rhOPG對聚乙烯顆粒刺激后人工關節置換術患者炎性反應的影響及其機制

馬國濤，孫曉茹

(1平頂山市第一人民醫院，河南平頂山467000；2平頂山市中醫院)

rhOPG對聚乙烯顆粒刺激后人工關節置換術患者炎性反應的影響及其機制

馬國濤1，孫曉茹2

(1平頂山市第一人民醫院，河南平頂山467000；2平頂山市中醫院)

目的 觀察聚乙烯顆粒刺激后人工關節置換術患者單核細胞炎性因子表達變化，探討重組人骨保護素(rhOPG)對患者術后炎癥反應的抑制作用及機制。方法 將74例行人工關節置換術的患者隨機分為觀察組和對照組各37例。兩組術后1年采集空腹靜脈血，制備外周血單核細胞懸液，加入1×109/mL聚乙烯顆粒進行刺激，1次/d；觀察組在此基礎上加入10 ng/mL rhOPG，1次/d；共14天。兩組處理前后采用ELISA法檢測單核細胞炎性因子(TNF-α、CRP、IL-6)及骨橋蛋白(OPN)、凝血酶裂解的骨橋蛋白(NTOPN)表達。結果 與處理前比較，兩組處理后單核細胞TNF-α、CRP、IL-6表達均升高，但對照組升高更明顯(P均<0.05)。與處理前比較，觀察組處理后單核細胞OPN、NTOPN表達均降低，對照組處理后均升高，對照組處理后OPN、NTOPN表達均高于觀察組(P均<0.05)。結論 rhOPG可減輕聚乙烯顆粒引起的人工關節置換術后炎性反應；抑制單核細胞OPN、NTOPN表達可能是其相關機制。

人工關節置換術；重組人骨保護素；聚乙烯顆粒；骨橋蛋白；凝血酶裂解的骨橋蛋白

人工關節置換術在臨床應用較為廣泛，關節假體無菌性松動是其術后并發癥之一，與術后關節功能恢復不良及疼痛密切相關[1～3]。關節假體磨損產生的聚乙烯顆粒可提高破骨細胞的骨吸收功能，并引起相關炎性反應，是假體無菌性松動的重要原因[4]。重組人骨保護素(rhOPG)是近年來發現的一種對破骨細胞具有局部抑制作用的相關因子，但其對聚乙烯顆粒刺激后人工關節置換術患者炎性因子影響的研究較少。由于關節假體磨損產生聚乙烯顆粒是一個長期、慢性過程，因此本研究對人工關節置換術患者給予聚乙烯顆粒刺激，觀察rhOPG對單核細胞炎性因子表達的影響，并探討其相關機制。現將結果報告如下。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選擇2013年4月～2014年11月擬于平頂山市第一人民醫院行人工關節置換術患者74例，男46例、女28例，年齡45～80(62.89±5.46)歲；手術原因：膝關節骨性關節炎39例，髖關節骨性關節炎16例，股骨頭缺血性壞死14例，其他5例。納入標準：①年齡45～80歲；②符合人工關節置換術的手術指征。排除標準：①伴肺、腎、肝、心等功能障礙者；②過敏體質者；③存在手術禁忌證者；④精神疾病患者；⑤合并類風濕性關節炎及結締組織疾病者。將74例患者按照隨機數字表法分為觀察組和對照組，每組37例。兩組性別、年齡等一般資料均具有可比性。本研究經醫院倫理委員會批準，患者均簽訂知情同意書。

1.2 外周血單核細胞懸液制備及聚乙烯顆粒處理 兩組入院后均參照張愛國[5]的方法行常規人工關節置換術。術后1年隨訪時采集空腹肘靜脈血，采用Ficoll密度梯度離心法分離單核細胞：于短中管中加入適量淋巴細胞分離液，取肝素抗凝靜脈血與等量Hanks液充分混勻，2 000 r/min離心15 min。吸取離心管中上、中層界面間的白色云霧層狹窄帶至另一離心管中，加入5倍體積Hanks液，1 500 r/min離心10 min，洗滌2次。末次離心后棄上清，加入含10%小牛血清的RPM164。重懸細胞，獲得單核細胞懸液。將1×109/mL聚乙烯顆粒2 mL加入單核細胞懸液進行刺激，1次/d；觀察組在此基礎上加入10 ng/mL rhOPG 2 mL，1次/d；共14天。

