大骨節(jié)病發(fā)病機制研究進展

趙松，泮學貞，苗飛翔，李恒，蘇瑞平，吳學元，易智(通信作者*)

(1.西安醫(yī)學院，陜西 西安 710021；2.陜西省人民醫(yī)院骨科病院，陜西 西安 710068)

1 大骨節(jié)病發(fā)病機制的研究現(xiàn)狀

大骨節(jié)病發(fā)病機制假說眾多，但截至目前沒有被所有學者認同和接受的發(fā)病機制。過去150 年里，專家學者們提出了三種環(huán)境假說：硒缺乏、谷物真菌毒素污染以及飲水有機物腐殖酸污染[4-5]。但均不能完美闡釋或論證大骨節(jié)病的發(fā)病機制。因為這些理論不能完美地解釋暴露于相同環(huán)境危險因素中同一地區(qū)居民中大骨節(jié)病發(fā)病率之間的可變差異。如西藏某地區(qū)，同樣的飲食結(jié)構(gòu)和習慣，但人群中大骨節(jié)病發(fā)病率存在顯著差異[6]。目前大家已經(jīng)普遍認為大骨節(jié)病的發(fā)病機制是由于飲用水有機物污染、T-2 毒素、低硒環(huán)境等多因素和多個遺傳基因異常導致表觀遺傳改變共同作用下導致發(fā)病[7,8]。但最新研究發(fā)現(xiàn)某種病毒可能參與導致大骨節(jié)病的發(fā)生[9]。

2 發(fā)病機制

2.1 飲水有機物腐殖酸污染

飲水中的有機物腐殖酸污染假說在研究中也有了更多的認知。大量的證據(jù)表明：飲用水腐殖酸污染不是大骨節(jié)病發(fā)病的直接或者間接原因，某種程度而言甚至不能成為大骨節(jié)病發(fā)病的危險因素。雖然在大骨節(jié)病流行地區(qū)飲用水的檢查中發(fā)現(xiàn)了高水平的腐殖酸和黃腐酸[10]，但是在動物實驗中，有機酸對軟骨細胞的影響卻得到完全不同的結(jié)果[11,12]。流行病學調(diào)查顯示，居住在同一地區(qū)并飲用相同的井水，漢族人大骨節(jié)病發(fā)病率高于朝鮮族[13]。顯然，飲用水的有機污染不是大骨節(jié)病發(fā)生的決定性因素，只能是證明大骨節(jié)病流行區(qū)存在飲水有機酸污染。然而，當國家完成對大部分大骨節(jié)病地區(qū)的淺層地下水都被深井或自來水所取代后，實際上已經(jīng)終止了飲用水的有機污染。結(jié)合在動物實驗研究中發(fā)現(xiàn)腐殖酸污染的飲用水，并沒有對實驗對象產(chǎn)生類似于人類大骨節(jié)病的病理變化，因此目前對于飲水中的有機物腐殖酸污染假說持有保留。

2.2 低硒因素

流行病學調(diào)查顯示[14,15]：大骨節(jié)病主要分散在從東北亞至中國西北部、西南部及西藏青海這一斜形條帶中，并且這些地區(qū)與我國硒元素貧瘠區(qū)域分布帶存在廣泛交集。已證實，在大骨節(jié)病病區(qū)飲用水、農(nóng)產(chǎn)品作物、土壤中存在嚴重的硒元素缺乏現(xiàn)象，含量明顯低于非大骨節(jié)病區(qū)域[16]。研究發(fā)現(xiàn)大骨節(jié)病患者血液、頭發(fā)和尿液中的硒水平遠低于正常人群[17]。陸等[18]分析了中國四川阿壩地區(qū)巖石、水和土壤中硒的分布，發(fā)現(xiàn)實際土壤中硒元素的平均含量為0.139μg/g，低于中國土壤中硒含量的平均值(0.216μg/g)[19]。硒與人體新陳代謝有著密切的關(guān)系，硒主要以硒蛋白的形式存在于人體中[20]。人體硒缺乏會導致脂質(zhì)過氧化反應增強，使細胞核和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)退化，甚至加速細胞凋亡[21]。Rina[22]發(fā)現(xiàn)，當人體內(nèi)低硒時，會導致細胞中膠原蛋白和蛋白聚糖合成減少，改變軟骨細胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能。同樣地，在合理的范圍內(nèi)補充硒元素時可以保護軟骨細胞免受損傷。盡管如此，補硒并不。能完全預防大骨節(jié)病的發(fā)生，大骨節(jié)病發(fā)病率也可以在環(huán)境中硒元素含量狀態(tài)沒有任何變化的情況下下降[23]。當環(huán)境中缺硒，會在某些條件下引起大骨節(jié)病的發(fā)生，但是缺硒環(huán)境下不一定必然發(fā)生大骨節(jié)病，兩者之間沒有絕對的聯(lián)系。盡管如此，也沒有直接證據(jù)可以否認補充硒元素可以預防大骨節(jié)病的發(fā)生。最后，已經(jīng)證實硒元素缺乏是大骨節(jié)病發(fā)病的重要危險因素，但不是發(fā)病的直接或原始原因[15,24]。

