糖皮質(zhì)激素治療引起股骨頭病變相關(guān)機制研究進展

馬斌祥，屈 紅，林德民

（1.甘肅省中醫(yī)院，甘肅 蘭州 730050;2.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)，甘肅 蘭州 730000）

糖皮質(zhì)激素(Glucocorticoids，GCs)因其在嚴重感染治療、免疫及血液系統(tǒng)疾病等方面的顯著療效在臨床中被廣泛應(yīng)用，由于在結(jié)締組織疾病、器官移植術(shù)后、哮喘、腎病等長期及大劑量的激素治療中，不可避免的出現(xiàn)較多并發(fā)癥及激素引起的副作用方面越來越受到人們關(guān)注，所以關(guān)于應(yīng)用糖皮質(zhì)激素在治療的同時，遺留的遠期破壞人體骨組織的相關(guān)作用機制亦不斷受到研究者的重視。有研究指出，GCs 長期大劑量使用會引起股骨頭損傷，但GCs引起骨骼病變屬于多機制、多信號參與的復(fù)雜過程，具體機制仍在研究之中。

1 糖皮質(zhì)激素概述

GCs 主要來源于應(yīng)激外傷刺激后，下丘腦-垂體-腎上腺(Hypothalamic Pituitary Adrenal，HPA)軸控制分泌的一種經(jīng)典固醇類結(jié)構(gòu)激素，GCs 構(gòu)成含有21 個碳原子，在功能上能夠?qū)PA 軸有負反饋調(diào)節(jié)作用[1]。在維持健康及疾病控制、治療方面具有十分重要的作用。自20 世紀(jì)Sulzberger 等將其應(yīng)用于部分難以治愈的皮膚疾病并取得顯著療效以后，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于臨床如免疫系統(tǒng)疾病、感染、血液病等疾病治療中。

GCs 從細胞膜進入，通過自身受體-糖皮質(zhì)激素受體所介導(dǎo)，結(jié)合胞質(zhì)內(nèi)受體發(fā)揮藥理與生理等方面作用[2]。藥理劑量GCs 使用有免疫抑制、抗休克、抗過敏、抗炎、對血液系統(tǒng)及骨骼系統(tǒng)的作用等[3]。目前研究者一致認為，GCs 發(fā)揮抗炎方面及免疫抑制方面作用主要是通過抑制促炎性細胞因子的釋放，并刺激抗炎細胞因子的產(chǎn)生而進行調(diào)節(jié)的[4]。此外，也有證據(jù)表明，GCs 具有誘導(dǎo)T 細胞和B 淋巴細胞凋亡及在線粒體途徑中介導(dǎo)活性氧(ROS)生產(chǎn)等多重作用。但作為一種對機體各個臟器均有廣泛影響的活性物質(zhì)，大劑量、長期用藥，不可避免的會對身體產(chǎn)生較多的副作用及并發(fā)癥。

2 股骨頭壞死與糖皮質(zhì)激素治療相關(guān)研究

激素性股骨頭壞死（Steroid-Induced Avascular necrosis of the Femoral Head，SANFH）最早是由Pietrogramde 和Mastomarine 提出。隨著對SANFH 研究深入，提出了血管內(nèi)凝血、骨質(zhì)疏松脂肪代謝紊亂的假說[5]。也有部分學(xué)者提出骨壞死的“瀑布式”細胞凋亡這一假說。但由于GCs 引起SANFH 是一個多機制、多信號參與的復(fù)雜過程，目前SANFH 的具體機制仍在研究中，有文獻指出，GCs 長時間、大劑量使用是最常見的導(dǎo)致非創(chuàng)傷性股骨頭壞死（Osteonecrosis of the Femoral Head,ONFH) 的原因之一[6-7]。

