全髋置换假体松动局部组织表现与CXCL16 的表达△

祝朗峰，乔永杰，宋晓阳，李培杰，李嘉欢，韩江博，周胜虎*

（1.宁夏医科大学，宁夏银川 750004；2.中国人民解放军联勤保障部队第九四〇医院关节外科，甘肃兰州 730050；3.西安市长安区医院，陕西西安 710125）

人工关节置换术是外科治疗晚期关节疾病的最终治疗手段，能最大程度地解除关节疼痛并有效恢复关节功能。全球每年都要进行数百万例髋关节置换术［1］，但半数患者面临着术后翻修的风险。假体无菌性松动、假体周围感染、假体周围骨折、假体脱位等均是翻修常见的原因，其中假体无菌性松动是影响人工关节使用寿命和远期疗效的最主要原因［2］，且至今仍未得到有效的解决［3］。大多数研究认为假体无菌性松动的发生、发展是机械和生物学作用共同参与的结果。相关研究发现磨损颗粒可通过刺激巨噬细胞分泌趋化因子［4］，从而引发无菌性炎症以及影响假体周围骨床的骨改建与骨长入，加速假体周围骨溶解及促进假体松动，因此探索趋化因子在无菌性松动中的作用是非常有必要的。在一项针对破骨细胞的细胞实验中，证实了破骨细胞经诱导后分泌CXC 型趋化因子配体16 （C-X-C motif chemokine ligand 16,CXCL16），促进成骨细胞迁移［5］。同时在骨性关节炎的研究中，发现关节面的骨移位与关节液中CXCL16 的表达水平呈正相关关系［6］。因此，本研究试图以趋化因子CXCL16 为切入点，结合当前研究难点无菌性松动，旨在探索探讨人工髋关节置换术后无菌性松动患者假体界膜组织中CXCL16 的表达水平。

1 资料与方法

1.1 研究对象

收集中国人民解放军联勤保障部队第九四〇医院2017 年6 月—2023 年6 月临床诊断为全髋关节置换术后假体无菌性松动的患者44 例列入翻修组；所有患者综合评估符合假体无菌性松动诊断标准，行初次人工全髋关节置换术3 年以上；左髋31 例，右髋13例；人工股骨头假体类型：钛合金16 例、钴铬钼合金20 例、陶瓷8 例。

选择该时段因股骨头坏死初次行髋关节置换术的患者44 例列入初次组［7］，年龄同翻修组，并排除合并其他炎症性关节疾病、全身免疫性疾病及恶性肿瘤患者；左髋28 例，右髋16 例。

两组患者年龄、性别、BMI 的差异均无统计学意义（P＞0.05），本研究经医院伦理委员会批准，所有患者均知情同意。

1.2 手术方法

翻修组：取髋关节后外侧原手术切口，沿髂后上棘下方5 cm 处至大转子做弧形切口，根据术中情况进行延伸，长15～18 cm。依次切开皮肤、皮下组织及阔筋膜，将后侧关节囊沿骨膜处切开，探查见髋关节周围软组织挛缩，髋臼明显松动，髋关节后侧及关节内可见大量黑色物质沉积，肉芽组织增生，取适量上述病变组织为研究材料。

初次组：在行人工全髋关节置换术中，取髋关节后外侧手术切口，沿髂后上棘下方5 cm 处至大转子做弧形切口，长13～15 cm，依次切开皮肤、皮下组织及阔筋膜，将后侧关节囊沿骨膜处切开，探查见髋关节周围软组织增生，盂唇增生。取适量上述髋关节周围及关节内增生组织为研究材料。

1.3 评价指标与检测方法

1.3.1 临床评价指标

包括年龄、BMI、生存期、翻修前Harris 评分。

1.3.2 组织形态学检查

术中获取组织经固定、脱钙、脱水、透明，石蜡包埋，制5 μm 的切片。采用HE 染色法，经烤片、脱蜡、苏木素染色、氨水反蓝、伊红染色，脱水处理。显微镜下观察标本的组织学形态，并由2位专业病理科医师在双盲条件下进行组织学评分，评分标准见（表1）。

