中药预防髋关节假体无菌性松动的生物学研究进展

张云鹏，孙　闯，逯代锋，何立民，董　锋(综述)，廉永云※(审校)

(1.哈尔滨医科大学附属第四医院骨五科，哈尔滨 150001; 2.包头市第四医院骨二科，内蒙古 包头 014030)



中药预防髋关节假体无菌性松动的生物学研究进展

张云鹏1△，孙闯1，逯代锋1，何立民2，董锋1(综述)，廉永云1※(审校)

(1.哈尔滨医科大学附属第四医院骨五科，哈尔滨 150001; 2.包头市第四医院骨二科，内蒙古 包头 014030)

摘要：人工髋关节置换术应用于关节功能可重建和改善患者的生活质量，但产生的并发症严重影响手术后的功能恢复，假体的无菌性松动是人工髋关节术后失败的主要原因之一。核因子κB受体活化因子(RANK)-PANK配体(RANKL)-骨保护素(OPG)系统，白细胞介素1、肿瘤坏死因子等炎性因子，破骨细胞与成骨细胞等都是影响人工髋关节置换术后假体无菌性松动的重要生物学因素。中药对RANK-RANKL-OPG系统、炎性因子、破骨细胞与成骨细胞增殖具有一定的影响，但目前对中药中提取物的研究不够深入，需要进一步通过分子生物学研究来验证。

关键词：中药；髋关节假体；无菌性松动；核因子κB受体活化因子-核因子κB受体活化因子配体-骨保护素系统；破骨细胞

髋关节置换术是当前治疗陈旧性股骨颈骨折、股骨头缺血性坏死、退行性骨关节炎、类风湿关节炎、髋关节强直和先天性髋关节脱位等最常用的手术方法。每年有大量接受手术的患者，许多患者从髋关节重建中受益，包括避免或降低了残疾率的发生，提高了生活质量。但术后并发症的出现也成为广大外科医师关注的问题，在髋关节置换术的早期阶段，最重要的并发症是感染，但随着术前术后无菌观念的加强，髋关节假体无菌性松动成为髋关节置换术后最常见的并发症。而引起假体远期无菌性松动的原因是多方面的，其中生物性因素主要是指存在于关节内和关节周围的磨损碎屑诱导的细胞活化反应、细胞因子释放及其酶类激活等生物反应导致假体周围骨溶解及无菌性松动[1]。现对中药预防髋关节假体无菌性松动的生物学研究进展进行综述。

1关节假体松动生物学机制

1.1细胞生物学机制磨损颗粒引发的假体周围骨溶解有细胞参与，其中可能存在一个复杂的网络状发病机制。虽然这一发病机制有多种不同类型的单一细胞参与，但是各类细胞之间的相互作用，最终决定了磨损颗粒的细胞微生物效应。

1.1.1破骨细胞破骨细胞行使骨吸收功能，与成骨细胞在功能上相对应。两者协同，在骨骼的发育和形成过程中发挥重要作用。高表达的抗酒石酸酸性磷酸酶和组织蛋白酶K是破骨细胞主要标志。前体破骨细胞经分化成为具有骨吸收能力的破骨细胞。前体破骨细胞经趋化因子作用向假体周围聚集，而趋化因子可能由磨损颗粒经过成纤维细胞和巨噬细胞共同作用激活表达。钛颗粒可直接抑制前体破骨细胞中γ干扰素传导途径以及白细胞介素(interleukin,IL)6的信号转导，进而抑制前体破骨细胞的分化。核因子κB受体活化因子(receptor activator of nuclear factor kappa B，RANK)配体(RANK ligand，RANKL)-骨保护素(osteoprotegerin,OPG)的比值通过磨损颗粒介导的IL-1、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α,TNF-α)的调整从而介导前体破骨细胞向破骨细胞的分化[2]。