2.1 細胞脂肪化

通過實驗發(fā)現(xiàn)，糖皮質(zhì)激素誘發(fā)并形成骨壞死的患者和在實驗過程提取的動物骨干髓腔內(nèi)均發(fā)現(xiàn)有脂肪細胞肥大的變化和不正常的脂肪細胞代謝[8]。研究發(fā)現(xiàn)，激素大劑量的應(yīng)用可引起骨髓基質(zhì)細胞再分化水平失衡，增加脂肪細胞分化,大量分化引起脂肪細胞體積增大，髓腔骨內(nèi)壓（Intraosseous Pressure）增高，導(dǎo)致股骨頭發(fā)生壞死[9-10]。GCs 也可以通過β-catenin 途徑來激活過氧化物酶體增殖物激活型受體（Peroxisome Proliferator-Activated Receptor，PPARγ）促進骨髓間充質(zhì)干細胞(Bone Mesenchymal Stem Cells，BMSCs）脂肪化[11]。而大量脂肪化BMSCs 會增加脂肪栓塞形成，阻塞股骨頭區(qū)域血液循環(huán)，致股骨頭損傷；研究發(fā)現(xiàn)，丹酚酸B、MDR1基因編碼的P-glycoprotein 能夠通過PPARγ 表達的抑制，減少BMSCs 的脂肪化而阻止ONFH 的發(fā)生[12-13]。

2.2 信號通路

GCs 引起骨量流失的主要途徑之一是通過對信號通路調(diào)控蛋白產(chǎn)生影響，抑制或促進其合成及釋放。Hofbauer 研究結(jié)果表明：hRANKL 敲除的小鼠能通過對核因子-κB 受體活化因子配體（RANKL）系統(tǒng)抑制來防止激素性骨密度及強度下降[14]。動物實驗發(fā)現(xiàn)，激活的Erk 通路，通過阻止Smad2/3 復(fù)合體進入細胞核，抑制Smad 調(diào)控的相關(guān)基因表達，導(dǎo)致骨壞死發(fā)生[15]。有相關(guān)研究提出，GCs 作用時，GCs可以造成Wnt 信號通路下游基因表達減低，增強相關(guān)細胞凋亡的進程[16-17]。也可以增強Wnt 信號通路拮抗劑sFRP1，Dickkopf-1 等的表達，引起骨量丟失[17-18]。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，在缺氧的內(nèi)部或外部環(huán)境中，GCs 及其GCs 受體結(jié)合后能夠使細胞內(nèi)部p85的表達正向增加，從而抑制PI3 k/ Akt 通路，致使成骨細胞(Osteoblast，OB)凋亡，最終造成骨量的流失引起p50 及p56 轉(zhuǎn)移至細胞核，造成核因子KB 暫時性活化[19-20]。miR-216a 可以通過PI3K/AKT 這一通路增強成骨及OB 增殖，緩解DEX 對成骨方面抑制[21]。有相關(guān)研究指出，骨相關(guān)細胞內(nèi)AKT 通路會被DEX 所抑制，對細胞凋亡和增殖加以調(diào)控[22]。Jia 等實驗發(fā)現(xiàn)，GCs 可以通過激活降鈣素受體Mrnad、加速骨膠原纖維溶解引起骨質(zhì)的破壞[23]。

2.3 成骨細胞與破骨細胞

文獻報道，GCs 通過促進 破骨細胞(osteoclast，OC)生成抑制骨保護蛋白（osteoprogerin，OPG）產(chǎn)生，并刺激成骨細胞譜系產(chǎn)生OPG 受體，與RANKL 競爭OPG，促進骨吸收［24-25］。實驗發(fā)現(xiàn)，外源性GCs能夠促進OB 及骨細胞的凋亡，同時上調(diào)RANKL因子，對破骨細胞(OC)激活并募集，抑制骨形成并促進骨吸收[26]。也有學(xué)者提出，細胞ROS 會被外源性GCs 刺激增加并引起相關(guān)區(qū)域的骨細胞凋亡[27]。Aeberli 等[28]研究發(fā)現(xiàn)，GCs 可以通過拮抗BMP-2 促進OB 分化成熟，誘導(dǎo)軟骨和新生骨形成。在骨代謝與GCs 濃度的相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)GCs 使用劑量超過生理濃度時，OB 的分化將會被抑制，OB 凋亡被促進的同時誘導(dǎo)OC 生成，"骨平衡"將向著吸收方向偏移[29]。有大量文獻報道指出，GCs 對骨骼的副作用主要是通過直接影響OB 和OC 實現(xiàn)的，其中最重要的影響是：促進OB 凋亡并延長OC 的壽命[30-33]。Kim等[34]試驗發(fā)現(xiàn)，作用于OC 表面的GCs 受體，可以使OC 活性增強，骨平衡向破壞方向偏移，引起骨質(zhì)破壞或者骨壞死。GCs 對間充質(zhì)干細胞（Mesenchymal stem cells，MSCs）的成骨細胞分化標(biāo)志基因collagen1的mRNA、ALP 與蛋白水平表達，均存在明顯的抑制，同時MSCs 的凋亡增加，細胞OB 分化將會被明顯的抑制[35]。