2.3 T-2 毒素污染

除了低硒，儲藏谷物霉變過程中的真菌代謝產(chǎn)物，如擬枝孢鐮刀菌產(chǎn)生的T-2 毒素也可能參與大骨節(jié)病的發(fā)病。并且T-2 毒素污染，已知與動物和人類的多種疾病有關(guān)。班伯格[25]于1968 年首次分離出T-2 毒素，并發(fā)現(xiàn)它具有廣泛的生物的活性。大量的研究證實，T-2 毒素與大骨節(jié)病密切相關(guān)。根據(jù)糧食真菌毒素污染假說，被污染的食物會導致機體發(fā)生慢性食物中毒，這種狀態(tài)下，會造成機體軟骨損害。體外實驗發(fā)現(xiàn)，隨著T-2 毒素濃度升高，會導致軟骨細胞增殖率嚴重下降，同時加速軟骨細胞凋亡[26]。此外，T-2 毒素還顯示出加速軟骨蛋白聚糖降解的作用，但也同時發(fā)現(xiàn)可以通過補充硒元素來拮抗和預防軟骨蛋白聚糖降解[27]。T-2 毒素的影響同樣在動物實驗模型中得到驗證。與正常飼料相比，摻有T-2 毒素的低硒飼料會干擾小鼠膝關(guān)節(jié)軟骨細胞的正常代謝，導致膝關(guān)節(jié)軟骨壞死[28]。同樣，低硒加T-2 毒素飼料還能延緩大鼠干骺端小梁骨的形成[29]，這點和大骨節(jié)病患者長骨干骺端異常增生和壞死所導致身材矮小甚至殘疾在一定程度上不謀而合。此外，姜等[30]通過給大鼠喂食大骨節(jié)病地方性飲食一段時間后，解剖大鼠，在實驗鼠的骨和干骺端發(fā)現(xiàn)類似人大骨節(jié)病壞死的異常改變。更為重要的是在硒元素和T-2 毒素之間存在一定的相關(guān)性，硒元素含量高低在一定范圍內(nèi)影響了T-2 毒素的毒力。Cheng 等[20]研究發(fā)現(xiàn)：硒元素含量低，T-2毒素產(chǎn)量就會增加，相反，補充一定的硒元素，T-2 毒素的相對毒性會降低。這也間接的反映了大骨節(jié)病的病因不是單一因素，而是多因素作用下導致發(fā)病。

