及研究难点，虽然激素性股骨头坏死的发病机理目前还比较分散，但在这一过程当中，导致股骨头坏死与过多地使用激素以及使用激素后细胞凋亡之间存在着紧密的联系，这是毋庸置疑的。大量的研究［26-27］显示，细胞凋亡在激素性股骨头坏死中起着重要作用，因此还需要深入地对其进行研究，寻找各个因素之间存在的联系以及服用激素后导致股骨头坏死的发病机制，进而有针对性地降低激素性股骨头坏死的发病率。
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Research progress of apoptosis in the pathogenesis of glucocorticoid-induced necrosis of the femoral head
CHEN Bao-lang
Physiology Teaching and Research Section，Heze Medical College，Heze 274000，China ［Abstract］In the process of clinical diagnosis and treatment in the department of orthopedics，the necrosis of the femoral head is a difficult task，due to excessive use of glucocorticoid in the clinical diagnosis and treatment process，the incidence rate of glucocorticoid-induced necrosis of the femoral head is gradually improving.At present，the pathogenesis of the glucocorticoid-induced necrosis of the femoral head is not completely clear，there is a certain controversy.The treatment of glucocorticoid-induced necrosis of the femoral head is still in the exploratory stage，and it is not able to expand effective therapeutic intervention from the view of etiology.Apoptosis have been found in the necrotic femoral head，which has turned the attention of people to the field of apoptosis.The relationship between apoptosis and the pathogenesis of glucocorticoid-induced necrosis of the femoral head is reviewed in this paper.
［Key words］Glucocorticoid-induced necrosis of the femoral head；Pathogenesis；Cell apoptosis；Research progress
［中图分类号］R681.8［文献标识码］A
［文章编号］1674-4721（2016）07（a）-0012-04
［基金项目］山东省教育厅科研发展计划项目（J05L55）
（收稿日期：2016-04-06本文编辑：祁海文） |