中藥預防髖關(guān)節(jié)假體無菌性松動的生物學研究進展

張云鵬，孫　闖，逯代鋒，何立民，董　鋒(綜述)，廉永云※(審校)

(1.哈爾濱醫(yī)科大學附屬第四醫(yī)院骨五科，哈爾濱 150001; 2.包頭市第四醫(yī)院骨二科，內(nèi)蒙古 包頭 014030)

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中藥預防髖關(guān)節(jié)假體無菌性松動的生物學研究進展

張云鵬1△，孫闖1，逯代鋒1，何立民2，董鋒1(綜述)，廉永云1※(審校)

(1.哈爾濱醫(yī)科大學附屬第四醫(yī)院骨五科，哈爾濱 150001; 2.包頭市第四醫(yī)院骨二科，內(nèi)蒙古 包頭 014030)

摘要：人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)應用于關(guān)節(jié)功能可重建和改善患者的生活質(zhì)量，但產(chǎn)生的并發(fā)癥嚴重影響手術(shù)后的功能恢復，假體的無菌性松動是人工髖關(guān)節(jié)術(shù)后失敗的主要原因之一。核因子κB受體活化因子(RANK)-PANK配體(RANKL)-骨保護素(OPG)系統(tǒng)，白細胞介素1、腫瘤壞死因子等炎性因子，破骨細胞與成骨細胞等都是影響人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后假體無菌性松動的重要生物學因素。中藥對RANK-RANKL-OPG系統(tǒng)、炎性因子、破骨細胞與成骨細胞增殖具有一定的影響，但目前對中藥中提取物的研究不夠深入，需要進一步通過分子生物學研究來驗證。

關(guān)鍵詞：中藥；髖關(guān)節(jié)假體；無菌性松動；核因子κB受體活化因子-核因子κB受體活化因子配體-骨保護素系統(tǒng)；破骨細胞

髖關(guān)節(jié)置換術(shù)是當前治療陳舊性股骨頸骨折、股骨頭缺血性壞死、退行性骨關(guān)節(jié)炎、類風濕關(guān)節(jié)炎、髖關(guān)節(jié)強直和先天性髖關(guān)節(jié)脫位等最常用的手術(shù)方法。每年有大量接受手術(shù)的患者，許多患者從髖關(guān)節(jié)重建中受益，包括避免或降低了殘疾率的發(fā)生，提高了生活質(zhì)量。但術(shù)后并發(fā)癥的出現(xiàn)也成為廣大外科醫(yī)師關(guān)注的問題，在髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的早期階段，最重要的并發(fā)癥是感染，但隨著術(shù)前術(shù)后無菌觀念的加強，髖關(guān)節(jié)假體無菌性松動成為髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后最常見的并發(fā)癥。而引起假體遠期無菌性松動的原因是多方面的，其中生物性因素主要是指存在于關(guān)節(jié)內(nèi)和關(guān)節(jié)周圍的磨損碎屑誘導的細胞活化反應、細胞因子釋放及其酶類激活等生物反應導致假體周圍骨溶解及無菌性松動[1]?，F(xiàn)對中藥預防髖關(guān)節(jié)假體無菌性松動的生物學研究進展進行綜述。

1關(guān)節(jié)假體松動生物學機制

1.1細胞生物學機制磨損顆粒引發(fā)的假體周圍骨溶解有細胞參與，其中可能存在一個復雜的網(wǎng)絡狀發(fā)病機制。雖然這一發(fā)病機制有多種不同類型的單一細胞參與，但是各類細胞之間的相互作用，最終決定了磨損顆粒的細胞微生物效應。

1.1.1破骨細胞破骨細胞行使骨吸收功能，與成骨細胞在功能上相對應。兩者協(xié)同，在骨骼的發(fā)育和形成過程中發(fā)揮重要作用。高表達的抗酒石酸酸性磷酸酶和組織蛋白酶K是破骨細胞主要標志。前體破骨細胞經(jīng)分化成為具有骨吸收能力的破骨細胞。前體破骨細胞經(jīng)趨化因子作用向假體周圍聚集，而趨化因子可能由磨損顆粒經(jīng)過成纖維細胞和巨噬細胞共同作用激活表達。鈦顆?？芍苯右种魄绑w破骨細胞中γ干擾素傳導途徑以及白細胞介素(interleukin,IL)6的信號轉(zhuǎn)導，進而抑制前體破骨細胞的分化。核因子κB受體活化因子(receptor activator of nuclear factor kappa B，RANK)配體(RANK ligand，RANKL)-骨保護素(osteoprotegerin,OPG)的比值通過磨損顆粒介導的IL-1、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α,TNF-α)的調(diào)整從而介導前體破骨細胞向破骨細胞的分化[2]。

