糖皮质激素治疗引起股骨头病变相关机制研究进展

马斌祥，屈 红，林德民

（1.甘肃省中医院，甘肃 兰州 730050;2.甘肃中医药大学，甘肃 兰州 730000）

糖皮质激素(Glucocorticoids，GCs)因其在严重感染治疗、免疫及血液系统疾病等方面的显著疗效在临床中被广泛应用，由于在结缔组织疾病、器官移植术后、哮喘、肾病等长期及大剂量的激素治疗中，不可避免的出现较多并发症及激素引起的副作用方面越来越受到人们关注，所以关于应用糖皮质激素在治疗的同时，遗留的远期破坏人体骨组织的相关作用机制亦不断受到研究者的重视。有研究指出，GCs 长期大剂量使用会引起股骨头损伤，但GCs引起骨骼病变属于多机制、多信号参与的复杂过程，具体机制仍在研究之中。

1 糖皮质激素概述

GCs 主要来源于应激外伤刺激后，下丘脑-垂体-肾上腺(Hypothalamic Pituitary Adrenal，HPA)轴控制分泌的一种经典固醇类结构激素，GCs 构成含有21 个碳原子，在功能上能够对HPA 轴有负反馈调节作用[1]。在维持健康及疾病控制、治疗方面具有十分重要的作用。自20 世纪Sulzberger 等将其应用于部分难以治愈的皮肤疾病并取得显著疗效以后，现广泛应用于临床如免疫系统疾病、感染、血液病等疾病治疗中。

GCs 从细胞膜进入，通过自身受体-糖皮质激素受体所介导，结合胞质内受体发挥药理与生理等方面作用[2]。药理剂量GCs 使用有免疫抑制、抗休克、抗过敏、抗炎、对血液系统及骨骼系统的作用等[3]。目前研究者一致认为，GCs 发挥抗炎方面及免疫抑制方面作用主要是通过抑制促炎性细胞因子的释放，并刺激抗炎细胞因子的产生而进行调节的[4]。此外，也有证据表明，GCs 具有诱导T 细胞和B 淋巴细胞凋亡及在线粒体途径中介导活性氧(ROS)生产等多重作用。但作为一种对机体各个脏器均有广泛影响的活性物质，大剂量、长期用药，不可避免的会对身体产生较多的副作用及并发症。

2 股骨头坏死与糖皮质激素治疗相关研究

激素性股骨头坏死（Steroid-Induced Avascular necrosis of the Femoral Head，SANFH）最早是由Pietrogramde 和Mastomarine 提出。随着对SANFH 研究深入，提出了血管内凝血、骨质疏松脂肪代谢紊乱的假说[5]。也有部分学者提出骨坏死的“瀑布式”细胞凋亡这一假说。但由于GCs 引起SANFH 是一个多机制、多信号参与的复杂过程，目前SANFH 的具体机制仍在研究中，有文献指出，GCs 长时间、大剂量使用是最常见的导致非创伤性股骨头坏死（Osteonecrosis of the Femoral Head,ONFH) 的原因之一[6-7]。

2.1 细胞脂肪化

通过实验发现，糖皮质激素诱发并形成骨坏死的患者和在实验过程提取的动物骨干髓腔内均发现有脂肪细胞肥大的变化和不正常的脂肪细胞代谢[8]。研究发现，激素大剂量的应用可引起骨髓基质细胞再分化水平失衡，增加脂肪细胞分化,大量分化引起脂肪细胞体积增大，髓腔骨内压（Intraosseous Pressure）增高，导致股骨头发生坏死[9-10]。GCs 也可以通过β-catenin 途径来激活过氧化物酶体增殖物激活型受体（Peroxisome Proliferator-Activated Receptor，PPARγ）促进骨髓间充质干细胞(Bone Mesenchymal Stem Cells，BMSCs）脂肪化[11]。而大量脂肪化BMSCs 会增加脂肪栓塞形成，阻塞股骨头区域血液循环，致股骨头损伤；研究发现，丹酚酸B、MDR1基因编码的P-glycoprotein 能够通过PPARγ 表达的抑制，减少BMSCs 的脂肪化而阻止ONFH 的发生[12-13]。

2.2 信号通路

GCs 引起骨量流失的主要途径之一是通过对信号通路调控蛋白产生影响，抑制或促进其合成及释放。Hofbauer 研究结果表明：hRANKL 敲除的小鼠能通过对核因子-κB 受体活化因子配体（RANKL）系统抑制来防止激素性骨密度及强度下降[14]。动物实验发现，激活的Erk 通路，通过阻止Smad2/3 复合体进入细胞核，抑制Smad 调控的相关基因表达，导致骨坏死发生[15]。有相关研究提出，GCs 作用时，GCs可以造成Wnt 信号通路下游基因表达减低，增强相关细胞凋亡的进程[16-17]。也可以增强Wnt 信号通路拮抗剂sFRP1，Dickkopf-1 等的表达，引起骨量丢失[17-18]。有学者研究发现，在缺氧的内部或外部环境中，GCs 及其GCs 受体结合后能够使细胞内部p85的表达正向增加，从而抑制PI3 k/ Akt 通路，致使成骨细胞(Osteoblast，OB)凋亡，最终造成骨量的流失引起p50 及p56 转移至细胞核，造成核因子KB 暂时性活化[19-20]。miR-216a 可以通过PI3K/AKT 这一通路增强成骨及OB 增殖，缓解DEX 对成骨方面抑制[21]。有相关研究指出，骨相关细胞内AKT 通路会被DEX 所抑制，对细胞凋亡和增殖加以调控[22]。Jia 等实验发现，GCs 可以通过激活降钙素受体Mrnad、加速骨胶原纤维溶解引起骨质的破坏[23]。

