激素性股骨头坏死中骨细胞凋亡的研究进展＊

周正丽综述，张 潜审校

（1.遵义医学院人体解剖学教研室，贵州遵义563003；2.泸州医学院人体解剖学教研室，四川泸州646000）

激素性股骨头坏死中骨细胞凋亡的研究进展＊

周正丽1，2综述，张 潜1审校

（1.遵义医学院人体解剖学教研室，贵州遵义563003；2.泸州医学院人体解剖学教研室，四川泸州646000）

股骨头坏死；激素类；细胞凋亡

股骨头坏死是骨关节外科的常见疾病，疾病的最终发展可导致患者髋关节假体置换的无奈选择。目前，中国股骨头坏死患者有500～750万，每年新增病例约7.5～15万，激素是股骨头坏死发病的首要原因［1］。但至今激素性股骨头坏死（steroid－induced avascular necrosis of the femoral head，SANFH）的发病机制尚未明确，可能与脂肪代谢紊乱、血管内凝血、骨内高压、骨质疏松、免疫因素及细胞凋亡等因素有关［2］。尽管细胞凋亡的概念提出时间不长，但已有研究证实细胞凋亡机制紊乱会导致多种疾病的发生，因此人们尝试研究SANFH中细胞凋亡的作用，以探求SANFH的发病机制及治疗的最佳途径［3］。本文就SANFH疾病中骨细胞凋亡的研究进展作一综述。

1 SANFH细胞凋亡的形态学特征和检测方法

根据传统意义的理解，人们一直认为SANFH中骨组织的死亡是以骨坏死的形式进行的。其坏死的形态特征主要表现为骨细胞核固缩、骨细胞在陷窝内消失、空骨陷窝的增多，空骨陷窝计数常常作为SANFH病程进行性发展的判定指标［4］，尽管在SANFH骨组织标本中存有明显的如骨细胞消失及骨陷窝空虚等坏死现象，但始终缺乏与坏死直接相关的特征性证据，如细胞肿胀及炎性反应等。1998年，Weinstein等［5］发现过量激素的应用能够影响骨髓中成骨细胞和破骨细胞形成机制，同时激素可诱导成熟的成骨细胞和骨细胞发生凋亡。因此，细胞凋亡与SANFH的关系逐渐进入人们的视线。细胞凋亡的形态学特征在SANFH中主要表现为骨细胞细胞核断裂成片段、细胞质浓缩、细胞表面微绒毛和细胞间连接逐步消失、凋亡小体的形成，通常以凋亡指数来描述细胞凋亡与SANFH疾病发展的递进关系［6］。

细胞凋亡的检测方法众多，包括形态学检测法、生化特征检测法、流式细胞仪检测法等。在众多检测方法中，原位末端标志法因其简便、快捷、灵敏度和特异性较高，成为常备的SANFH细胞凋亡检测方法之一。Calder等［7］应用免疫组化方法、电泳法和脱氧核糖核苷酸末端转移酶介导的原位缺口末端标志法（TUNEL法）研究人股骨头坏死的发病情况，证实SANFH骨组织标本中存有明显的骨细胞凋亡。熊明月等［8］联合应用透射电镜和TUNEL法在早期兔SANFH骨组织标本中观察到着色明显的凋亡骨细胞。

2 SANFH中细胞凋亡的作用

大多数学者已认可细胞凋亡与SANFH的发生、发展关系密切。但是，SANFH骨死亡的本质是否为骨细胞凋亡，骨坏死与骨细胞凋亡是同时存在亦或先后发生，学术界呈现出不同的见解。程少华等［6］应用大剂量激素制备早期兔股骨头坏死动物模型，经HE染色法和TUNEL法在光镜和电镜下观察到细胞凋亡和骨坏死的同时发生。Calder等［7］对SANFH的患者进行研究，认为激素及其代谢产物的细胞毒性作用导致细胞凋亡的发生，SANFH并非单纯的骨坏死。而Kerachian等［9］对早期大鼠SANFH骨组织标本进行实验研究，认为细胞凋亡是早期SANFH的首要变化，骨坏死的发生未明显显现。杨俊兴等［10］对激素、乙醇、外伤所致股骨头坏死标本进行TUNEL法检测发现，仅激素引起股骨头坏死标本中出现大量骨细胞凋亡，故认为SANFH的实质是细胞凋亡。Youm等［11］的研究结果也支持杨俊兴等［10］的观点，即“骨死亡”是以细胞凋亡的形式发生。众多文献表明，激素似乎成为细胞凋亡的诱导剂，刺激着细胞凋亡的发生，并且伴随SANFH病情的进展，细胞凋亡率也持续性上升。李挺松等［12］运用单纯激素诱导兔股骨头坏死动物模型，制模第6周发现有众多凋亡小体形成，随时间的推移观察到凋亡指数明显上升。石磊等［13］调查研究SANFH患者的骨组织标本，也发现随股骨头坏死临床分期的推进细胞凋亡率进行性上升，他们认为骨坏死的出现是细胞凋亡持续性发展的结果。

