張杰，曹建澤，劉永飛，趙海燕

（1.蘭州大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，甘肅蘭州 730000；2.蘭州大學(xué)第一醫(yī)院骨科，甘肅蘭州 730000）

由于臨床中治療風(fēng)濕病、免疫相關(guān)疾病、脊髓休克等疾病時(shí)會(huì)大劑量、長(zhǎng)期使用糖皮質(zhì)激素（glucocorticoids, GCs），導(dǎo)致激素誘導(dǎo)性股骨頭壞死（steroid-induced osteonecrosis of the femoral head, SONFH）發(fā)病率逐年上升，已成為股骨頭壞死發(fā)生的主要原因。研究發(fā)現(xiàn)，SONFH 與GCs 的劑量和用藥時(shí)間呈正相關(guān)，每日GCs 劑量40 mg 且用藥時(shí)長(zhǎng)超過3個(gè)月，有5%～40%患者發(fā)生骨壞死，且每日劑量增加10 mg，會(huì)使SONFH 發(fā)生率增加4%［1］。由于目前GCs 在臨床治療中的不可替代性，必須不斷探究SONFH 的發(fā)病機(jī)制，為防治SONFH 提供理論依據(jù)，隨著研究的不斷深入，SONFH 的發(fā)病機(jī)制也逐漸清晰，本文對(duì)SONFH 的發(fā)病機(jī)制進(jìn)行綜述，為SONFH的防治提供依據(jù)。

1 內(nèi)皮細(xì)胞受損/凝血異常及血栓形成傾向

SONFH 進(jìn)展過程中血栓形成、凝血酶異常及內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙導(dǎo)致骨組織微循環(huán)障礙，進(jìn)而引發(fā)骨缺氧及骨營養(yǎng)物質(zhì)缺乏的連鎖效應(yīng)，致使股骨頭抗壓能力減弱甚至消失，最終出現(xiàn)不同程度股骨頭塌陷。內(nèi)皮細(xì)胞主要是指骨微血管內(nèi)皮細(xì)胞（bone microvascular endothelial cells, BMECs）和內(nèi)皮祖細(xì)胞（endothelial progenitor cells, EPCs） 可分化為 BMECs。BMECs 分布于骨微血管和骨竇的內(nèi)表面，維持股骨頭局部的血液供應(yīng)。該細(xì)胞通過分泌血管活性物質(zhì)調(diào)節(jié)血管的收縮及舒張，是骨微循環(huán)物質(zhì)交換和血流穩(wěn)定的基礎(chǔ)，同時(shí)參與新生骨及血管的生成［2］。股骨頭血液供應(yīng)減少為股骨頭壞死發(fā)生的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此BMECs 受損可能為股骨壞死發(fā)生的關(guān)鍵因素。持續(xù)高劑量GCs 的攝入能夠誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙。Tao［3］的研究表明甲基強(qiáng)的松龍（methylprednisolone,MPS）可通過調(diào)節(jié)因子細(xì)胞色素C、促凋亡蛋白（Bad）/抗凋亡蛋白（Bcl-xL）和促凋亡復(fù)合物的形成及活性氧（reactive oxygen species,ROS）增加導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞損傷，從而出現(xiàn)功能障礙，明顯抑制血管生成導(dǎo)致股骨頭的血供異常。同時(shí)，Zuo［4］提出GCs 可導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞中連接調(diào)節(jié)蛋白過表達(dá)誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞中Bax 及VE-cad 的上調(diào)，從而誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞損傷的發(fā)生，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)性能的降低。Peng［5］的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，GCs 可通過激活ROS/JNK/c-Jun 信號(hào)通路，誘導(dǎo)成骨細(xì)胞損傷及功能障礙，促進(jìn)SONFH 的發(fā)生和發(fā)展。此外，他們還為3-甲基腺嘌呤（3-methyladenine,3-MA）作為SONFH 治療的潛在治療價(jià)值提供了證據(jù)。有研究表明，淫羊藿苷可以有效調(diào)控SONFH 中BMECs 中miRNA-23b 的表達(dá)失衡，保護(hù)BMECs 功能，其結(jié)果可能為理解SONFH 的發(fā)病機(jī)制和開發(fā)治療方法提供新的方向［6］。此外有研究指出，在MPS 刺激下，細(xì)胞活力、NO 生成和血管形成降低，凋亡率增加。同時(shí)，MPS 降低了p-PI3K、p-AKT 和p-NOS 的表達(dá)水平［7］。銀杏葉提取物EGB 可提高這些蛋白的表達(dá)水平，抑制細(xì)胞凋亡，恢復(fù)細(xì)胞功能，有助于治療SONFH［8］。Liu［9］的實(shí)驗(yàn)顯示，SONFH 的模型大鼠血漿粘度增加、血脂升高、促炎細(xì)胞因子水平升高，血液處于高凝狀態(tài)，血栓形成傾向明顯增加，新生血管數(shù)量降低，骨完整性明顯受損。長(zhǎng)期大劑量的使用GCs 會(huì)導(dǎo)致血漿纖溶酶原激活物抑制劑增加，組織纖溶酶原激活物活性降低，纖溶途徑抑制，進(jìn)而導(dǎo)致血液高凝狀態(tài)，血栓形成傾向增加。