表1 组织学评分标准Table 1 Histological scoring criteria

1.3.3 组织CXCL16 的检测

一抗来自美国 Bio-Techne 公司（编号：HKB0419011），操作步骤参照试剂盒说明书进行。显微镜下观察样本的染色结果，并由2 位专业病理科医师在双盲条件下根据CXCL16 的显色强度及阳性细胞百分比进行评分。显色强度：棕黄色染色强记3 分，染色较强记2 分，染色浅记1 分，无色记0 分；阳性细胞百分比：阳性细胞百分比＞50% 为3 分，25%≤阳性细胞百分比≤50%为2 分，0%＜阳性细胞百分比＜25% 为1 分，0% 为0 分。将染色强度得分及阳性细胞百分比得分的乘积作为免疫组化半定量的评判标准，得分0 分则为（-），1 分≤得分≤3 分则为（+），4 分≤得分≤6 分则为（++），7 分≤得分≤9 分则为（+++）。

1.4 统计学方法

使用SPSS 26.0 统计软件对实验数据进行统计分析。计量数据以±s表示，资料呈正态分布时，两组间比较采用独立样本t检验，多组比较采用单因素方差分析；资料呈非正态分布时，采用秩和检验。计数资料采用χ2检验或Fisher精确检验。等级资料采用Mann-whitneyU检验。组织评分和CXCL16 表达水平与临床资料行Pearson或Spearman相关分析。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 组织评分比较

HE 染色结果显示，翻修组镜下见假体界膜组织增生明显，并可见磨损颗粒及较多炎细胞浸润，炎细胞以多核巨细胞为主（图1a）；初次组镜下见假体界膜组织和纤维组织增生，散在淋巴细胞浸润（图1b）。翻修组的组织学评分显著高于初次组（P＜0.05）（表2）。

图1 滑膜组织学与免疫组织化学染色（×200）。1a: 翻修组HE 染色见界膜组织中大量多核巨细胞聚集；1b: 初次组HE染色见界膜组织和纤维组织增生明显，散在炎细胞浸润；1c: 翻修组患者多核巨细胞CXCL16 阳性表达；1d: 初次组患者多核巨细胞CXCL16 阴性表达。Figure 1.Synovial tissue histological and immunohistochemical staining findings (×200).1a: HE staining in the revision total hip arthroplasty (THA)group showed a large number of multinucleated giant cells aggregated in the border membrane tissue;1b:HE staining of the primary THA group showed marked hyperplasia of the border membrane tissue and fibrous tissue with scattered inflammatory cell infiltration;1c: Positive expression of CXCL16 in multinucleated giant cells in the revision THA group; 1d: Negative CXCL16 expression in multinucleated giant cells of the primary THA group.

表2 两组资料比较Table 2 Comparison of data between the experimental and control groups

2.2 CXCL16 检测比较

免疫组化染色观察发现见图1c, 1d。翻修组中CXCL16 蛋白表达阳性率为86.4%（38/44），阴性率为13.6%（6/44）。其中弱阳性13 例占29.5%（13/44），中阳性15 例占34.1%（15/44），强阳性10 例占22.7%（10/44）。初次组中，CXCL16 蛋白表达阴性率为93.2%（41/44），阳性率为6.8%（3/44）（图1）。CXCL16 表达于多核巨细胞，定位于细胞质。经过χ2检验分析后，翻修组CXCL16 蛋白表达阳性率显著高于初次组（P＜0.05）。

2.3 翻修患者按临床特征分层比较

翻修组44 例患者按临床特征分层组织与组织化学指标比较见表3，组织学评分在不同假体类型之间差异有统计学意义（P＜0.05），但是组织学评分在不同体质、假体生存期、翻修前Harris 评分之间差异无统计学意义（P＞0.05）。CXCL16 的阳性率在不同假体类型之间差异有统计学意义（P＜0.05），但在不同体质、假体生存期、翻修前Harris 评分差异无统计学意义（P＞0.05）。

表3 44 例翻修患者临床特征分层组织学评分和CXCL16检测比较Table 3 Stratified comparison of tissue scores and CXCL16 based on clinical characteristics in the 44 revision patients

2.4 翻修组患者临床与组织学指标的相关性

翻修组患者临床与组织学指标的相关性见表4，组织学评分与假体生存期之间呈显著正相关性（r=0.383,P=0.010），与年龄、BMI、翻修前Harris 评分之间无显著相关性（P＞0.05）。CXCL16 的表达水平分组与假体生存期（r=0.350,P=0.020）呈显著正相关，与翻修前Harris 评分（r=-0.345,P=0.022）呈显著负相关，与年龄、BMI 之间无显著相关性。