1.1.2成骨细胞成骨细胞是骨形成的主要功能细胞，负责骨基质的合成、分泌和矿化。骨不断地进行着重建，骨重建过程包括破骨细胞黏附在旧骨区域，分泌酸性物质溶解矿物质，分泌蛋白酶消化骨基质，形成骨吸收陷窝；其后，成骨细胞移行至被吸收部位，分泌骨基质，骨基质矿化而形成新骨。破骨与成骨过程的平衡是维持正常骨量的关键。Purdue等[3]研究发现，金属或聚乙烯颗粒能抑制成骨细胞中Ⅰ型胶原和Ⅲ型胶原的产生；聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥颗粒能使成骨细胞的增殖降低；成骨细胞活性的降低与钛颗粒介导的细胞凋亡有关。

1.2分子生物学机制

1.2.1RANK-RANKL-OPG系统成骨细胞表达的RANKL与前体破骨细胞表达的RANK结合后，促进前体破骨细胞向破骨细胞分化。RANKL的假性受体OPG，通过与RANKL结合后抑制破骨细胞的活化与聚集。骨的吸收与形成平衡的建立受RANK-RANKL-OPG系统调节破骨细胞和成骨细胞的活性[4]。

1.2.2IL-1IL-1在传递信息，激活与调节免疫细胞，介导T、B细胞活化、增殖与分化及在炎症反应中起重要作用。IL-1是在假体松动过程发挥重要作用的骨吸收因子。Lomaga等[5]研究证实，前体破骨细胞通过预激活表达c-Fos后，IL-1可直接影响破骨细胞形成。前体破骨细胞在骨基质蛋白影响下与骨面接触后分泌产生IL-1，从而介导自身向破骨细胞分化引起骨吸收。IL-1可促进成骨细胞产生RANKL，间接影响破骨细胞的形成，但不能直接影响前体破骨细胞的分化，而是细胞内的肿瘤坏死因子受体相关因子6和原癌基因c-Src信号系统受到IL-1的交叉作用调节破骨细胞，从而达到调控破骨细胞骨架重组的目的。

2传统中医中药理论

中医理论记载“肾主身之骨髓”(《素问·四时刺逆从论》)，《医精经义》曰“肾藏精，精生髓，髓生骨，故骨者肾之所主也；髓由肾精所生，精足则髓足，髓足者则骨强”。《四圣心源》所说：“髓骨者，肾水之所生也，肾气盛则髓骨坚凝而轻利。”若肾精不足，骨髓化生乏源，骨失所养，则骨骼脆弱无力，在小儿，则见骨软无力，囱门迟闭，发育迟缓；在成人，则见腰膝酸软，肢软无力，或骨质脆弱，易于骨折等症。骨骼的强弱是由肾中精气的盛衰决定的。西医中的神经系统、免疫内分泌系统都包含在中医中的“肾”，故在骨代谢的调控中主要应用补肾类中药。下面列出几种祖国传统中药的治疗效果及作用机制。

2.1三七三七性温，味辛，具有散淤止血、消肿定痛的功效。三七总皂苷是三七的有效成分，具有抗氧化、抗炎、调节血管及类雌激素活性作用[6-8]，能增加骨密度和强度，减轻卵巢切除大鼠的骨质疏松[9]。骨髓基质细胞是骨骼系统中表达分泌OPG、RANKL的主要来源之一[10-11]。三七总皂苷对大鼠骨髓基质细胞OPG/RANKL表达比的影响研究显示，三七总皂苷可剂量依赖性促进骨髓基质细胞的成骨基因的表达及成骨分化[12-13]。

2.2断续断续具有补肝肾、强健筋骨的作用。Wong等[14]研究表明，续断能有效增加骨密度，改善骨形态计量学，达到防治骨质疏松的目的。续断含有丰富的锰、锌等微量元素，而这些微量元素是胶原超氧化歧化酶的重要辅酶，对成骨细胞活动起积极的调节作用[15]。续断总苷可促进成骨细胞的增生[16]，促进成骨细胞碱性磷酸酶分泌，促进成骨细胞增殖与分化[17]。