1.1.2成骨細胞成骨細胞是骨形成的主要功能細胞，負責骨基質(zhì)的合成、分泌和礦化。骨不斷地進行著重建，骨重建過程包括破骨細胞黏附在舊骨區(qū)域，分泌酸性物質(zhì)溶解礦物質(zhì)，分泌蛋白酶消化骨基質(zhì)，形成骨吸收陷窩；其后，成骨細胞移行至被吸收部位，分泌骨基質(zhì)，骨基質(zhì)礦化而形成新骨。破骨與成骨過程的平衡是維持正常骨量的關(guān)鍵。Purdue等[3]研究發(fā)現(xiàn)，金屬或聚乙烯顆粒能抑制成骨細胞中Ⅰ型膠原和Ⅲ型膠原的產(chǎn)生；聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥顆粒能使成骨細胞的增殖降低；成骨細胞活性的降低與鈦顆粒介導的細胞凋亡有關(guān)。

1.2分子生物學機制

1.2.1RANK-RANKL-OPG系統(tǒng)成骨細胞表達的RANKL與前體破骨細胞表達的RANK結(jié)合后，促進前體破骨細胞向破骨細胞分化。RANKL的假性受體OPG，通過與RANKL結(jié)合后抑制破骨細胞的活化與聚集。骨的吸收與形成平衡的建立受RANK-RANKL-OPG系統(tǒng)調(diào)節(jié)破骨細胞和成骨細胞的活性[4]。

1.2.2IL-1IL-1在傳遞信息，激活與調(diào)節(jié)免疫細胞，介導T、B細胞活化、增殖與分化及在炎癥反應中起重要作用。IL-1是在假體松動過程發(fā)揮重要作用的骨吸收因子。Lomaga等[5]研究證實，前體破骨細胞通過預激活表達c-Fos后，IL-1可直接影響破骨細胞形成。前體破骨細胞在骨基質(zhì)蛋白影響下與骨面接觸后分泌產(chǎn)生IL-1，從而介導自身向破骨細胞分化引起骨吸收。IL-1可促進成骨細胞產(chǎn)生RANKL，間接影響破骨細胞的形成，但不能直接影響前體破骨細胞的分化，而是細胞內(nèi)的腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6和原癌基因c-Src信號系統(tǒng)受到IL-1的交叉作用調(diào)節(jié)破骨細胞，從而達到調(diào)控破骨細胞骨架重組的目的。

2傳統(tǒng)中醫(yī)中藥理論

中醫(yī)理論記載“腎主身之骨髓”(《素問·四時刺逆從論》)，《醫(yī)精經(jīng)義》曰“腎藏精，精生髓，髓生骨，故骨者腎之所主也；髓由腎精所生，精足則髓足，髓足者則骨強”?！端氖バ脑础匪f：“髓骨者，腎水之所生也，腎氣盛則髓骨堅凝而輕利?！比裟I精不足，骨髓化生乏源，骨失所養(yǎng)，則骨骼脆弱無力，在小兒，則見骨軟無力，囪門遲閉，發(fā)育遲緩；在成人，則見腰膝酸軟，肢軟無力，或骨質(zhì)脆弱，易于骨折等癥。骨骼的強弱是由腎中精氣的盛衰決定的。西醫(yī)中的神經(jīng)系統(tǒng)、免疫內(nèi)分泌系統(tǒng)都包含在中醫(yī)中的“腎”，故在骨代謝的調(diào)控中主要應用補腎類中藥。下面列出幾種祖國傳統(tǒng)中藥的治療效果及作用機制。

2.1三七三七性溫，味辛，具有散淤止血、消腫定痛的功效。三七總皂苷是三七的有效成分，具有抗氧化、抗炎、調(diào)節(jié)血管及類雌激素活性作用[6-8]，能增加骨密度和強度，減輕卵巢切除大鼠的骨質(zhì)疏松[9]。骨髓基質(zhì)細胞是骨骼系統(tǒng)中表達分泌OPG、RANKL的主要來源之一[10-11]。三七總皂苷對大鼠骨髓基質(zhì)細胞OPG/RANKL表達比的影響研究顯示，三七總皂苷可劑量依賴性促進骨髓基質(zhì)細胞的成骨基因的表達及成骨分化[12-13]。

2.2斷續(xù)斷續(xù)具有補肝腎、強健筋骨的作用。Wong等[14]研究表明，續(xù)斷能有效增加骨密度，改善骨形態(tài)計量學，達到防治骨質(zhì)疏松的目的。續(xù)斷含有豐富的錳、鋅等微量元素，而這些微量元素是膠原超氧化歧化酶的重要輔酶，對成骨細胞活動起積極的調(diào)節(jié)作用[15]。續(xù)斷總苷可促進成骨細胞的增生[16]，促進成骨細胞堿性磷酸酶分泌，促進成骨細胞增殖與分化[17]。