2 氧化應(yīng)激與活性氧機(jī)制

氧化應(yīng)激主要是由于線粒體損傷并釋放大量ROS，造成內(nèi)源性氧化防御機(jī)制的失調(diào)，ROS 過量將導(dǎo)致細(xì)胞與血管功能障礙，從而導(dǎo)致股骨頭血供減弱進(jìn)而發(fā)生壞死。Chen［10］的研究指出，GCs 會(huì)導(dǎo)致骨代謝細(xì)胞中氧化應(yīng)激的增加，而氧化應(yīng)激中起主要作用的是ROS，Kubo［11］的研究指出，ROS 誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激通過改變骨代謝相關(guān)細(xì)胞的功能，如間充質(zhì)干細(xì)胞（bone marrow mesenchymal stem cell,BMSC）、成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞和骨細(xì)胞對(duì)骨穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生不利影響。Fan［12］的研究指出，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸還原形式氧化酶（NOX）的亞型NOX1、NOX2 和NOX4在SONFH 骨細(xì)胞氧化損傷中發(fā)揮了重要作用。在體內(nèi)，結(jié)果顯示，NOX2 的表達(dá)明顯增加。大量研究顯示，GCs 不僅會(huì)誘導(dǎo)單?；视椭久敢种瓶寡趸穔eap1/Nrf2 的激活，造成BMSC 的高氧化應(yīng)激，促使細(xì)胞死亡，而且導(dǎo)致編碼抗氧化酶基因（CAT、NQO1 和HMOX1）以及抗氧化酶（包括過氧化氫酶、γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶和超氧化物歧化酶1）等在壞死骨中的表達(dá)下調(diào)，引起股骨頭壞死區(qū)的高氧化應(yīng)激，而過表達(dá)的ROS，又可引起破骨細(xì)胞中RANKL 和組織蛋白酶K 等相關(guān)蛋白的明顯增加，誘導(dǎo)破骨細(xì)胞的募集及激活，導(dǎo)致骨質(zhì)大量流失，最終引起SONFH 的發(fā)生［13，14］。有學(xué)者指出，間充質(zhì)干細(xì)胞擁有良好的增殖與分化能力，可作為SONFH 生物治療的首選［15］。Liang［16］表明，PGK1 耗盡通過激活Keap1-Nrf2 信號(hào)級(jí)聯(lián)來保護(hù)人類成骨細(xì)胞免受GCs的侵害。靶向PGK1-Nrf2 級(jí)聯(lián)效應(yīng)可能是一種提供成骨細(xì)胞保護(hù)，以對(duì)抗GCs 誘導(dǎo)的氧化損傷的新策略。

