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)假體磨損所產生的聚乙烯顆粒增強破骨的骨吸收功能是產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)面相對活動可產生大量微小顆粒，這些物質可激活機體內炎性細胞，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不能進入細胞內部，必須通過NF-κB受體激活劑(RANK)來調節(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合，然后RANKL再與破骨細胞前體細胞膜上的RANK結合，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結合，從而阻斷RANK與RANKL

4、的結合，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的轉錄因子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