重組人骨保護(hù)素對(duì)聚乙烯顆粒刺激破骨細(xì)胞功能的影響.pdf

1、隨著人工關(guān)節(jié)置換術(shù)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(yuǎn)期不良影響日益受到人們的關(guān)注，無菌性松動(dòng)是其中一種重要并發(fā)癥。無菌性松動(dòng)的產(chǎn)生機(jī)制目前主要認(rèn)為有兩大因素：機(jī)械力學(xué)因素和生物學(xué)因素，生物學(xué)因素中，關(guān)節(jié)假體磨損所產(chǎn)生的聚乙烯顆粒增強(qiáng)破骨的骨吸收功能是產(chǎn)生無菌性松動(dòng)的重要因素，人工關(guān)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(guān)節(jié)面相對(duì)活動(dòng)可產(chǎn)生大量微小顆粒，這些物質(zhì)可激活機(jī)體內(nèi)炎性細(xì)胞，促使其分泌多種與骨吸收

2、有關(guān)的細(xì)胞因子，并最終使初始固定良好的假體發(fā)生松動(dòng)。 RANKL/RANK/OPG系統(tǒng)在破骨細(xì)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(xì)胞前體細(xì)胞分化為成熟的破骨細(xì)胞的必需因子。RANKL不能進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，必須通過NF-κB受體激活劑(RANK)來調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞的分化。RANK是位于破骨細(xì)胞及其前體細(xì)胞(單核/巨噬細(xì)胞系統(tǒng))表面的Ⅰ型跨膜受體

3、蛋白，在破骨細(xì)胞的分化成熟過程中，首先有骨髓基質(zhì)細(xì)胞或成骨細(xì)胞分泌M-CSF，M-CSF與破骨細(xì)胞前體細(xì)胞表面的受體結(jié)合，然后RANKL再與破骨細(xì)胞前體細(xì)胞膜上的RANK結(jié)合，通過JNK途徑、NF-ⅠB途徑、Akt途徑等介導(dǎo)破骨細(xì)胞的成熟。骨保護(hù)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R(shí)ANKL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(dǎo)致破骨細(xì)胞分化成熟障礙。研究表明，聚乙烯顆粒與巨噬細(xì)胞相互接觸的情況下可引起巨噬細(xì)胞分泌TNF-α和IL-6等炎性細(xì)胞因子，從而激活破骨細(xì)胞及其前體細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)錄因子NF-κB，導(dǎo)致破骨細(xì)胞的成熟，說明顆粒本身就是一種信號(hào)，能夠激活信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路并引起生物學(xué)效應(yīng)<'[7]>。鈦合金、鈷鉻合金或不銹鋼等顆粒與外周血單核細(xì)胞共同培養(yǎng)后可刺激細(xì)胞表達(dá)較高水平的RANKL/RANK，進(jìn)一步證實(shí)RANKL/RANK的增多是顆粒誘導(dǎo)的結(jié)果。對(duì)

5、全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)因松動(dòng)而失敗病例的髖關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)液進(jìn)行檢測后發(fā)現(xiàn)人工關(guān)節(jié)周圍組織內(nèi)的RANKL/OPG比例嚴(yán)重失衡，這勢必會(huì)導(dǎo)致局部骨代謝不平衡和骨溶解。所以，顆粒對(duì)破骨細(xì)胞的刺激是通過RANKL/RANK/OPG系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。 既然顆粒促進(jìn)破骨細(xì)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(shè)想用OPG阻斷RANKL和RANK的結(jié)合看是否能阻斷顆粒對(duì)OC分化的刺激。在我們的實(shí)驗(yàn)中，體外培養(yǎng)破骨細(xì)胞，用聚乙烯顆粒進(jìn)行干預(yù)，

6、以造成破骨細(xì)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(duì)破骨細(xì)胞的分化有無明顯影響。探討rhOPG防治人工關(guān)節(jié)松動(dòng)的可行性。破骨細(xì)胞取白出生24小時(shí)內(nèi)新西蘭白兔四肢長骨，破骨細(xì)胞通過抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)染色陽性細(xì)胞來鑒定，破骨細(xì)胞的功能通過TRAP染色陽性細(xì)胞和骨片上骨吸收陷窩的數(shù)量來反映。 實(shí)驗(yàn)分為3組：對(duì)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(xì)胞玻片、皮質(zhì)骨片進(jìn)行皿、甲苯胺藍(lán)染色，TRAP染色計(jì)數(shù)陽性細(xì)胞個(gè)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(xì)胞計(jì)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(xì)胞計(jì)數(shù)與對(duì)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(xì)胞增生會(huì)被抑制(P均<0.05)，但與對(duì)照組比較則無顯著性統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。從破骨細(xì)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(duì)照組相比，陷窩數(shù)量顯著增加(p<0.05)，而這種增加會(huì)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(shí)間點(diǎn)所取出的骨片的吸收陷窩與對(duì)照組和聚乙烯組相比，均有明顯減少(p<0.05)。 從我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可看出：(1)聚乙烯顆粒與破骨細(xì)胞共同培養(yǎng)可增強(qiáng)破骨細(xì)胞骨吸收功能；(2)與10<'9>/ml聚乙烯顆粒培養(yǎng)組相比，100ng/mlrhO