細(xì)胞凋亡與無(wú)菌性松動(dòng)

細(xì)胞凋亡與無(wú)菌性松動(dòng)

人工關(guān)節(jié)置換術(shù)是治療關(guān)節(jié)疾病的有效方法之一，它可以減輕關(guān)節(jié)疼痛，重建活動(dòng)功能，改善生活質(zhì)量。然而隨著假體植入時(shí)間的延長(zhǎng),假體無(wú)菌性松動(dòng)影響了人工關(guān)節(jié)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和使用壽命,因此需行翻修手術(shù)。目前全世界每年有超過(guò)100萬(wàn)臺(tái)關(guān)節(jié)置換手術(shù),翻修手術(shù)已經(jīng)達(dá)到同期關(guān)節(jié)置換手術(shù)的20%,其主要原因是人工關(guān)節(jié)發(fā)生的無(wú)菌性松動(dòng)。而人工關(guān)節(jié)遠(yuǎn)期松動(dòng)最常見(jiàn)的原因是假體磨損產(chǎn)生的顆粒誘發(fā)假體周圍組織細(xì)胞產(chǎn)生一系列生物學(xué)反應(yīng),導(dǎo)致假體周圍骨溶解。大量研究證實(shí),翻修術(shù)中取下的界膜組織里可看到大量磨損顆粒,磨損顆粒在多種動(dòng)物模型身上均可引起骨質(zhì)溶解,并可引起體外培養(yǎng)的巨噬細(xì)胞的炎性反應(yīng)。假體周圍的組織細(xì)胞吞噬理化性質(zhì)穩(wěn)定的磨損顆粒后,這些細(xì)胞的降解功能受挫,因體內(nèi)的酶不能使其降解,而磨損顆粒引起細(xì)胞自身功能活性的改變,誘導(dǎo)細(xì)胞損傷,出現(xiàn)細(xì)胞凋亡,結(jié)果已被吞噬的磨損顆粒再次釋放到細(xì)胞外基質(zhì)中,誘導(dǎo)新的炎性細(xì)胞來(lái)吞噬,磨損顆粒被反復(fù)吞噬后導(dǎo)致激活的細(xì)胞分泌更多的炎性細(xì)胞因子和蛋白酶水解酶,從而誘導(dǎo)、維持,甚至加劇慢性炎性反應(yīng),導(dǎo)致假體周圍骨量丟失。假體松動(dòng)的直接原因是骨溶解所引起的骨性支持結(jié)構(gòu)力學(xué)性能下降造成假體機(jī)械穩(wěn)定性喪失,中間摩擦、磨損、磨損顆粒及其所發(fā)生的骨吸收、骨缺損、骨溶解在假體松動(dòng)機(jī)制中扮演重要角色。1體外地質(zhì)及細(xì)胞凋亡世上無(wú)永不磨損的材料,只要有相對(duì)界面接觸運(yùn)動(dòng),必然會(huì)產(chǎn)生磨損顆粒。磨損顆粒隨著關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)滲透到假體與骨之間界膜或更遠(yuǎn)間隙,纖維界膜繼而成為假體松動(dòng)生物學(xué)因素作用空間。Hardinge等首先在臨床上發(fā)現(xiàn)松動(dòng)假體周圍有一層界膜組織并通過(guò)對(duì)假體周圍組織學(xué)觀察,認(rèn)為術(shù)后無(wú)菌性松動(dòng)主要與假體長(zhǎng)期磨損產(chǎn)生的微粒所誘導(dǎo)的生物學(xué)反應(yīng)有關(guān)。Jasty等在取界膜組織進(jìn)行組織學(xué)觀察時(shí)發(fā)現(xiàn)含有大量的T淋巴細(xì)胞、漿細(xì)胞和肥大細(xì)胞,界膜的巨噬細(xì)胞內(nèi)可見(jiàn)亞微米的金屬微粒,認(rèn)為在這層界膜上發(fā)生的組織細(xì)胞反應(yīng)對(duì)假體松動(dòng)起著重要作用。之后大量研究證實(shí),無(wú)菌性松動(dòng)的假體周圍界膜組織中存在細(xì)胞凋亡現(xiàn)象,細(xì)胞凋亡參與磨損顆粒誘導(dǎo)的假體無(wú)菌性松動(dòng)的病理過(guò)程,且與caspase-3信號(hào)激活有關(guān)。