股骨頭壞死骨髓IL-6表達與骨髓水腫分級的相關性研究

陳恒安 胡海 劉金龍 李華 徐祖健

摘要：目的? 探討股骨頭壞死骨髓白細胞介素6 （IL-6）表達水平與骨髓水腫分級的相關性。方法? 選取2016 年6月～2017年12月就診于我院骨關節科行多孔髓芯減壓術治療的早期股骨頭壞死患者32例作為研究對象，共42髖。術前結合MRI影像分為無骨髓水腫組、骨髓水腫1級組、骨髓水腫2級組及骨髓水腫3級組。所有患者行股骨頭鉆孔髓芯減壓術，術中通過鉆孔通道采集股骨頭壞死骨髓標本，采用ELISA方法檢測骨髓IL-6的表達水平。分析股骨頭骨髓IL-6水平與ARCO分期及骨髓水腫分級的相關性。結果? 42髖中無骨髓水腫6髖、1級骨髓水腫9髖、2級骨髓水腫12髖及3級骨髓水腫15髖。相關性分析顯示ARCO分期與骨髓水腫具有正相關性（r=0.567，P<0.05）;骨髓IL-6含量在骨髓水腫各級組間比較有統計學差異（F=63.963，P<0.05）。骨壞死骨髓IL-6表達與骨髓水腫分級呈正相關（r=0.879，P<0.05）。結論? 骨髓水腫在股骨頭壞死ARCO分期進展中發揮重要作用，其發生與骨髓IL-6的表達有關，骨髓IL-6表達可能在推進股骨頭壞死病程進展過程中發揮重要作用。

關鍵詞：股骨頭壞死;骨髓水腫;IL-6;炎性細胞因子;髓芯減壓術;ARCO分期

中圖分類號：R681.8? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2019.03.021

文章編號：1006-1959（2019）03-0065-04

Abstract：Objective? To investigate the correlation between the expression of interleukin-6 （IL-6） and bone marrow edema in patients with femoral head necrosis. Methods? A total of 32 patients with early femoral head necrosis treated with porous core decompression in our department of osteoarthrosis from June 2016 to December 2017 were enrolled. Preoperative combined with MRI images were divided into no bone marrow edema group， bone marrow edema level 1 group， bone marrow edema level 2 group and bone marrow edema level 3 group. All patients underwent core decompression of femoral head drilling， and bone marrow specimens of femoral head necrosis were collected through the drilling channel during operation. The expression level of IL-6 in bone marrow was detected by ELISA. The correlation between IL-6 levels in the femoral head bone marrow and ARCO staging and bone marrow edema grade was analyzed. Results? Among the 42 hips，there was no bone marrow edema in 6 hips， grade 1 bone marrow edema in 9 hips， grade 2 bone marrow edema in 12 hips and grade 3 bone marrow edema in 15 hips. Correlation analysis showed that there was a positive correlation between ARCO staging and bone marrow edema （r=0.567， P<0.05）， and there was a significant difference in bone marrow IL-6 content between different levels of bone marrow edema （F=63.963， P<0.05）. The expression of bone marrow IL-6 in osteonecrosis was positively correlated with the grade of bone marrow edema （r=0.879， P<0.05）. Conclusion? Bone marrow edema plays an important role in the progression of ARCO stage of femoral head necrosis， which is related to the expression of bone marrow IL-6. The expression of bone marrow IL-6 may play an important role in the progression of osteonecrosis of femoral head.

Key words：Femoral head necrosis;Bone marrow edema;IL-6;Inflammatory cytokines;Core decompression;ARCO staging

骨髓水腫（bone marrow edema，BME）是股骨頭壞死病程進展過程中的常見伴隨征象，常通過核磁檢查發現，普遍存在于壞死病灶周圍[1]，與股骨頭壞死分期及疼痛分級[2，3]相關，是股骨頭壞死塌陷的高危因素[4]。然而其并發骨髓水腫的機制目前尚不完全清楚，可能與機械應力微骨折，缺血、骨內高壓學說[5，6]、炎性因子等有關[7，8]。近年來，大量臨床病理切片證實股骨頭壞死修復反應區的骨髓水腫是一種炎性反應，因此，研究骨髓水腫炎性反應在股骨頭壞死的發生機制具有重要意義。IL-6既是重要的促炎性細胞因子，又是促進骨吸收的細胞因子。本研究擬探討IL-6表達與股骨頭壞死骨髓水腫分級的關系，擬為早期臨床防治股骨頭壞死迅速進展及預防塌陷提供新的思路與臨床實驗依據。

1資料與方法

1.1 一般資料? 選取2016 年6月～2017年12月在西南醫科大學附屬中醫醫院關節外科住院行多孔髓芯減壓術治療的早期股骨頭壞死的患者32例作為研究對象，共42髖，本研究經醫院倫理委員會批準，患者及家屬知情同意，并簽署知情同意書。單側股骨頭壞死22例，其中左側16髖，右側12髖，雙側受累10例。男24例，女8例，年齡28～66歲，平均年齡（46.80±4.85）歲。其中18例有長期使用激素8例，12例長期酗酒，2例無明確病因。按照股骨頭壞死的ARCO分期[7]：Ⅰ期8髖、Ⅱ期17髖、Ⅲ期17髖。