2.4 內(nèi)皮細胞

血管系統(tǒng)為骨組織提供營養(yǎng)物質(zhì)、激素和細胞因子并清除代謝產(chǎn)物，同時為骨組織信息傳遞提供網(wǎng)絡(luò)通路[36]。研究指出，糖皮質(zhì)激素聯(lián)合肝素，可與其存在的肝素酶發(fā)生相關(guān)作用，造成毛細血管基膜新陳代謝產(chǎn)生特異性改變，退化毛細血管作用，從而抑制血管生成產(chǎn)生致病機理[37]。有研究提出“骨組織內(nèi)，骨形成和特殊血管的生長之間存有偶聯(lián)關(guān)系”[38]，在接下來的研究中發(fā)現(xiàn)，這種血管的內(nèi)皮細胞能夠分泌蛋白Noggin，維持成骨細胞和軟骨細胞，并促進骨形成[39]。申前進等通過體外實驗發(fā)現(xiàn)，GCs 能夠直接對內(nèi)皮細胞分化形成血管產(chǎn)生抑制[40]。GCs 可通過免疫抑制作用以及抗炎相關(guān)機制引起TGF-β/ Smad 表達信號減低，造成OB 分化減少，骨量減少甚至丟失，進而抑制股骨頭周圍滋養(yǎng)血管內(nèi)皮細胞增殖，導(dǎo)致血管成熟障礙，抑制了骨組織的血供，最終可能導(dǎo)致ONFH[41]。

3 小結(jié)

綜合上述研究，GCs 引起骨骼病變的機制可能主要通過四種途徑：（1）GCs 促使間充質(zhì)干細胞或BMSCs 脂肪化，終止OB 分化，并誘導(dǎo)OB 凋亡；（2）GCs 促進RANKL 增加及OPG 表達減少，并促進OC數(shù)量增加，使“骨平衡”向骨吸收方向移動；（3）GCs影響抑制生長激素－胰島素樣生長因子軸，骨形成及骨量相應(yīng)減少；（4）GCs 直接抑制內(nèi)皮細胞形成骨血管，引起骨量減少或骨損傷。

GCs 作為臨床使用中抗感染、抗炎、抗休克及免疫應(yīng)答調(diào)節(jié)中重要的治療藥物。由于該類藥物隨著用藥時間、使用劑量的增加，極易引起不良反應(yīng)，在治療中耐受性、依從性影響較大[42]。同時，Van staa提出的GCs 使用沒有“安全劑量”也已經(jīng)被越來越多的循證醫(yī)學(xué)證據(jù)證實。GCs 所引起的骨量下降與GCs 的攝入量有關(guān)，大劑量、間斷的使用也會對骨量產(chǎn)生影響，同時，GCs 小劑量每日服用后，骨折也極易發(fā)生[43]。因此，在予以患者臨床使用GCs 類相關(guān)藥物治療時，須遵守適應(yīng)證及禁忌證，在促進治療效果增強的同時，減少副作用及相應(yīng)并發(fā)癥的發(fā)生。治療中，越大劑量激素應(yīng)用，就會產(chǎn)生越嚴重的骨骼系統(tǒng)方面的損傷。治療方案中使用GCs 將意味著需要更多關(guān)注激素導(dǎo)致的骨骼損傷或其他并發(fā)癥。抑制相關(guān)途徑，是減少相關(guān)骨骼病變的關(guān)鍵。在GCs 不良反應(yīng)防治研究中已有顯著成果的當(dāng)前，合理用藥及和更深入的相關(guān)機制研究仍是以后研究的重要方向。