Landgraeber等研究證實(shí)翻修術(shù)中取出的界膜組織存在巨噬細(xì)胞、異物巨細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞凋亡現(xiàn)象,凋亡調(diào)控基因caspase-3、bak、p53表達(dá)陽(yáng)性。假體周圍界膜組織caspase-3的表達(dá)和細(xì)胞凋亡具有一定規(guī)律性,并與磨損微粒的局部聚積和骨溶解程度密切相關(guān),可能是磨損顆粒造成界面骨重建受阻而溶骨大量發(fā)生的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。程濤等采用免疫組化法及TUNEL檢測(cè)翻修術(shù)中取出的界膜組織,發(fā)現(xiàn)重度磨損處細(xì)胞凋亡指數(shù)高于輕度磨損處,松動(dòng)或骨溶解組caspase-3陽(yáng)性細(xì)胞率和細(xì)胞凋亡指數(shù)明顯高于松動(dòng)或非骨溶解組和對(duì)照組。Huk等等應(yīng)用TUNEL染色、DNA瓊脂糖凝膠電泳以及蛋白質(zhì)印跡法分析界膜組織的天然多聚二磷酸腺苷核糖聚合酶(PARP)溶解片段等實(shí)驗(yàn)技術(shù)證實(shí),界膜組織中存在明顯的細(xì)胞凋亡且凋亡現(xiàn)象和假體周圍骨溶解密切相關(guān)。這些現(xiàn)象均說(shuō)明磨損顆粒誘導(dǎo)的慢性炎性反應(yīng)與細(xì)胞凋亡存在一定的關(guān)系。2caspase-3誘導(dǎo)誘導(dǎo)凋亡細(xì)胞凋亡又稱程序性細(xì)胞死亡,死亡受體活化和線粒體損傷途徑是細(xì)胞內(nèi)兩條經(jīng)典的凋亡途徑,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激啟動(dòng)的凋亡途徑是近年才發(fā)現(xiàn)的一種新的凋亡途徑。細(xì)胞凋亡的發(fā)生是由caspase家族介導(dǎo)的蛋白酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)過(guò)程,凋亡的最后過(guò)程是通過(guò)caspase的激活而實(shí)現(xiàn)。caspase-3被認(rèn)為是在多種誘導(dǎo)刺激后導(dǎo)致凋亡的關(guān)鍵酶,是凋亡過(guò)程中所特有的。caspase-3的升高早于細(xì)胞發(fā)生凋亡,因此,它的活化預(yù)示著細(xì)胞凋亡執(zhí)行階段的開(kāi)始。細(xì)胞發(fā)生凋亡后雖不能釋放大量炎性介質(zhì),但在清除這些已經(jīng)死亡的細(xì)胞時(shí),巨噬細(xì)胞同樣會(huì)釋放炎性因子,引發(fā)炎性反應(yīng),而這些炎性反應(yīng)往往是假體周圍骨溶解的起始點(diǎn),當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的酶不能降解其內(nèi)的磨損產(chǎn)物時(shí),磨損產(chǎn)物被再次釋放到細(xì)胞外基質(zhì)中,導(dǎo)致更多的炎性細(xì)胞因子和蛋白水解酶的釋放,形成惡性循環(huán),從而維持甚至加劇慢性炎性反應(yīng),最終導(dǎo)致假體周圍骨溶解的發(fā)生。3帶炎性介質(zhì)的骨水泥磨損顆粒及tnf-b信號(hào)傳導(dǎo)途徑檢測(cè)無(wú)論假體采用何種材質(zhì)或何種固定方式,術(shù)后關(guān)節(jié)摩擦和微動(dòng)必然會(huì)產(chǎn)生顆粒,磨損顆粒主要有:骨水泥顆粒、超高分子聚乙烯顆粒、金屬顆粒及陶瓷顆粒等。