2.3淫羊藿淫羊藿具有补肾壮阳、强筋健骨、祛风湿的作用。淫羊藿提取物淫羊藿苷可显著提高骨形成蛋白2、核心结合因子1/Runx2及OPG基因的表达，并轻度下调RANKL的表达，起到促进骨形成的作用[18]。将淫羊藿苷注入去势C57BL/6小鼠体内，连续6周可提高胫骨部OPG/RANKL比值，抑制胫骨骨量的流失，提高雌激素依赖的细胞碱性磷酸酶的活性[19]。淫羊藿苷由淫羊藿次苷经过复杂反应分解为淫羊藿素[20]。淫羊藿素具有较强的促进成骨细胞增殖分化及增加钙吸收的能力，能提高OPG/RANKL的比值[21]。淫羊藿通过减少TNF、粒细胞集落刺激因子、IL-1等炎性因子的分泌和使破骨细胞内Ca2+浓度降低，直接或间接影响破骨细胞的增殖[22]。

2.4杜仲杜仲具有补肝肾、强筋骨、健腰膝、降血压等功效。杜仲中的主要成分木质素类、环烯醚萜类、黄酮类，均对骨质疏松症有积极的防治作用。邹宇云等[23]和罗先涛[24]研究证明，杜仲水提液可明显促进大鼠成骨细胞增殖和促进碱性磷酸酶分泌。Zhang等[25]研究表明，杜仲可抑制去卵巢大鼠的骨质疏松症，且可明显减少骨密度的降低。

2.5碎骨补碎骨补具有补肾壮骨、续伤止痛的功效，对肾虚腰痛、跌打闪挫、筋骨折伤和风湿痹痛具有显著疗效。蔡春水等[26]将骨碎补总黄酮灌入新西兰兔胃1 h后, 取外周血, 分离含药物的血清, 同时制备单核细胞, 研究表明骨碎补总黄酮能抑制TNF-α、IL-1等由骨水泥微粒刺激的单核细胞分泌的溶骨性细胞因子。

2.6当归当归具有补血活血，祛风止痛，提高人体免疫力等作用。当归提取物之一阿魏酸能在信使RNA 分子水平降低TNF-α、IL-1β、基质金属蛋白酶1 等炎性因子的表达与转录[27]；而当归的另一提取物Z型川芎内酯通过抑制核因子κB 激活从而降低IL-6、巨噬细胞炎症蛋白2、TNF-α等炎性因子的生成。Chao等[28]研究表明，当归减少破骨细胞形成是通过抑制和降低 TNF-α 和 IL-1β 以及巨噬细胞吞噬磨损颗粒后产生的炎性因子，进而降低骨溶解的发生率。

3结语

随着祖国传统中药在当前临床治疗上的比重增加，并且因广大的医疗工作者对祖国传统中药的药理学和作用机制研究的深入，中药在细胞生物学与分子生物学层面的治疗研究方面得到跨越式发展，使中药在预防髋关节人工假体无菌性松动方面也得到长远的进步，比如中药影响破骨细胞和成骨细胞的形成；对RANK-RANKL-OPG系统的影响中通过促进OPG和抑制RANK-RANKL表达；抑制TNF-α、IL-1等溶骨性细胞因子。中药价廉物美，不良反应小，是中华民族与疾病长期斗争中用药经验的总结，其历史悠久，品种繁多，不仅大量文献可考证，而且疗效确切，在国际上也受到广泛关注。但中药在很多药理和作用机制方面还需要进一步研究与探讨，与此同时中成药材制剂的临床应用还需要进一步验证。

参考文献的重要性

[1]Jazrawi LM,Kummer FJ,DiCesare PE,etal.Alternative bearing surfaces for total joint arthroplasty[J].J Am Acad Orthop Surg,1998,6(4):198-203.