3 脂質(zhì)代謝紊亂與脂肪栓塞機(jī)制

GCs 會(huì)導(dǎo)致脂肪細(xì)胞的腫脹和壞死、骨細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)沉積增加、高脂血癥、脂肪栓塞、骨髓基質(zhì)細(xì)胞的脂肪生成和骨髓脂肪浸潤(rùn)，繼發(fā)于脂肪浸潤(rùn)的骨間靜脈淤積，導(dǎo)致骨間微循環(huán)中斷，引起股骨頭結(jié)構(gòu)改變，血流減少，進(jìn)一步發(fā)展為SONFH 并發(fā)生塌陷。且有研究發(fā)現(xiàn)，高脂肪飲食會(huì)加重股骨頭壞死，而股骨頭壞死的發(fā)生與巨噬細(xì)胞中白細(xì)胞介素-6 分泌的增加有關(guān)［17］。Baek［18］指出了較高的甘油三脂（triglyceride,TG）和較低的高密度脂蛋白（high density lipoprotein-c, HDL-C）水平均與SONFH 相關(guān)。此外，SONFH 與較高的載脂蛋白B（apolipoprotein-B,Apo-B）水平及ApoB/A1 比率相關(guān)。Wang［19］的實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)過GCs 處理1 個(gè)月后的小鼠，其血清中膽固醇（cholesterol,CHOL）含量明顯上升，且股骨頭內(nèi)的松質(zhì)骨中的脂質(zhì)積累更嚴(yán)重。研究指出，Runx2基因是成骨分化的關(guān)鍵調(diào)控因子，GCs 會(huì)導(dǎo)致成骨調(diào)控因子Runx2 的表達(dá)減弱且能增加脂肪分化因子即過氧化物酶體增殖物激活受體-γ 基因和蛋白的表達(dá)，使得脂肪細(xì)胞分化增加，脂質(zhì)代謝發(fā)生異常，成骨分化遭到抑制［20］。有研究指出，抑制骨組織中11β-羥基類固醇脫氫酶1 的活性，可抑制成脂分化，為防治SONFH 提供了新思路［21］。

4 細(xì)胞凋亡機(jī)制

人體骨骼系統(tǒng)中成骨細(xì)胞與破骨細(xì)胞作用相反，二者之間存在雙向信號(hào)通路，其相互平衡是骨健康得以維持的基礎(chǔ)。Schepper［22］的研究表明，GCs 可直接誘導(dǎo)成骨細(xì)胞及骨細(xì)胞的凋亡，且能增加破骨細(xì)胞活性，抑制成骨細(xì)胞活性，從而導(dǎo)致SONFH 的發(fā)生。Gao［23］的研究為內(nèi)皮細(xì)胞凋亡、血管損傷和SONFH 之間的固有關(guān)系提供了新的見解，即GCs 在內(nèi)皮細(xì)胞中引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，從而導(dǎo)致微血管損傷并最終引起SONFH。核受體亞家族3C組成員1 是GCs 的主要受體，其下游信號(hào)通路參與調(diào)節(jié)與骨細(xì)胞相關(guān)的生理過程；Jiang［24］的研究利用CRISPR/Cas9 技術(shù)成功生成斑馬魚Nr3c1 突變體，其研究證實(shí)Nr3c1 的突變改變了軟骨的發(fā)育，顯著降低了骨礦化面積。此外，在Nr3c1 突變體中，細(xì)胞外基質(zhì)、成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞相關(guān)基因的表達(dá)發(fā)生改變。GCs 通過Nr3c1 依賴通路和Nr3c1 獨(dú)立通路調(diào)控細(xì)胞外基質(zhì)、成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞相關(guān)基因的表達(dá)，導(dǎo)致成骨細(xì)胞凋亡，進(jìn)而導(dǎo)致股骨頭承重力下降，SONFH 的發(fā)生概率增加。研究表明地塞米松（dexamethasone,Dex）顯著抑制成骨細(xì)胞和小鼠胚胎成骨細(xì)胞前體細(xì)胞的增殖并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡［7］。Tao［3］的研究表明，富血小板血漿（platelet rich plasma, PRP）通過AKT/Bad/Bcl-2 信號(hào)通路促進(jìn)Bcl-2 表達(dá)，具有防止GCs 誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的能力。Yao［25］的實(shí)驗(yàn)指出，用誘導(dǎo)激酶抑制劑抑制誘導(dǎo)激酶通過激活轉(zhuǎn)錄因子信號(hào)通路和抑制線粒體凋亡途徑來減弱細(xì)胞凋亡并促進(jìn)EPC 的體外血管生成。VO-OHpic 還可以增加股骨頭的血管生成。二者的研究都為SONFH 的治療提供了新的可能性。Zhan［26］的研究指出，大蒜素通過激活PI3K/AKT 途徑來抑制成骨細(xì)胞凋亡和SONFH 的進(jìn)展。腸道微生物群（GM）中的動(dòng)物乳桿菌的細(xì)胞外囊泡含有豐富的功能蛋白，可以進(jìn)入股骨頭發(fā)揮促血管生成，促成骨和抗凋亡作用，使用GCs 后，其促成骨、抗凋亡作用明顯減弱［27］。細(xì)胞凋亡在SONFH的進(jìn)展過程中起著關(guān)鍵作用，抗凋亡可能會(huì)成為其重要的治療手段。