而微粒的產(chǎn)生又會(huì)在假體周圍產(chǎn)生異物反應(yīng),激活細(xì)胞因子,加劇微動(dòng)和關(guān)節(jié)摩擦,兩者相互促進(jìn),最終導(dǎo)致假體松動(dòng)。磨損顆粒在假體周圍骨溶解的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中起著關(guān)鍵性作用。磨損顆?？烧T導(dǎo)吞噬細(xì)胞釋放IL-1α、IL-1β、IL-6、TNF-α及PGE2等炎性介質(zhì),這些炎性介質(zhì)在促進(jìn)破骨細(xì)胞分化、成熟及功能活動(dòng)過(guò)程中起著最主要作用,通過(guò)一系列生物反應(yīng),激活破骨細(xì)胞,從而刺激細(xì)胞凋亡及破骨細(xì)胞吸收骨質(zhì),造成假體周圍骨溶解,最終導(dǎo)致假體松動(dòng)。Greenfield等研究發(fā)現(xiàn)將鈦顆粒與鼠骨髓細(xì)胞或人外周血共培養(yǎng),能使破骨細(xì)胞分化的細(xì)胞因子量增加20~30倍。Ingham等將不同成分的骨水泥磨損顆粒和同位素45Ca標(biāo)記過(guò)的小鼠顱蓋骨以及U937單核細(xì)胞共培養(yǎng),結(jié)果培養(yǎng)上清液中標(biāo)志著骨溶解的45Ca在各實(shí)驗(yàn)組中均高于對(duì)照組。Warashina等將陶瓷和高分子聚乙烯等3種磨損顆粒分別直接植于小鼠的顱蓋骨上,1周后處死動(dòng)物,取顱蓋骨分析,結(jié)果顯示植入的磨損顆粒處顱蓋骨均出現(xiàn)了骨溶解,結(jié)果表明磨損顆?？梢詫?dǎo)致骨溶解。Baumann等將聚乙烯顆粒、TiALV顆粒與THP-1單核細(xì)胞共培養(yǎng),結(jié)果發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)上清液中NF-κB和TNF-α啟動(dòng)子均高于對(duì)照組,并認(rèn)為在顆粒誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞炎癥反應(yīng)直至假體周圍骨溶解的整個(gè)過(guò)程中NF-κB信號(hào)傳導(dǎo)途徑起著關(guān)鍵作用。Stea等發(fā)現(xiàn)細(xì)胞凋亡與磨損顆粒種類有關(guān),含金屬顆粒的界膜組織細(xì)胞凋亡率最高為24%,其次是超高分子聚乙烯顆粒為2.8%,陶瓷顆粒為1.5%,而不含磨損顆粒的界膜組織為6%。3.1金屬磨損3.2不同磨損顆粒誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡磨損產(chǎn)生的聚乙烯和陶瓷顆粒誘導(dǎo)吞噬細(xì)胞釋放炎性介質(zhì),通過(guò)一系列生物學(xué)反應(yīng),造成假體周圍骨溶解。Yagil-Kelmer等將陶瓷磨損顆粒與U937細(xì)胞共培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)上清液中IL-1α、IL-1β、IL-8、IL-10和TNF-α的含量明顯高于對(duì)照組。聚乙烯和陶瓷磨損顆粒誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡也參與假體無(wú)菌性松動(dòng)的病理過(guò)程。Warashina等將鈦合金、聚乙烯、氧化鋁陶瓷和氧化鋯陶瓷4種磨損顆粒植于小鼠顱骨,1周后取顱骨觀察,結(jié)果發(fā)現(xiàn)這4種磨損顆粒的骨溶解區(qū)均較對(duì)照組升高。Petit等實(shí)驗(yàn)證實(shí)聚乙烯和陶瓷顆粒能夠誘導(dǎo)TNF-α的釋放,促進(jìn)caspase-3的表達(dá)以及細(xì)胞凋亡。