1.3 單核細胞炎性因子檢測 兩組處理前后采用ELISA法檢測單核細胞TNF-α、CRP、IL-6及骨橋蛋白(OPN)、凝血酶裂解的骨橋蛋白(NTOPN)表達，嚴格按照試劑盒說明書進行操作。

2 結果

與處理前比較，兩組處理后單核細胞TNF-α、CRP、IL-6表達均升高，但對照組升高更明顯(P均<0.05)；見表1。與處理前比較，觀察組處理后單核細胞OPN、NTOPN表達均降低，對照組處理后均升高且均高于觀察組(P均<0.05)；見表2。

表1 兩組處理前后單核細胞TNF-α、CRP、IL-6 表達比較

注：與同組處理前比較，*P<0.05；與對照組處理后比較，#P<0.05。

表2 兩組處理前后單核細胞OPN、NTOPN 表達比較

注：與同組處理前比較，*P<0.05；與對照組處理后比較，#P<0.05。

3 討論

人工關節材料在長期應用中假體-骨、假體-假體界面間摩擦或者關節面活動能夠產生大量微小顆粒，可激活機體內炎性細胞，促使其分泌多種與骨吸收相關的細胞因子，使初始固定良好的假體出現松動[6，7]。目前人工關節無菌性松動的機理尚不十分明確，金屬聚乙烯磨損碎屑在遠期假體松動的發生中具有重要作用[8]。

巨噬細胞可以產生各種細胞因子，且其吞噬顆粒后能夠釋放多種炎癥介質，如前列腺素E2(PGE2)、TNF、IL-6、CRP、IL-1等，誘導破骨細胞形成或直接提高破骨細胞的骨吸收功能。OPN主要是由血管平滑肌細胞、破骨細胞、淋巴細胞、巨噬細胞以及上皮細胞等分泌的一種蛋白質，其相對分子量為44×103～75×103，主要在炎癥組織的細胞外液以及礦化組織的細胞外基質中表達。OPN在骨骼內含量豐富，能與一系列細胞表面受體結合，促進細胞聚集，并黏附介導重要的細胞-細胞與細胞-基質間反應[9，10]。OPN能與細胞整合素αvβ3整聯蛋白以及透明質酸受體CD44作用，參與廣泛的生理病理過程，包括骨代謝、傷口愈合、炎癥、腫瘤以及免疫反應等[11，12]。凝血酶作用于OPN分子內保守的凝血酶切割位點168RS169，使OPN分子N末端中的159RGD161位點暴露；裂解后的OPN暴露新位點162SVVYGLR168，成為了NTOPN，可呈劑量依賴性促進其與細胞結合。研究顯示，NTOPN能夠調節中性粒細胞的存活及凋亡[13]。本研究對照組聚乙烯顆粒刺激后單核細胞TNF-α、CRP、IL-6及OPN、NTOPN表達均升高，說明聚乙烯顆粒可引起人工關節置換術后患者的炎性反應，并增加單核細胞OPN、NTOPN表達。

骨保護素是近年來發現的一種破骨細胞局部抑制因子，在破骨細胞分化過程中，破骨細胞骨保護素與分化因子的表達平衡被打破，骨代謝平衡向骨吸收方向傾斜[14]。在破骨細胞分化成熟過程中，骨保護素與破骨細胞祖細胞表面受體結合，通過NK-κB受體活化因子配體與破骨細胞細祖細胞膜上的NK-κB受體活化因子結合，經過Akt途徑、NK-κB途徑、JNK途徑等介導破骨細胞的成熟[15]。本研究結果顯示，觀察組處理后單核細胞TNF-α、CRP、IL-6表達升高，OPN、NTOPN表達降低，說明rhOPG可減輕聚乙烯顆粒引起的人工關節置換術后患者的炎性反應，其機制可能為抑制單核細胞OPN、NTOPN表達。

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2015-12-07)