5 非編碼RNA 機(jī)制

近年來，microRNAs 成為國際醫(yī)學(xué)研究熱點(diǎn)，大量證據(jù)表明microRNAs 的基因表達(dá)參與SONFH 的形成，microRNA 在BMSC 中呈差異表達(dá)，這種差異表達(dá)的microRNA 在SONFH 進(jìn)展期間起關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用。Chen［28］的研究揭示了microRNACDR1as 通過miR-7-5p/WNT5B 途徑削弱BMSC 的成骨作用，增強(qiáng)其脂肪分化的能力，從而導(dǎo)致SONFH 的發(fā)生。Liao［29］的研究指出，SPRY2 是miR-122-5p 的靶基因，抑制SPRY2 可促進(jìn)成骨細(xì)胞分化，miR-122 可能通過調(diào)節(jié)SPRY2 基因來影響SONFH。Cao［30］的研究證明了miR-224-5p 在GCs 處理的BMSC 中上調(diào)，表明miR-224-5p 可抑制BMSC 的成骨性，促進(jìn)BMSC 的脂肪生成分化。Yin［31］證實(shí)了上調(diào)microRNA-410 或下調(diào)WNT-11 增加成骨細(xì)胞并減少破骨細(xì)胞以緩解SONFH。Kong［32］的實(shí)驗(yàn)表明，miR-137-3p 的沉默促進(jìn)了體外和體內(nèi)成骨和血管生成，miR-137-3p 沉默可以分別上調(diào)Runx2 和CXCL12 來促進(jìn)成骨分化并顯著增加EPC 的數(shù)量，這些基因可能在SONFH 修復(fù)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。Nan［33］的研究證實(shí)了白藜蘆醇通過上調(diào)miR-146a 和WNT/FOXO 及Sirt1/NFkB 途徑，穩(wěn)定成骨/成骨細(xì)胞生成穩(wěn)態(tài)，來預(yù)防SONFH。miR-378-ASCs-Exos 通過靶向融合和活化的聲波信號(hào)通路來增強(qiáng)成骨和血管生成，從而減弱SONFH 發(fā)展［34］。脂肪細(xì)胞衍生的MVs-miR-148a 通過靶向WNT5a/Ror2 途徑促進(jìn)脂肪分化并抑制成骨分化［35］。MiR-26a-CD34-Exos 通過加強(qiáng)血管生成和成骨作用來保護(hù)股骨頭免受GCs 引起的損傷，miR-26a-CD34-外顯子的生物效應(yīng)可用來預(yù)防SONFH［36］。從非編碼RNA 出發(fā)，可以深入了解SONFH的發(fā)病機(jī)制，也可從中挖掘治療SONFH 的新靶點(diǎn)，從基因?qū)用娣乐蜸ONFH。