以上實(shí)驗(yàn)說(shuō)明聚乙烯和陶瓷顆粒也通過(guò)caspase途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡并參與無(wú)菌性松動(dòng)的過(guò)程。3.3骨水泥顆?？梢哉T導(dǎo)細(xì)胞凋亡關(guān)節(jié)置換術(shù)后會(huì)在體內(nèi)產(chǎn)生大量骨水泥顆粒,這些顆粒不能被機(jī)體清除而在界膜上聚積,從而引起一系列反應(yīng)。Horowitz等發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞吞噬骨水泥顆粒后導(dǎo)致了TNF-α的釋放并抑制巨噬細(xì)胞對(duì)H3-胸腺嘧啶的攝取,說(shuō)明此類顆粒不僅能激活巨噬細(xì)胞,而且對(duì)其具有毒性。體外研究證明,骨水泥顆?？梢哉T導(dǎo)細(xì)胞凋亡。Cimpan等發(fā)現(xiàn)骨水泥顆粒增大了人體單核細(xì)胞樣細(xì)胞株(uq37)的凋亡和死亡,用鼠成纖維細(xì)胞株(L929)做實(shí)驗(yàn),同樣發(fā)現(xiàn)增大了細(xì)胞的凋亡和壞死,其中以凋亡為主。Granchi等研究了骨水泥對(duì)淋巴細(xì)胞的影響,測(cè)試細(xì)胞的生存率、早期細(xì)胞凋亡事件、細(xì)胞前凋亡基因(pro-p53,c-myc,ICE)和抗凋亡基因(bcl-2等)的表達(dá),發(fā)現(xiàn)骨水泥有修改淋巴細(xì)胞凋亡程序的能力且與時(shí)間有關(guān)。Pioletti等證實(shí)骨水泥顆粒通過(guò)caspase途徑誘導(dǎo)成骨細(xì)胞凋亡,從而參與無(wú)菌性松動(dòng)的過(guò)程。因此,骨水泥顆粒也能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡從而參與無(wú)菌性松動(dòng)的過(guò)程4磨損微粒對(duì)骨關(guān)節(jié)炎的影響在松動(dòng)的界膜組織中存在著大量的磨損顆粒,這些磨損顆粒被吞噬后可誘導(dǎo)吞噬細(xì)胞凋亡。細(xì)胞凋亡與假體周圍骨溶解有關(guān)并參與了假體無(wú)菌性松動(dòng)的病理過(guò)程。趙建寧等發(fā)現(xiàn)聚乙烯、鈦合金、骨水泥組假體隧道邊緣的組織細(xì)胞含量明顯高于對(duì)照組,并可見(jiàn)巨噬細(xì)胞浸潤(rùn),各實(shí)驗(yàn)組組織中的TNF-α含量明顯高于對(duì)照組。磨損微粒能誘導(dǎo)TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8、PGE22和NF-κB等炎性因子的產(chǎn)生,而這些因子與骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)密切相關(guān)。Rego等認(rèn)為存在TNF-α依賴的細(xì)胞凋亡現(xiàn)象。Valdes等也認(rèn)為T(mén)NF受體家族在細(xì)胞凋亡中起到了重要作用。許多學(xué)者認(rèn)為這些因子可能與無(wú)菌性松動(dòng)的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。Schwarz等報(bào)道TNF-α基因敲除的小鼠對(duì)骨溶解有很高的耐受性。Childs等在鼠模型中阻斷TNF-α的活性,能部分抑制破骨細(xì)胞的分化和骨溶解。Godoy-Santos等認(rèn)為,IL-1β、IL-6、IL-8、PGE2和NF-κB都具有類似作用。