[2]Neale SD,Sabokbar A,Howie DW,etal.Macrophage colony-stimulating factor and interleukin-6 release by periprosthetic cells stimulates osteoclast formation and bone resorption[J].J Orthop Res,1999,17(5):686-694.

[3]Purdue PE,Koulouvaris P,Potter HG,etal.The cellular and molecular biology of periprosthetic osteolysis[J].Clin Orthop Relat Res,2007,454:251-261.

[4]Wada T,Nakashima T,Hiroshi N,etal.RANKL-RANK signaling in osteoclastogenesis and bone disease[J].Trends Mol Med,2006,12(1):17-25.

[5]Lomaga MA,Yeh WC,Sarosi I,etal.TRAF6 deficiency results in osteopetrosis and defective interleukin-1,CD40,and LPS signa-ling[J].Genes Dev,1999,13(8):1015-1024.

[6]Chan RY,Chen WF,Dong A,etal.Estrogen-like activity of ginsenoside Rg1 derived from Panax notoginseng[J].J Clin Endocrinol Metab,2002,87(8):3691-3695.

[7]Xu QF,Fang XL,Chen DF,etal.Pharmacokinetics and bioavailability of ginsenoside Rb1 and Rg1 from Panax notoginseng in rats[J].J Ethnopharmacol,2003,84(2-3):187-192.

[8]Guan YY,Zhou JG,Zhang Z,etal.Ginsenoside-Rd from panax notoginseng blocks Ca2+influx through receptor- andstore-operated Ca2+channels in vascular smooth muscle cells[J].Eur J Pharmacol,2006,548(1-3):129-136.

[9]Shen Y,Li YQ,Li SP,etal.Alleviation of ovariectomy-induced osteoporosis in rats by Panax notoginseng saponins[J].J Nat Med,2010,64(3):336-345.

[10]邓大庆,全智华,刘江华,等.骨保护素与心血管疾病关系研究进展[J].社区医学杂志,2009,7(23):25-26.

[11]王大伟,史宝明,李小峰,等.三七总皂苷干预股骨头缺血性坏死兔成骨细胞护骨素基因的表达[J].中国组织工程研究与临床康复,2011,15(20):3728-3732.

[12]Li XD,Wang JS,Chang B,etal.Panax notoginseng saponins promotes proliferation and osteogenic differentiation of rat bone marrow stromal cells[J].J Ethnopharmacol,2011,134(2):268-274.

[13]Li XD,Liu ZY,Chang B,etal.Panax notoginseng saponins promote osteogenic differentiation of bone marrow stromal cells through the ERK and P38 MAPK signaling pathways[J].Cell Physiol Biochem,2011,28(2):367-376.

[14]Wong RW,Rabie AB,Hägg EU,etal.The effect of crude extract from Radix Dipsaci on bone in mice[J].Phytother Res,2007,21(6):596-598.

[15]徐经采.微量元素和骨骼[J].中医骨伤杂志,1987,3(1):55.

[16]张玉芝,杨中林.续断总皂苷磷脂复合物制备工艺及大鼠在体肠吸收研究[J].中成药,2008,30(7):972-975.

[17]王雨.续断对体外培养成骨细胞增殖与分化作用的实验研究[D].济南：山东中医药大学，2005.

[18]Hsieh TP,Sheu SY,Sun JS,etal.Icariin isolated from Epimedium pubescens regulates osteoblasts anabolism through BMP-2,SMAD4,and Cbfa1 expression[J].Phytomedicine,2010,17(6):414-423.

[19]Mok SK,Chen WF,Lai WP,etal.Icariin protects against bone loss induced by oestrogen deficiency and activates oestrogen receptor-dependent osteoblastic functions in UMR 106 cells[J].Br J Pharmacol,2010,159(4):939-949.

[20]马慧萍,贾正平,陈克明,等.含淫羊藿总黄酮大鼠血清对成骨细胞发育的影响[J].中国中药杂志,2008,33(8):928-931.