1.2納入與排除標準? 納入標準：①臨床癥狀符合，通過骨盆正位、蛙式位的X線片和MRI檢查明確診斷為股骨頭壞死，且屬于塌陷前期的患者;②診斷符合2012年版成人股骨頭壞死診療標準專家共識[9]。排除標準：①股骨頭壞死伴髖關節炎的患者;②全身存在感染或患有自身免疫性疾病對實驗影響較大的患者;③繼續服用激素類藥物的患者;④存在重大基礎疾病不能耐受手術的患者。

1.3方法

1.3.1標本采集及檢測? 所有患者行多孔髓芯減壓術，術中采用2.5 mm克氏針穿刺壞死病灶，在C形臂設備正側位透視下，確定克氏針打入股骨頭壞死灶中心，使用PKP工具包組合式套管，配合20 ml空針注射器抽取骨壞死水腫區域液體標本。將標本置于3000 r/min 離心10 min分離上清液，抽取的上清液再次于低溫超高速離心機（Eppendorf AG，22331 Hamurg，德國）離心， 12000 r/min，離心10 min分離脂肪成分，選取中層清液于醫用低溫保存箱-70℃凍存待測。采用雙抗體一步夾心法酶聯免疫吸附試驗（ELISA）檢測標本IL-6的濃度。試劑準備和檢測程序參照IL6 ELISA 試劑盒（human IL-6 ELISA? Kit，上海橋杜生物科技有限公司，批號：201803）完成實驗操作。

1.3.2影像學檢查? 患者均行骨盆正位X線、髖關節蛙式位X線及MRI檢查。MRI使用西門子skyra 3.0T型磁共振掃描儀體線圈掃面雙側髖關節，層厚3 mm。MRI掃描技術及參數：T2WI（TR/TE=4000/65 ms）、T1WI（TR/TE=3150/80 ms）、STIR（TR/TE=428/11 ms）。由影像科和關節科醫師獨立評閱患者X線及MRI結果，結合患者病史及臨床表現做出診斷。

1.4評價標準? ARCO分期標準[10]：①Ⅰ期為X線片、CT正常，但骨掃描或MRI陽性;②Ⅱ期為無新月征但X線片異常：③硬化，骨小梁缺失，局部囊變;④Ⅲ早期為X線片出現新月征伴或不伴股骨頭關節面變平，CT沒有塌陷;⑤Ⅲ晚期為線片出現塌陷和股骨頭關節面變平;⑥Ⅳ期為骨關節炎征象：關節間隙狹窄，髖臼改變，關節破壞。

骨髓水腫診斷標準：骨髓水腫診斷可根據MRI影像學上顯示股骨頭壞死灶周圍T1WI呈低信號、T2WI 呈等高信號、壓脂像呈清楚高信號影。骨髓水腫MRI分級參照趙培榮[11]以髖關節MRI冠狀位掃面T2WI、STIR圖像觀察為主， 將股骨上段水腫分為0～3級進行統計：0級為股骨上段無水腫;1 級為水腫局限于股骨頭區;2級為水腫局限于股骨頭及股骨頸區;3級為水腫自股骨頭延伸至粗隆下。

1.5統計學分析? 運用SPSS 20.0統計軟件對資料進行分析，計量資料以（x±s）表示，各組間比較采用方差分析（S-N-K法）;相關性分析應用Spearman相關分析法，以P<0.05為差異具有統計學意義。

2結果

2.1股骨頭壞死ARCO分期與骨髓水腫的關系? 32例42個髖關節中，ARCOⅠ期8髖、Ⅱ期17髖、Ⅲ期17髖。42髖中0級（即無髓水腫）6髖、1級骨髓水腫9髖、2級骨髓水腫12髖及3級骨髓水腫15髖，具體分布見表1，不同級別骨髓水腫MRI表現。Spearman相關性分析顯示ARCO分期與骨髓水腫具有正相關性，具有統計學意義（相關系數r=0.567，P<0.05）。

2.2骨髓IL-6含量表達情況及與骨髓水腫分級關系? 各組間骨髓IL-6比較差異均有統計學意義（F=63.963，P<0.05），且隨著水腫分級增加IL-6含量表達有增加的趨勢。Spearman相關分析顯示骨壞死區域IL-6表達骨髓水腫分級呈正相關，差異具有統計學意義（相關系數r=0.897，P<0.05），見表2。