因此,TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8、PGE2和NF-κB都參與骨溶解和無(wú)菌性松動(dòng)的過(guò)程并在其中發(fā)揮重要作用。體外實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí),聚乙烯、陶瓷、金屬、骨水泥磨損微粒能夠?qū)е录?xì)胞凋亡,界膜組織中參與炎性反應(yīng)的細(xì)胞主要是巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞、破骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞、成纖維細(xì)胞以及骨髓基質(zhì)干細(xì)胞等。4.1金屬離子檢測(cè)巨噬細(xì)胞是磨損顆粒靶向作用最重要的細(xì)胞。磨損微?？梢鸺袤w周圍巨噬細(xì)胞凋亡、壞死,刺激假體周圍活性細(xì)胞分泌各種炎性因子而介導(dǎo)假體周圍骨溶解,還可通過(guò)引起巨噬細(xì)胞調(diào)亡及破壞成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞與成纖維細(xì)胞之間的平衡等導(dǎo)致假體松動(dòng)。Haynes等發(fā)現(xiàn)鈦合金和Co-Cr微?？梢允咕奘杉?xì)胞壽命縮短,介質(zhì)釋放下降。Huk等和Catelas等在體外將Co2+和Cr3+與單核-巨噬細(xì)胞共培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)細(xì)胞死亡方式取決于金屬離子濃度和培養(yǎng)時(shí)間,體外培養(yǎng)24h可通過(guò)caspase-3途徑導(dǎo)致單核-巨噬細(xì)胞凋亡。Petit等發(fā)現(xiàn)bcl-2、caspase家族在鈷微粒誘導(dǎo)的單核-巨噬細(xì)胞凋亡調(diào)控中起著重要作用。單核或巨噬細(xì)胞的凋亡參與了假體周圍骨溶解的病理過(guò)程,此外,單核或巨噬細(xì)胞的凋亡會(huì)引起更多的單核或巨噬細(xì)胞聚集,不僅壞死的單核或巨噬細(xì)胞釋放炎性介質(zhì),而且在清除這些死亡細(xì)胞時(shí)也釋放各種炎性介質(zhì),引發(fā)大量炎性反應(yīng),而炎性反應(yīng)通常又是假體周圍骨溶解的起點(diǎn),從而加重假體周圍骨溶解和假體松動(dòng)。4.2激活破骨細(xì)胞松動(dòng)的關(guān)節(jié)與骨界面之間有一層纖維組織膜,透射電鏡下主要見(jiàn)到巨噬細(xì)胞和成纖維細(xì)胞,這兩類細(xì)胞在顆粒介導(dǎo)骨溶解過(guò)程中起重要作用。界膜組織中的巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞及多核巨細(xì)胞均具有吞噬顆粒的能力,但它們與顆粒反應(yīng)的程度和作用不盡相同。成纖維細(xì)胞吞噬磨損顆粒后會(huì)釋放許多生物活性物質(zhì),分泌一些促骨溶解因子,促進(jìn)破骨細(xì)胞分化,參與關(guān)節(jié)松動(dòng)和骨溶解的病理過(guò)程。松動(dòng)的假體周圍界膜中IL-6和TNF-α水平要明顯高于無(wú)松動(dòng)假體周圍組織。Sun等研究發(fā)現(xiàn)IL-6和TNF-α是激活成纖維細(xì)胞的主要因子。Kang等通過(guò)HE染色法在界膜中頻繁觀察到成纖維細(xì)胞的存在,被激活的成纖維細(xì)胞在巨噬細(xì)胞刺激下促進(jìn)骨吸收反應(yīng)。成纖維細(xì)胞吞噬磨損微粒后可以通過(guò)caspase途徑促進(jìn)凋亡。Olivier等發(fā)現(xiàn)聚乙烯顆?？