重組人骨保護素對聚乙烯顆粒刺激破骨細胞功能的影響.pdf

1、隨著人工關節(jié)置換術逐漸成為多種骨科疾病的重要治療手段，其產(chǎn)生的一些遠期不良影響日益受到人們的關注，無菌性松動是其中一種重要并發(fā)癥。無菌性松動的產(chǎn)生機制目前主要認為有兩大因素：機械力學因素和生物學因素，生物學因素中，關節(jié)假體磨損所產(chǎn)生的聚乙烯顆粒增強破骨的骨吸收功能是產(chǎn)生無菌性松動的重要因素，人工關節(jié)材料在長期使用過程中的假體一骨、假體一假體界面間摩擦或關節(jié)面相對活動可產(chǎn)生大量微小顆粒，這些物質(zhì)可激活機體內(nèi)炎性細胞，促使其分泌多種與骨吸收

2、有關的細胞因子，并最終使初始固定良好的假體發(fā)生松動。 RANKL/RANK/OPG系統(tǒng)在破骨細胞(osteoclast,OC)的分化成熟過程中起著重要的作用。NF-κB受體激活劑配體(RANKL)屬于腫瘤壞死因子家族，是破骨細胞前體細胞分化為成熟的破骨細胞的必需因子。RANKL不能進入細胞內(nèi)部，必須通過NF-κB受體激活劑(RANK)來調(diào)節(jié)破骨細胞的分化。RANK是位于破骨細胞及其前體細胞(單核/巨噬細胞系統(tǒng))表面的Ⅰ型跨膜受體

3、蛋白，在破骨細胞的分化成熟過程中，首先有骨髓基質(zhì)細胞或成骨細胞分泌M-CSF，M-CSF與破骨細胞前體細胞表面的受體結(jié)合，然后RANKL再與破骨細胞前體細胞膜上的RANK結(jié)合，通過JNK途徑、NF-ⅠB途徑、Akt途徑等介導破骨細胞的成熟。骨保護素(osteoprotegerin，OPG)是1997年由Simonet等發(fā)現(xiàn)出一種能夠調(diào)節(jié)骨代謝的糖蛋白RANKL的誘餌受體，它可以和RANK競爭與RANKL結(jié)合，從而阻斷RANK與RANKL

4、的結(jié)合，導致破骨細胞分化成熟障礙。研究表明，聚乙烯顆粒與巨噬細胞相互接觸的情況下可引起巨噬細胞分泌TNF-α和IL-6等炎性細胞因子，從而激活破骨細胞及其前體細胞內(nèi)的轉(zhuǎn)錄因子NF-κB，導致破骨細胞的成熟，說明顆粒本身就是一種信號，能夠激活信號轉(zhuǎn)導通路并引起生物學效應<'[7]>。鈦合金、鈷鉻合金或不銹鋼等顆粒與外周血單核細胞共同培養(yǎng)后可刺激細胞表達較高水平的RANKL/RANK，進一步證實RANKL/RANK的增多是顆粒誘導的結(jié)果。對

5、全髖關節(jié)置換術因松動而失敗病例的髖關節(jié)關節(jié)液進行檢測后發(fā)現(xiàn)人工關節(jié)周圍組織內(nèi)的RANKL/OPG比例嚴重失衡，這勢必會導致局部骨代謝不平衡和骨溶解。所以，顆粒對破骨細胞的刺激是通過RANKL/RANK/OPG系統(tǒng)來實現(xiàn)的。 既然顆粒促進破骨細胞分化和骨吸收活性的作用必須依賴RANKL的支持，因此我們設想用OPG阻斷RANKL和RANK的結(jié)合看是否能阻斷顆粒對OC分化的刺激。在我們的實驗中，體外培養(yǎng)破骨細胞，用聚乙烯顆粒進行干預，

6、以造成破骨細胞分化的結(jié)果；而在同樣條件下，在培養(yǎng)液中加入rhOPG，觀察rhOPG對破骨細胞的分化有無明顯影響。探討rhOPG防治人工關節(jié)松動的可行性。破骨細胞取白出生24小時內(nèi)新西蘭白兔四肢長骨，破骨細胞通過抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)染色陽性細胞來鑒定，破骨細胞的功能通過TRAP染色陽性細胞和骨片上骨吸收陷窩的數(shù)量來反映。 實驗分為3組：對照組、10<'9>/ml聚乙烯顆粒培養(yǎng)組、100ng/ml rhOPG和10<'9>

7、/ml聚乙烯顆粒共培養(yǎng)組。于培養(yǎng)第1、3、5、7天取細胞玻片、皮質(zhì)骨片進行皿、甲苯胺藍染色，TRAP染色計數(shù)陽性細胞個數(shù)，用掃描電鏡觀察骨片吸收陷窩形態(tài)。培養(yǎng)第1、3天的各組間玻片上破骨細胞計數(shù)無明顯差異。在聚乙烯培養(yǎng)組中，培養(yǎng)第5天以后破骨細胞計數(shù)與對照組相比明顯增加。與聚乙烯培養(yǎng)組相比，聚乙烯+rhOPG組中第5天后的破骨細胞增生會被抑制(P均<0.05)，但與對照組比較則無顯著性統(tǒng)計學差異。從破骨細胞在骨片上所形成的骨陷窩來看，聚

8、乙烯培養(yǎng)組所形成陷窩較大且深，在培養(yǎng)第5天后，與對照組相比，陷窩數(shù)量顯著增加(p<0.05)，而這種增加會被rhOPG抑制(p<0.05)，而且，在聚乙烯+rhOPG組，從培養(yǎng)第1天到第7天各時間點所取出的骨片的吸收陷窩與對照組和聚乙烯組相比，均有明顯減少(p<0.05)。 從我們的實驗結(jié)果中可看出：(1)聚乙烯顆粒與破骨細胞共同培養(yǎng)可增強破骨細胞骨吸收功能；(2)與10<'9>/ml聚乙烯顆粒培養(yǎng)組相比，100ng/mlrhO