2.3淫羊藿淫羊藿具有補腎壯陽、強筋健骨、祛風濕的作用。淫羊藿提取物淫羊藿苷可顯著提高骨形成蛋白2、核心結(jié)合因子1/Runx2及OPG基因的表達，并輕度下調(diào)RANKL的表達，起到促進骨形成的作用[18]。將淫羊藿苷注入去勢C57BL/6小鼠體內(nèi)，連續(xù)6周可提高脛骨部OPG/RANKL比值，抑制脛骨骨量的流失，提高雌激素依賴的細胞堿性磷酸酶的活性[19]。淫羊藿苷由淫羊藿次苷經(jīng)過復雜反應分解為淫羊藿素[20]。淫羊藿素具有較強的促進成骨細胞增殖分化及增加鈣吸收的能力，能提高OPG/RANKL的比值[21]。淫羊藿通過減少TNF、粒細胞集落刺激因子、IL-1等炎性因子的分泌和使破骨細胞內(nèi)Ca2+濃度降低，直接或間接影響破骨細胞的增殖[22]。

2.4杜仲杜仲具有補肝腎、強筋骨、健腰膝、降血壓等功效。杜仲中的主要成分木質(zhì)素類、環(huán)烯醚萜類、黃酮類，均對骨質(zhì)疏松癥有積極的防治作用。鄒宇云等[23]和羅先濤[24]研究證明，杜仲水提液可明顯促進大鼠成骨細胞增殖和促進堿性磷酸酶分泌。Zhang等[25]研究表明，杜仲可抑制去卵巢大鼠的骨質(zhì)疏松癥，且可明顯減少骨密度的降低。

2.5碎骨補碎骨補具有補腎壯骨、續(xù)傷止痛的功效，對腎虛腰痛、跌打閃挫、筋骨折傷和風濕痹痛具有顯著療效。蔡春水等[26]將骨碎補總黃酮灌入新西蘭兔胃1 h后, 取外周血, 分離含藥物的血清, 同時制備單核細胞, 研究表明骨碎補總黃酮能抑制TNF-α、IL-1等由骨水泥微粒刺激的單核細胞分泌的溶骨性細胞因子。

2.6當歸當歸具有補血活血，祛風止痛，提高人體免疫力等作用。當歸提取物之一阿魏酸能在信使RNA 分子水平降低TNF-α、IL-1β、基質(zhì)金屬蛋白酶1 等炎性因子的表達與轉(zhuǎn)錄[27]；而當歸的另一提取物Z型川芎內(nèi)酯通過抑制核因子κB 激活從而降低IL-6、巨噬細胞炎癥蛋白2、TNF-α等炎性因子的生成。Chao等[28]研究表明，當歸減少破骨細胞形成是通過抑制和降低 TNF-α 和 IL-1β 以及巨噬細胞吞噬磨損顆粒后產(chǎn)生的炎性因子，進而降低骨溶解的發(fā)生率。

3結(jié)語

隨著祖國傳統(tǒng)中藥在當前臨床治療上的比重增加，并且因廣大的醫(yī)療工作者對祖國傳統(tǒng)中藥的藥理學和作用機制研究的深入，中藥在細胞生物學與分子生物學層面的治療研究方面得到跨越式發(fā)展，使中藥在預防髖關(guān)節(jié)人工假體無菌性松動方面也得到長遠的進步，比如中藥影響破骨細胞和成骨細胞的形成；對RANK-RANKL-OPG系統(tǒng)的影響中通過促進OPG和抑制RANK-RANKL表達；抑制TNF-α、IL-1等溶骨性細胞因子。中藥價廉物美，不良反應小，是中華民族與疾病長期斗爭中用藥經(jīng)驗的總結(jié)，其歷史悠久，品種繁多，不僅大量文獻可考證，而且療效確切，在國際上也受到廣泛關(guān)注。但中藥在很多藥理和作用機制方面還需要進一步研究與探討，與此同時中成藥材制劑的臨床應用還需要進一步驗證。

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Biological Research Progress of Chinese Medicine to Prevent Hip Prosthesis Aseptic Loosening

ZHANGYun-peng1,SUNChuang1,LUDai-feng1，HELi-ming2，DONGFeng1，LIANYong-yun1.

(1.DepartmentFiveofOrthopedics,theFourthAffiliatedHospitalofHarbinMedicalUniversity,Harbin150001,China; 2.OrthopedicsDepartmentTwo,BaotouFourthHospital,Baotou014030,China)

Abstract：Total hip arthroplasty application in joint function can reconstruct and improve the quality of life of patients,however, serious complications may affect the functional recovery after surgery,and aseptic loosening of the prosthesis is one of the major reasons for hip surgery failure.RANKL/RANK/OPG system,IL-1,TNF inflammatory cytokine production, osteoclasts and osteoblasts are important biological factors for hip replacement surgery aseptic loosening.Chinese medicine has a certain impact on RANK/RANKL/OPG system,inflammatory cytokines,osteoclasts and osteoblast proliferation,but the study of traditional Chinese medicine extracts is not deep enough,and further molecular biological study is needed for verification.

Key words：Traditional Chinese medicine; Hip prosthesis; Aseptic loosening；Receptor activator of nuclear factor κ B-receptor activator of nuclear factor κ B ligand-osteoprotegerin; Osteoclasts

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收稿日期：2014-06-14修回日期：2014-10-16編輯：相丹峰

基金項目：黑龍江省教育廳科學技術(shù)研究項目(12521257)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.07.013

中圖分類號：R681

文獻標識碼：A