6 遺傳易感性、表觀遺傳學(xué)機(jī)制

由于個(gè)體的生活方式、飲食習(xí)慣、所處周圍環(huán)境及遺傳基因的不同，導(dǎo)致每個(gè)人體內(nèi)微環(huán)境具有差異性，因此SONFH 的出現(xiàn)與個(gè)體對(duì)于激素的耐受劑量有明顯相關(guān)性。這種差異性可能會(huì)在SONFH 的發(fā)病過程中起關(guān)鍵作用。Zhao［37］的研究發(fā)現(xiàn)了在中國漢族男性CR2 基因中有1 個(gè)與SONFH 風(fēng)險(xiǎn)顯著相關(guān)的單核苷酸變異（SNPrs311306），通過等位基因分析，證實(shí)了該SNPrs-311306 的C 等位基因顯著提高了SONFH 的風(fēng)險(xiǎn)，為SONFH 病因?qū)W機(jī)制的性質(zhì)提供了線索。Ye［38］發(fā)現(xiàn)了MMP10 中rs470154 的次要TG等位基因與SONFH 的風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)，MMP2 基因rs2241146 和MMP10 基因rs470154 與SONFH 風(fēng)險(xiǎn)增加具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的相關(guān)性，這使得患者發(fā)生SONFH 的概率顯著增加。因此遺傳易感性在SONFH 的進(jìn)展中處于不可忽略的位置。

表觀遺傳學(xué)研究探索基因表達(dá)的可遺傳變化，而不改變核苷酸序列。它在生長(zhǎng)、發(fā)育和疾病演變中起重要作用。隨著表觀遺傳學(xué)與SONFH 關(guān)聯(lián)的深入研究，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，在SNAFH 的小鼠模型中轉(zhuǎn)錄因子C/EBPα 和PPAR-γ 同時(shí)在股骨頭中過表達(dá)，C/EBPα 通過靶向PPAR-γ 信號(hào)通路促進(jìn)BMSC 的脂肪分化，而C/EBPα 的過表達(dá)顯著損害了成骨分化。PPAR-γ 的組蛋白H3K27 乙?；赟ONFH 的表觀遺傳機(jī)制中起重要作用，抑制PPAR-γ 的組蛋白乙酰化水平可以有效阻止脂肪分化，從而減緩SONFH 的進(jìn)展［39］。有學(xué)者指出，活化誘導(dǎo)胞嘧啶核苷酸脫氨酶（activation-induced cytidine deaminase, AID）的過表達(dá)可降低多藥耐藥性蛋白基因（ATP-binding cassette subfamily B member 1,ABCB1）的甲基化，進(jìn)而保護(hù)BMSC 的功能，為SNAFH 的防治提供了新的方向［40］。也有研究指出，在SNAFH 患者的OPG、RANK 和RANKL 基因的CpG 孤島中，發(fā)現(xiàn)了具有高甲基化率和高甲基化水平的CpG 位點(diǎn)。高甲基化的CpG 位點(diǎn)增加了SONFH 的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，并為早期預(yù)測(cè)SNAFH 發(fā)生提供了新的靶點(diǎn)［41］。

7 小結(jié)與展望

SONFH 是一個(gè)多機(jī)制、多因素、多信號(hào)通路共同作用的復(fù)雜過程，目前學(xué)術(shù)界認(rèn)為“多重打擊”學(xué)說更加符合SONFH 的發(fā)病機(jī)制，單一機(jī)制難以解釋其發(fā)病的復(fù)雜性及治療的困難性。在明確SONFH 發(fā)生發(fā)展機(jī)制的同時(shí)，還應(yīng)采取有效的措施進(jìn)行干預(yù)，以期最大限度地提高SONFH 的療效，改善患者生存質(zhì)量。通過現(xiàn)代診斷技術(shù)的精進(jìn)及分子醫(yī)學(xué)的飛速發(fā)展，相信在不久的將來，可以通過SONFH 的發(fā)病機(jī)制進(jìn)行基因水平精準(zhǔn)、靶向治療，從而實(shí)現(xiàn)SONFH的早期精準(zhǔn)治療，解除患者痛苦。