[21]Huang J,Yuan L,Wang X,etal.Icaritin and its glycosides enhance osteoblastic,but suppress osteoclastic,differentiation and activity in vitro[J].Life Sci,2007,81(10):832-840.

[22]王婷,张大威,张金超,等.淫羊藿黄酮的分离鉴定及其对前破骨细胞株增殖的影响[J].中草药,2006,37(10):1458-1462.

[23]邹宇云,韩博,王炼,等.杜仲水提液对大鼠成骨细胞增殖的影响[J].中国兽医杂志,2010,46(8):75-76.

[24]罗先涛.张耀临床经验拾贝[J].湖北中医杂志,2000,22(3):4-5.

[25]Zhang R,Liu ZG,Li C,etal.Du-Zhong (Eucommia ulmoides Oliv.) cortex extract prevent OVX-induced osteoporosis in rats[J].Bone,2009,45(3):553-559.

[26]蔡春水，肖平，张毅，等.骨碎补总黄酮对巨噬细胞分泌细胞因子TNF-α、IL-6水平的影响[J].中国矫形外科杂志,2006,14(15):1185-1187.

[27]Chen MP,Yang SH,Chou CH,etal.The chondroprotective effects of ferulic acid on hydrogen peroxide-stimulated chondrocytes: inhibition of hydrogen peroxide-induced pro-inflammatory cytokines and metalloproteinase gene expression at the mRNA level[J].Inflamm Res,2010,59(8):587-595.

[28]Chao WW,Hong YH,Chen ML,etal.Inhibitory effects of Angelica sinensis ethyl acetate extract and major compounds on NF-kappaB trans-activation activity and LPS-induced inflammation[J].J Ethnopharmacol,2010,129(2):244-249.

著录参考文献可以反映论文作者的科学态度和论文具有真实、广泛的科学依据，也反映出该论文的起点和深度；可以把论文作者的成果与前人的成果区别开来；可以起到情报检索与文献计量研究作用；可以节省论文篇幅。

Biological Research Progress of Chinese Medicine to Prevent Hip Prosthesis Aseptic Loosening

ZHANGYun-peng1,SUNChuang1,LUDai-feng1，HELi-ming2，DONGFeng1，LIANYong-yun1.

(1.DepartmentFiveofOrthopedics,theFourthAffiliatedHospitalofHarbinMedicalUniversity,Harbin150001,China; 2.OrthopedicsDepartmentTwo,BaotouFourthHospital,Baotou014030,China)

Abstract：Total hip arthroplasty application in joint function can reconstruct and improve the quality of life of patients,however, serious complications may affect the functional recovery after surgery,and aseptic loosening of the prosthesis is one of the major reasons for hip surgery failure.RANKL/RANK/OPG system,IL-1,TNF inflammatory cytokine production, osteoclasts and osteoblasts are important biological factors for hip replacement surgery aseptic loosening.Chinese medicine has a certain impact on RANK/RANKL/OPG system,inflammatory cytokines,osteoclasts and osteoblast proliferation,but the study of traditional Chinese medicine extracts is not deep enough,and further molecular biological study is needed for verification.

Key words：Traditional Chinese medicine; Hip prosthesis; Aseptic loosening；Receptor activator of nuclear factor κ B-receptor activator of nuclear factor κ B ligand-osteoprotegerin; Osteoclasts

文献编号引用文献必须是亲自阅读过的近期(5年内)文献，文内引用处右上角出现的次序编号必须与文末参考相一致，书写时内容要准确、全面，尤其是外文文献[作者的姓在前(不缩写)，名在后(要缩写)]。避免由于文献的书写错误造成他人检索困难，甚至无法检索，严重影响自身撰文的可信度，削弱文献的学术价值。 1006-2084(2015)07-1184-03

收稿日期：2014-06-14修回日期：2014-10-16编辑：相丹峰

基金项目：黑龙江省教育厅科学技术研究项目(12521257)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.07.013

中图分类号：R681

文献标识码：A