烧T導(dǎo)成纖維細(xì)胞凋亡且與顆粒濃度相關(guān)。Renò等研究證實(shí),松動(dòng)假體界膜有成纖維細(xì)胞凋亡現(xiàn)象,caspase-8陽(yáng)性的細(xì)胞主要是成纖維細(xì)胞,對(duì)照組的感染界膜組織則無(wú)凋亡,caspase-8位于腫瘤壞死因子受體(TNFR)-1促發(fā)的凋亡途徑上游,界膜組織中存在caspase-8陽(yáng)性的成纖維細(xì)胞,表明存在TNF-α依賴的細(xì)胞凋亡,亦即成纖維細(xì)胞凋亡的原因可能是TNF-α激活caspase-8。因此,成纖維細(xì)胞的凋亡也參與到了無(wú)菌性松動(dòng)的過(guò)程中。4.3促進(jìn)骨吸收的因子雖然認(rèn)為成骨細(xì)胞為非吞噬細(xì)胞,但體外研究證實(shí)這種細(xì)胞具備吞噬功能。磨損顆?？梢鸪晒羌?xì)胞自身功能受到抑制、增殖能力減弱、胞外基質(zhì)分泌減少,進(jìn)而引起鄰近骨基質(zhì)形成減少,還可誘導(dǎo)成骨細(xì)胞凋亡。Pioletti等發(fā)現(xiàn)將3種不同成熟階段的成骨細(xì)胞與鈦、骨水泥顆粒置于體外共培養(yǎng),顆粒通過(guò)caspase途徑誘導(dǎo)成骨細(xì)胞凋亡,且細(xì)胞成熟度越低,凋亡率越高,體內(nèi)情況亦如此。成骨細(xì)胞吞噬微粒后可引起細(xì)胞凋亡,這源于吞噬微粒引起的細(xì)胞直接毒性反應(yīng)及在吞噬過(guò)程中或吞噬后,成骨細(xì)胞釋放的炎性因子對(duì)其他成骨細(xì)胞的毒性反應(yīng)(屬間接作用)。Pioletti等還發(fā)現(xiàn)成骨細(xì)胞吞噬鈦顆粒后產(chǎn)生對(duì)其他成骨細(xì)胞有毒性的物質(zhì)并誘導(dǎo)成骨細(xì)胞凋亡,提示假體周圍微環(huán)境中,顆粒在局部的聚集嚴(yán)重影響成骨細(xì)胞功能,高濃度鈦顆粒及死亡細(xì)胞釋放的可溶性因子可直接或間接引起骨溶解。局部大量磨損顆粒通過(guò)假體-骨界膜可激發(fā)巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞釋放潛在的細(xì)胞炎性介質(zhì)及其代謝副產(chǎn)物。但是破骨細(xì)胞表面不存在這些因子的受體,不能對(duì)其發(fā)生反應(yīng),而成骨細(xì)胞恰好相反。這些促進(jìn)骨吸收的因子主要通過(guò)維生素D3受體途徑、蛋白激酶A途徑以及gp130途徑等作用于成骨細(xì)胞,使成骨細(xì)胞表達(dá)骨吸收信號(hào),并通過(guò)特定的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路作用于破骨細(xì)胞前體和破骨細(xì)胞,進(jìn)而使破骨細(xì)胞分化成熟、激活,同時(shí)促進(jìn)破骨細(xì)胞從骨膜釋放、轉(zhuǎn)移、黏附到骨質(zhì)表面最終誘發(fā)溶骨作用。磨損顆粒作用于成骨細(xì)胞的生物學(xué)反應(yīng)是雙相的,且反應(yīng)程度因顆粒大小和作用時(shí)間的不同而又有所不同。Wu等發(fā)現(xiàn)鈦顆粒刺激成骨細(xì)胞產(chǎn)生大量促骨吸收因子(IL-6、ODF)的同時(shí)快速而短暫地釋放抑骨吸收因子(IL-10)。同時(shí),在對(duì)人工關(guān)節(jié)翻修術(shù)后界膜的分析時(shí),也確實(shí)發(fā)現(xiàn)其中包含一定濃度的IL-4、IL-10等抑骨吸收因子和高濃度的PGE2、TNF、IL-1和IL-6等促骨吸收因子。TNF等炎性介質(zhì)可以通過(guò)成骨細(xì)胞的凋亡參與無(wú)菌性松動(dòng)的過(guò)程。