众所周知，骨组织中包含有成骨细胞、骨细胞、破骨细胞和骨髓细胞。大多数SANFH文献报道，发生凋亡的主要是骨细胞和成骨细胞，破骨细胞极少见细胞凋亡的发生。O′Brien等［14］在鼠的基因中插入能使激素失活的基因来研究激素对骨细胞凋亡的潜在作用，结果发现激素能够直接作用于成骨细胞和骨细胞，并刺激其凋亡，但是破骨细胞未受影响。Calder等［7］在SANFH患者中也发现有广泛的骨细胞、成骨细胞和骨髓细胞凋亡的发生，但未提及破骨细胞的凋亡情况。Eberhardt等［15］在大剂量激素诱导兔股骨头坏死的标本中运用TUNEL法同样检测到骨细胞和成骨细胞凋亡的病变特点。Kerachian等［2］指出激素可以抑制骨细胞和破骨细胞前体的产生，增加骨细胞和成骨细胞的凋亡，延长破骨细胞的生命，从而导致骨组织生成量减少，造成骨量丢失。

3 SANFH中细胞凋亡的信号转导通路研究进展

目前，与SANFH细胞凋亡相关的信号转导通路调控主要有两条，即死亡受体通路和线粒体通路。各种凋亡信号通过信号转导通路传达到细胞内，激活靶分子产生细胞效应，从而引发凋亡的产生。从分子生物学角度阐明细胞凋亡信号转导通路调控的机制，将有助于揭开SANFH细胞凋亡的原因。

在死亡受体通路中Fas是最典型的死亡受体之一［16］。Kogianni等［17］经地塞米松诱导 MLO－Y4骨细胞凋亡途径发现，骨细胞凋亡与Fas有关，并且依赖于Caspase－8蛋白，但Fas的上调并不伴随Fasl增量调节，即二者并不发生结合，故分析其凋亡途径可能类似于肿瘤细胞研究中抗癌剂的使用，Fas不依赖Fasl的存在而直接加速Fas受体三聚化，激活与Fas相关死亡域结合蛋白和Caspase－8通道途径，从而诱导凋亡的发生。Bcl－2家族成员因其主要效应部位在线粒体，在线粒体通路中重要的细胞凋亡调控作用也越来越受到人们的重视［18］。李洪涛等［19］在兔SANFH 中检测到模型组 Bcl－2的低表达，并发现随病程的推进Bcl－2表达持续性降低，但具体的调控途径并未描述。暴淑英等［20］研究发现，Bcl－2表达较正常组明显减少，而Caspase－3的表达较正常组明显增多，至于Bcl－2减少与Caspase－3的增多之间的相关性，文章并未过多阐明。有研究证实，Bcl－2家族蛋白具有成孔性质，推测它们可直接调节线粒体膜对关键性分子细胞色素C的通透性触发Caspases级联反应，从而诱发细胞凋亡［21］。以上两条细胞凋亡信号转导通路的上游事件虽然不同，但最终都伴有Caspase的激活。Chua等［22］研究发现，激素可以活化成骨细胞 Caspase－1、－3、－6、－8、－9、－11、－12活性，并且检测到有 PARP（poly ADP－ribose polymerase）、Lamin A和Bcl－xL的提高，同时细胞色素C也可以检测到，但具体的机制并未阐明。Caspase－3是迄今为止研究比较透彻的一个，是主要的效应分子，一旦被激活，即发生下游的级联反应，使凋亡产生［23］。胡峰等［24］研究发现，在SANFH疾病发展过程中，Caspase－3活性显著升高，并随病程的进展呈上升趋势，初步证明了Caspase－3介导的细胞凋亡参与了SANFH发病过程。

SANFH中细胞凋亡信号转导通路是多因素、多水平的复杂调控过程，尽管具体的机制尚未完全明确，学者们却发现氧含量变化与SANFH中细胞凋亡信号转导通路的调控密切相关。Tsuji等［25］研究发现，在低氧状态下p53上调，细胞凋亡更容易发生，还证明在低氧并伴有高剂量激素状态下诱导细胞凋亡的p53基因和Bcl－2基因表达均下调，故认为在低氧状态下高剂量激素更易引起细胞凋亡。Zhu等［26］研究发现，死亡受体通路和线粒体通路都与其细胞凋亡机制有关，但死亡受体通路仅有较小的变化，因为Fas／Fasl仅表现为轻微的增高，而Bcl－2蛋白水平明显下调，Bax蛋白水平明显增高，这说明线粒体通路在低氧和激素双重条件下对细胞凋亡的发挥着主要作用，推测其机制可能与细胞色素C的释放及形成 Apaf－1／Caspase－9复合体，从而启动Caspase级联反应有关。

4 小 结

综上所述，细胞凋亡对SANFH疾病的发生、发展中发挥重要的作用。虽然细胞凋亡的分子生物学机制尚未完全阐明，但已有学者针对目前发现的分子信号转导通路进行药物治疗取得一定疗效，这为SANFH疾病的药物治疗提供了一个新思路。

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遵义医学院研究生教育创新课题（99－024）。

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