表4 44 例翻修患者临床与组织指标的相关分析Table 4 Correlation analysis between clinical and histologic items in the 44 revision patients

3 讨 论

人工全髋关节置换术虽然是终末期髋关节疾病最有效的治疗方式之一，但其术后并发症不容忽视，其中假体周围骨溶解导致无菌性松动是全髋关节置换术的主要长期并发症之一［8］。尽管较多研究已证实人工关节假体界膜处的磨损颗粒与周围骨组织细胞相互作用引起的一系列生物反应是无菌松动的重要原因［9］，然而至今仍未能找到有效的方法去阻止磨损颗粒的产生［10］。因此，研究人工关节假体界膜处的免疫微环境是很有必要的。

CXCL16 是一种ELR-趋化因子，包含了跨膜区和粘蛋白（mucin）样结构, 以膜结合型和分泌型两种形式存在［11～13］。此前，CXCL16 被认为是炎症、组织损伤和纤维化的关键因子，通过与其受体CXCR6 结合来参与肾脏疾病、心血管疾病、自身免疫性疾病、感染性疾病和肿瘤的发生发展［14～17］。最近有研究表明，CXCL16 作为趋化因子，在骨相关性疾病中也发挥着举足轻重的作用［18］。在一项针对破骨细胞的体外实验中，研究人员发现，破骨细胞经诱导后可分泌CXCL16，进而促进成骨细胞迁移［5］。同时有研究表明，CXCL16 在关节液的表达水平与骨性关节炎中关节面的骨移位呈正相关关系［6］。结合文献报道，作者猜测磨损颗粒或许也能通过分泌趋化因子CXCL16，从而引发无菌性炎症，影响骨的形成和骨移位，最终导致假体无菌性松动。本研究结果显示，与初次组相比，翻修组患者的假体界膜组织中CXCL16 的表达水平明显更高（P＜0.05），且CXCL16 阳性表达于假体界膜组织中的多核巨细胞。

本研究显示，在不同假体类型中，组织学评分和CXCL16 的表达差异均具有统计学意义，此外不同的假体使用时长也与CXCL16 的表达有关。众所周知，磨损颗粒来源于关节活动过程中关节假体各组件之间的相互摩擦，尤其是股骨头与髋臼内衬之间的摩擦，磨损颗粒的数量、大小、理化性质等因素均与无菌性松动的发生存在密切联系［19］。因此，不同的假体类型会产生不同物理性质的磨损颗粒，其引发的无菌性炎症和诱发的多核巨细胞的数量也会存在差异，因此表现为组织学评分和CXCL16 表达程度的不同。

相关性分析结果显示，组织学评分与假体生存期之间存在相关性，CXCL16 的表达水平与假体生存期、翻修前Harris 评分之间存在相关性。无论是延展性好、耐腐蚀性强的钛合金假体，还是耐磨性高的钴基合金，亦或是具有超高硬度、良好生物相容性和耐磨性的陶瓷假体，随着假体使用寿命的增加，或多或少都会发生材料磨损、黏着磨损和疲劳磨损等［20］，因此随着假体生存期的延长，翻修组患者假体周围的组织学评分和CXCL16 的表达也会随之增加。Harris评分是一个广泛应用于评价关节置换效果的方法，但其还需结合患者的疼痛评分以及关节的畸形程度综合判断，因此对于CXCL16 蛋白表达水平是否会影响Harris 评分，仍需大样本临床研究进一步证实。

从趋化因子的角度研究无菌性松动的机制，更新了我们对假体界膜处免疫微环境的理解。本研究从蛋白层面探讨了CXCL16 在翻修组和初次组患者界膜组织中的表达情况并发现假体界膜处CXCL16 表达于多核巨细胞，后续将进一步探究CXCL16 表达的机制以及在无菌性松动中发挥的作用。关于CXCL16 与无菌性松动和免疫微环境之间的关系，目前还存在许多空白领域，对其深入探索将会为趋化因子的研究开辟新的领域，并肯定其在临床实践中的价值。