2.4 遺傳因素與表觀遺傳改變假說

遺傳基因?qū)Υ蠊枪?jié)病的影響逐漸成為目前研究的重點，并且已經(jīng)取得相當大的研究成果。郭等[31]人研究發(fā)現(xiàn)，親代患病，子一代發(fā)病率常＞10%，后代的患病常以血緣關(guān)系集中分布，并且雙親患病的后代發(fā)病率遠高于單親患病后代。以上研究某種程度地將大骨節(jié)病的患病指向了環(huán)境中的相關(guān)風險因素與某些遺傳基因在特定的條件下導致了大骨節(jié)病的發(fā)病。Yang 等[32]人研究發(fā)現(xiàn)基因HLA-DRB1 和CD2AP被確定為大骨節(jié)病的易感基因，并且經(jīng)過驗證證實：(HLA)-DRB1 基因中的兩個位點和CD2 相關(guān)蛋白基因中的一個位點與大骨節(jié)病發(fā)生有顯著的統(tǒng)計學關(guān)聯(lián)。史曉薇等[33]研究對比KBD 患兒和健康兒童全血DNA 發(fā)現(xiàn)：COL11A1 基因多態(tài)性與兒童KBD 的易患性有關(guān)，2229783 位點上等位基因A 可能降低了KBD 易患性，位點rs1135056 上基因型AA 參與增加KBD 易患性。Shi 等[34]在家族性聚集的大骨節(jié)病的發(fā)病中，發(fā)現(xiàn)35.10%的病例可歸因于大骨節(jié)病的多態(tài)性變異。但也有完全不同于以上的研究報道，Yang 等[35]人通過對大骨節(jié)病的遺傳流行病學的薈萃分析揭示沒有特定的基因變異與大骨節(jié)病之間存在任何直接聯(lián)系。

隨著基因組學研究在大骨節(jié)病中的不斷深入，發(fā)現(xiàn)大骨節(jié)病與表觀遺傳改變密不可分[36]。表觀遺傳基因序列一般不變，但是異常的基因表達可在后代中遺傳。Wang 等[37]人通過測定大骨節(jié)病和骨關(guān)節(jié)炎患者及正常人膝關(guān)節(jié)軟骨全基因組甲基化譜，實驗共鑒定了1212 個差異甲基化CpG 位點，發(fā)現(xiàn)了264 個高甲基化和368 個低甲基化基因并且通過與正常人的DNA 甲基化譜比較，檢測到367 個差異甲基化CpG 位點的重疊，以及845 個大骨節(jié)病特異性差異甲基化CpG 位點。同樣的Ma 等[38]人通過串聯(lián)飛行時間質(zhì)譜蛋白質(zhì)分析技術(shù)發(fā)現(xiàn)：大骨節(jié)病軟骨細胞培養(yǎng)物中的27 種蛋白質(zhì)存在統(tǒng)計學顯著差異，這些蛋白質(zhì)主要涉及細胞氧化還原穩(wěn)態(tài)和應激反應、細胞運動和細胞骨架組織，這些相關(guān)蛋白異常表明大骨節(jié)病關(guān)節(jié)軟骨中細胞骨架重塑、糖代謝和氧化應激存在異常。表觀遺傳失調(diào)一定程度地反應了大骨節(jié)病患者與正常人群比較雖然沒有特定的遺傳基因改變的發(fā)生，但是特異性差異的甲基化位點或者蛋白質(zhì)的異常表達等仍會遺傳給后代，導致在特定的條件下后代患大骨節(jié)病的風險高于正常人群。

2.5 病毒病因假說

畢[9]的研究中提出：大骨節(jié)病關(guān)節(jié)、軟骨病變是某病毒引起的全身性傳染病的一部分。并且經(jīng)過多年實驗研究及實驗驗證，發(fā)現(xiàn)大骨節(jié)病患者血漿可導致大骨節(jié)病軟骨損傷壞死發(fā)生，并且通過電鏡在患者白細胞內(nèi)多次發(fā)現(xiàn)同種病毒存在，并證實該病毒導致大骨節(jié)病軟骨細胞壞死發(fā)生[39,40]。

3 大骨節(jié)病研究展望

大骨節(jié)病作為一種疾病目前已經(jīng)得到有效控制，整合目前的大部分研究發(fā)現(xiàn)低硒、T-2 毒素、飲食條件和飲食習慣等環(huán)境危險因素和多個基因異常共同作用導致大骨節(jié)病的發(fā)生，最新的觀點在多年研究支撐后表示：病毒在大骨節(jié)病發(fā)生過程中扮演了重要角色，這無疑是一種值得關(guān)注和深入研究的病因。目前大部分大骨節(jié)病患者已經(jīng)進入或逐漸進入老齡化階段，疾病所帶來的痛苦和不便日益加重，而解除和減輕現(xiàn)存約80 萬大骨節(jié)病患者就醫(yī)和病痛困境也許將會成為現(xiàn)在和未來大骨節(jié)病研究的重中之重，更是現(xiàn)有大骨節(jié)病患者所期待的。