Thammasitboon等報(bào)道在牙骨中,LPS(脂多糖類)可以引起成骨細(xì)胞凋亡,并證實(shí)TNF是引起成骨細(xì)胞凋亡的中間介質(zhì)。Hock等認(rèn)為T(mén)NF引起成骨細(xì)胞凋亡,并會(huì)由此影響成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的平衡,進(jìn)而影響骨代謝。Hallab等和Cunningham等報(bào)道在脊柱內(nèi)固定時(shí),在固定物周圍的組織中TNF含量升高,細(xì)胞凋亡數(shù)目增加,并認(rèn)為和人工關(guān)節(jié)松動(dòng)一樣,存在磨損顆粒釋放后,刺激TNF等炎癥介質(zhì)分泌機(jī)制。將磨損顆粒PE、Co-Cr-Mo、Ti-6A1-4V刺激體外培養(yǎng)單核細(xì)胞thp-1可分泌TNF-α,同時(shí)將磨損顆粒刺激單核細(xì)胞thp-1的條件培養(yǎng)基在體外培養(yǎng)成骨細(xì)胞,可以引起成骨細(xì)胞凋亡。單核巨噬細(xì)胞吞噬磨損顆粒后局部分泌的TNF可以引起成骨細(xì)胞凋亡,進(jìn)一步影響成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞之間的平衡,導(dǎo)致骨溶解和骨吸收,最終引起人工關(guān)節(jié)的松動(dòng)。4.4破骨細(xì)胞在骨重建的代謝轉(zhuǎn)換過(guò)程中,破骨細(xì)胞的凋亡率對(duì)維持破骨細(xì)胞群的大小和骨組織自身平衡至關(guān)重要,破骨細(xì)胞的消失是細(xì)胞凋亡的結(jié)果。若破骨細(xì)胞凋亡過(guò)早,凋亡細(xì)胞數(shù)目增加,破骨細(xì)胞數(shù)目減少,則舊骨被吸收的范圍減少;反之,則吸收的范圍增大。MacQuarrie等研究證實(shí)在骨髓培養(yǎng)中施加5000次循環(huán)微應(yīng)力后可抑制破骨細(xì)胞分化,加入磨損顆粒后,仍進(jìn)一步抑制破骨細(xì)胞分化;單獨(dú)施加機(jī)械應(yīng)力可誘導(dǎo)破骨細(xì)胞凋亡,加入聚乙烯和骨水泥磨損顆?？梢种茟?yīng)力誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞凋亡,加入鈦顆粒和鈷、鉻顆粒則誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。機(jī)械力學(xué)變化和磨損顆粒引起的不良反應(yīng)可相互影響、相互促進(jìn)而形成惡性循環(huán),最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡和假體松動(dòng)。金屬離子的影響似乎取決于破骨細(xì)胞分化階段。Nichols等研究表明100μg/L的鈷、鉻離子能誘導(dǎo)骨髓前破骨細(xì)胞凋亡。而Rousselle等發(fā)現(xiàn)104μg/L鈷、鉻離子不會(huì)引起成熟破骨細(xì)胞凋亡。因此磨損顆粒和機(jī)械刺激相互作用,通過(guò)改變不同分化階段的破骨細(xì)胞的功能和存活從而參與到無(wú)菌性松動(dòng)的過(guò)程中。5ers與nf-b的關(guān)系及作用以往認(rèn)為微米級(jí)顆粒是誘導(dǎo)骨溶解的主要微粒,但是隨著激光捕獲顯微切割技術(shù)(LCM)和透射電鏡(TEM)的引入,在松動(dòng)界膜組織中發(fā)現(xiàn)了各種納米級(jí)微粒,包括金屬納米顆粒、陶瓷納米顆粒、高分子聚乙烯納米顆粒。由于納米級(jí)微粒更易被吞噬細(xì)胞所吞噬,因而在無(wú)菌性松動(dòng)中可能扮演了更為重要的作用。最新研究表明,納米顆?？