2.3 成骨细胞与破骨细胞

文献报道，GCs 通过促进 破骨细胞(osteoclast，OC)生成抑制骨保护蛋白（osteoprogerin，OPG）产生，并刺激成骨细胞谱系产生OPG 受体，与RANKL 竞争OPG，促进骨吸收［24-25］。实验发现，外源性GCs能够促进OB 及骨细胞的凋亡，同时上调RANKL因子，对破骨细胞(OC)激活并募集，抑制骨形成并促进骨吸收[26]。也有学者提出，细胞ROS 会被外源性GCs 刺激增加并引起相关区域的骨细胞凋亡[27]。Aeberli 等[28]研究发现，GCs 可以通过拮抗BMP-2 促进OB 分化成熟，诱导软骨和新生骨形成。在骨代谢与GCs 浓度的相关研究中发现，当GCs 使用剂量超过生理浓度时，OB 的分化将会被抑制，OB 凋亡被促进的同时诱导OC 生成，"骨平衡"将向着吸收方向偏移[29]。有大量文献报道指出，GCs 对骨骼的副作用主要是通过直接影响OB 和OC 实现的，其中最重要的影响是：促进OB 凋亡并延长OC 的寿命[30-33]。Kim等[34]试验发现，作用于OC 表面的GCs 受体，可以使OC 活性增强，骨平衡向破坏方向偏移，引起骨质破坏或者骨坏死。GCs 对间充质干细胞（Mesenchymal stem cells，MSCs）的成骨细胞分化标志基因collagen1的mRNA、ALP 与蛋白水平表达，均存在明显的抑制，同时MSCs 的凋亡增加，细胞OB 分化将会被明显的抑制[35]。

2.4 内皮细胞

血管系统为骨组织提供营养物质、激素和细胞因子并清除代谢产物，同时为骨组织信息传递提供网络通路[36]。研究指出，糖皮质激素联合肝素，可与其存在的肝素酶发生相关作用，造成毛细血管基膜新陈代谢产生特异性改变，退化毛细血管作用，从而抑制血管生成产生致病机理[37]。有研究提出“骨组织内，骨形成和特殊血管的生长之间存有偶联关系”[38]，在接下来的研究中发现，这种血管的内皮细胞能够分泌蛋白Noggin，维持成骨细胞和软骨细胞，并促进骨形成[39]。申前进等通过体外实验发现，GCs 能够直接对内皮细胞分化形成血管产生抑制[40]。GCs 可通过免疫抑制作用以及抗炎相关机制引起TGF-β/ Smad 表达信号减低，造成OB 分化减少，骨量减少甚至丢失，进而抑制股骨头周围滋养血管内皮细胞增殖，导致血管成熟障碍，抑制了骨组织的血供，最终可能导致ONFH[41]。

3 小结

综合上述研究，GCs 引起骨骼病变的机制可能主要通过四种途径：（1）GCs 促使间充质干细胞或BMSCs 脂肪化，终止OB 分化，并诱导OB 凋亡；（2）GCs 促进RANKL 增加及OPG 表达减少，并促进OC数量增加，使“骨平衡”向骨吸收方向移动；（3）GCs影响抑制生长激素－胰岛素样生长因子轴，骨形成及骨量相应减少；（4）GCs 直接抑制内皮细胞形成骨血管，引起骨量减少或骨损伤。

GCs 作为临床使用中抗感染、抗炎、抗休克及免疫应答调节中重要的治疗药物。由于该类药物随着用药时间、使用剂量的增加，极易引起不良反应，在治疗中耐受性、依从性影响较大[42]。同时，Van staa提出的GCs 使用没有“安全剂量”也已经被越来越多的循证医学证据证实。GCs 所引起的骨量下降与GCs 的摄入量有关，大剂量、间断的使用也会对骨量产生影响，同时，GCs 小剂量每日服用后，骨折也极易发生[43]。因此，在予以患者临床使用GCs 类相关药物治疗时，须遵守适应证及禁忌证，在促进治疗效果增强的同时，减少副作用及相应并发症的发生。治疗中，越大剂量激素应用，就会产生越严重的骨骼系统方面的损伤。治疗方案中使用GCs 将意味着需要更多关注激素导致的骨骼损伤或其他并发症。抑制相关途径，是减少相关骨骼病变的关键。在GCs 不良反应防治研究中已有显著成果的当前，合理用药及和更深入的相关机制研究仍是以后研究的重要方向。