3討論

股骨頭壞死又稱股骨頭無菌性壞死，或股骨頭缺血性壞死，是多種原因導致的股骨頭血供受損，造成骨細胞及骨髓成分部分死亡及發生隨后的修復，繼而引起骨組織壞死，導致股骨頭結構改變及塌陷，引起髖關節疼痛及功能障礙的疾病[12]。該病起病隱匿，自然進展快，容易導致股骨頭的塌陷甚至骨性關節炎而致殘率高。股骨頭壞死發病機制較復雜且預后不良，是骨科治療的難題，臨床上雖治療手段較多，早中期治療主要方法[13]有髓芯減壓、病灶減壓植骨、網球支架置入、鉭棒支撐、介入、截骨術、細胞因子或干細胞移植術、藥物及各種物理治療等，但其治療周期長、治療費用高、且效果難以令人滿意。目前關于股骨頭壞死治療研究已達瓶頸，很難再有新的突破，早期診斷，及時予以合理有效的治療顯得格外要。本研究通過髓心減壓手術，抽取股骨頭骨髓分析，擬為早期臨床防治股骨頭壞死迅速進展及預防塌陷提供新的思路與臨床實驗依據。

骨髓水腫是以骨基質水腫、纖維組織增生及炎性細胞浸潤為主要病理表現的一種征象[14]，常見于股骨頭壞死疾病。詹偉強等[15]學者研究得出ARCO 分期Ⅰ～Ⅲ期骨髓水腫的發生率依次升高（？字2=27.69，P=0.001）;Ⅰ～Ⅲ期骨髓水腫的平均秩次加大;骨髓水腫分級越高，可能預示病情的進展。

本研究選取股骨頭壞死塌陷前ARCOⅠ～Ⅲ期的患者，研究了骨髓水腫的發生與分期和疼痛程度的相關性。研究結果顯示ARCO分期與骨髓水腫分級具有顯著正相關（r=0.567，P=0.001），表明股骨頭壞死塌陷前，骨髓水腫分級隨著股骨頭壞死分期增加而增加。該結果產生的主要原因可能是在股骨頭壞死早期，骨細胞死亡，壞死區域釋放大量炎性因子，促使血流增加，毛細血通透性增加，導致局限性的骨髓水腫;股骨頭壞死中期，骨組織壞死體積增大，骨壞死骨髓水腫程度重，水腫范圍廣泛。因此，骨髓水腫可以作為判斷疾病進展的輔助指標。

IL-6不僅是重要的炎癥細胞因子，也是主要的破骨細胞調節因子之一， 可刺激破骨細胞的增殖和功能的表達，被稱為溶骨性細胞因子[16]。馮偉等[17]研究結果表明IL-6刺激破骨細胞性骨吸收， 其效應隨IL-6的濃度而不同，低濃度刺激破骨細胞形成、較高濃度能刺激成熟的破骨細胞骨吸收功能。IL-6作為重要的炎性細胞因子，通過刺激破骨細胞分化成熟調節骨內代謝，在股骨頭壞死修復和塌陷起到重要作用。有文獻指出[18]IL-6通過 OPG/RANKL/RANK調解破骨細胞功能，壞死區軟骨下破骨細胞功能強，在修復區成骨細胞功能強，由于破骨細胞加強壞死區修復，造成骨質量下降，應力分布不均，因而發生微骨折，產生骨髓水腫，導致塌陷。近年來，文獻報道[19，20]臨床上使用二磷酸鹽可以減弱IL-6對破骨細胞的作用，防治股骨頭壞死塌陷，取得滿意效果。Bosco G等[21]研究發現高壓氧治療通過作用于IL-6等骨吸收細胞因子及其協同作用，調節炎癥和氧化應激改善股骨頭壞死患者取得有益的效果。Kuroyanagi G等[22]學者研究在手術引起的股骨頭缺血性壞死的野生型和IL-6敲除的小鼠實驗中證實IL-6敲除的小鼠比野生型小鼠更有利于刺激股骨頭壞死血管再生和新骨形成。

本研究采用Spearman相關性分析 結果顯示骨壞死區域IL-6表達與骨髓水腫分級存在明顯正相關（r=0.879，P=0.001），各組間差異比較均有統計學差異（F=63.963，P<0.05），且隨著水腫分級增加IL-6含量表達有增加的趨勢，表明骨髓IL-6的表達與骨壞死骨髓水腫的產生有關，骨髓水腫分級越高，骨髓IL-6表達越高。該結果產生的原因可能是IL-6在股骨頭壞死病變發生發展過程中通過介導骨內炎癥反應及調解骨內代謝，導致股骨頭壞死骨髓水腫，造成股骨頭壞死病變發生發展。

綜上所述，本研究結果表明骨髓水腫在股骨頭壞死ARCO分期進展中發揮重要作用，可以作為判斷疾病進展的輔助指標，而骨髓IL-6可能通過介導骨內炎癥反應及骨代謝導致股骨頭壞死發生發展。在接下來的研究中，將進一步通過臨床干預研究明確IL-6在介導骨內炎癥反應和調節骨內代謝的作用機制，為臨床上早期干預骨髓內炎癥延緩股骨頭壞死塌陷提供新的思路及實驗依據。

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收稿日期：2018-12-4;修回日期：2018-12-29

編輯/肖婷婷