梢栽诓煌?xì)胞系引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)(ERS)和細(xì)胞凋亡,同時(shí)產(chǎn)生明顯的生物學(xué)反應(yīng)并促進(jìn)TNF-α等炎性介質(zhì)的釋放。而ERS可以導(dǎo)致NF-κB的核易位以及TNF-α等炎性介質(zhì)的釋放。也能誘導(dǎo)ROS信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,激活NF-κB和JNK通路并能產(chǎn)生急性炎癥相關(guān)因子,而這些炎性因子與無(wú)菌性松動(dòng)關(guān)系密切。此外,缺氧和氧化應(yīng)激導(dǎo)致的細(xì)胞氧化還原規(guī)律的失調(diào)也能觸發(fā)ERS。種種跡象表明,ERS可能與納米顆粒誘導(dǎo)的骨溶解之間有著一定的關(guān)系。Wang等研究發(fā)現(xiàn)在金屬納米磨損顆粒處理過(guò)的巨噬細(xì)胞、骨溶解動(dòng)物模型的骨膜組織以及臨床上的假體松動(dòng)標(biāo)本中ERS的標(biāo)志物顯著升高。應(yīng)用ERS特異性抑制劑4-PBA大大減少了納米顆粒粒子在體外和體內(nèi)的炎癥性細(xì)胞因子表達(dá)。此外,在金屬納米磨損顆粒處理過(guò)的巨噬細(xì)胞內(nèi)IL-1β、IL-6、TNF-α等松動(dòng)相關(guān)細(xì)胞因子表達(dá)水平上調(diào),加入4-PBA后細(xì)胞因子表達(dá)降低;在PIO動(dòng)物模型內(nèi),應(yīng)用4-PBA能顯著抑制破骨細(xì)胞的分化并減少溶骨反應(yīng)。因此,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)在納米磨損顆粒誘導(dǎo)骨溶解中起著關(guān)鍵作用。雖然對(duì)納米顆粒及其產(chǎn)物的細(xì)胞毒性機(jī)制仍不很清楚,但隨著研究的進(jìn)展,納米顆粒在細(xì)胞攝取及其隨后的生理反應(yīng)中的作用已逐漸被人們所熟知?？墒?對(duì)于假體周圍產(chǎn)生的磨損微粒能否引發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)并誘導(dǎo)骨溶解還有待進(jìn)一步的研究。抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)有可能成為無(wú)菌性松動(dòng)新的治療方法。6細(xì)胞凋亡及其基因調(diào)控人工關(guān)節(jié)置換隨著假體植入時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)在體內(nèi)產(chǎn)生大量的磨損顆粒,這些理化性質(zhì)穩(wěn)定的磨損顆粒在與界膜組織周圍的細(xì)胞接觸或被吞噬后可誘導(dǎo)假體周圍界膜的慢性炎癥反應(yīng),引起細(xì)胞凋亡或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng),最終導(dǎo)致假體周圍骨溶解以及無(wú)菌性松動(dòng)的發(fā)生。由于不會(huì)引起炎癥反應(yīng),細(xì)胞凋亡或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可能是未來(lái)無(wú)菌性松動(dòng)新的治療方法。人工關(guān)節(jié)無(wú)菌性松動(dòng)是一個(gè)多因素相互作用、相互調(diào)節(jié)的極為復(fù)雜的過(guò)程。而磨損微粒引起的細(xì)胞凋亡引起無(wú)菌性松動(dòng)是近年來(lái)新的發(fā)現(xiàn),許多因素仍未確