于大淼(綜述),廉永云(審校)

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院骨科,哈爾濱 150001)

骨不連是臨床骨科中常見的并發(fā)癥,也是骨折治療面臨的重要難題,骨不連的發(fā)生率在5%～10%[1]。以往人們對于骨不連細胞的認識多局限于功能退化,對在骨不連治療過程中如何促進成骨細胞的分化以及抑制破骨細胞的分化研究較少。近年來,隨著關(guān)于骨組織對力信號研究逐漸深入,在骨搬移技術(shù)治療骨不連過程中需要逐漸弄清在矢量力打擊下對骨細胞直接以及間接影響,包括什么是力的信號,骨細胞與力信號量化關(guān)系,經(jīng)力打擊后兩種骨細胞之間的消亡與分化情況,生理條件下的應(yīng)力與外加應(yīng)力之間的關(guān)系,以及如何合理運用壓應(yīng)力。本文主要針對壓應(yīng)力誘導(dǎo)破骨細胞分化作用的影響,探討在未來臨床實踐中作用和意義。

1 骨不連的定義

經(jīng)過長期臨床觀察，反復(fù)X線攝片及相應(yīng)影像學(xué)復(fù)查,骨折斷端經(jīng)過治療(包括內(nèi)固定手術(shù)治療或石膏夾板等外固定治療),超過通常愈合時間(3個月)不愈,再度延長8個月仍沒有愈合跡象或愈合趨勢，或出現(xiàn)骨溶解、骨吸收,稱之為骨不連,也有文獻稱為骨不愈合[1]。

2 骨不連的分類

根據(jù)影像學(xué)表現(xiàn)，骨不連可分為萎縮性和增生性兩大類。增生性骨不連的骨折端大量肥大骨痂形成,萎縮性骨不連的骨折端萎縮光滑,無任何骨痂生成跡象,偶伴有骨溶解。對于增生性骨不連接，大部分可以達到治療滿意效果[2-4]；而對于萎縮性骨不連，尤其伴有明顯的骨缺損的治療相對困難,傳統(tǒng)的治療方式是切除骨折斷端硬化骨,清除骨不連斷端間組織、鑿?fù)ㄋ枨?、堅強?nèi)固定和植骨[5-6]。

3 骨搬移技術(shù)

骨搬移技術(shù)是Ilizarov 獨創(chuàng)的一種治療骨缺損的方法。具體方法是不直接處理骨折斷端,而是將長骨端健存部骨截斷,利用外固定架上固定骨的可移動鋼針,每日間斷均勻移動1 mm距離的活性骨塊,共20次(具體愈合時間主要取決于骨缺損面積的大小)。要求每次相隔時間相等,力量均等,對骨折骨不連處給予持續(xù)緩慢的應(yīng)力刺激,使骨不連處的軟組織逐漸吸收,并出現(xiàn)骨折愈合跡象,而截骨處牽拉使部分骨組織延長再生,從而達到修復(fù)骨缺損、治療骨不連、矯正肢體畸形的目的,同時也能夠促成周圍軟組織化骨[7-8]。所以，骨搬移技術(shù)就是通過骨外固定技術(shù),對局部軟組織及其骨不連細胞給予持續(xù)緩慢的壓應(yīng)力刺激,促使向成骨細胞分化,抑制破骨細胞分化,并且使不必要的組織細胞凋亡,從而達到修復(fù)骨缺損、治療骨不連的目的。

4 破骨細胞、成骨細胞、細胞核因子κB 受體活化因子及其配基的信號通路

破骨細胞在骨折愈合的各個時期都表現(xiàn)出吞噬能力,尤其是骨折第一期也就是纖維連接期最為明顯,導(dǎo)致骨折端連接脆弱,骨痂消失,無法適應(yīng)來自不同方向的力的需要[9]。骨折端硬化和髓腔閉塞是骨不連的先兆,而成骨細胞的作用與其相反,它主要是通過促成骨折斷端之間骨纖維連接從而促成骨痂的生成。但是，骨痂如何形成與骨折復(fù)位時的解剖結(jié)構(gòu)關(guān)系很大,與骨折復(fù)位時骨膜的損傷情況即營養(yǎng)骨折斷端血運密不可分[10]。骨組織是一類較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu),以下是產(chǎn)生骨不連組織的幾點可能的因素：①破骨細胞的吞噬能力明顯較成骨細胞的增生能力強；②成骨細胞轉(zhuǎn)化為骨細胞的外界條件不充分以及轉(zhuǎn)化速度較慢；③老化細胞吸收情況較差；④死骨的排除渠道較少以及排除速度較慢；⑤新骨生成狀況不佳等。研究表明，骨保護素(osteoproteprin，OPG)/核因子κB 受體活化因子配基(receptor activator of nuclear faetor-κB ligand，RANKL)/核因子κB 受體活化因子(receptor activator of nuclear faetor-κB,RANK)信號通路系統(tǒng)在破骨過程中尤為活躍[11]，說明此生物學(xué)信號與骨不連密切相關(guān)。

RANKL是腫瘤壞死因子受體家族成員之一，其來源點很多,多見于巨噬細胞、成骨細胞、T細胞。可溶性RANKL的活性更為明顯[12]。OPG也是腫瘤壞死因子家族成員，僅由成骨細胞系細胞表達。RANK本身是破骨細胞前體細胞上的一種腫瘤壞死因子受體蛋白，被RANKL識別后能將破骨細胞分化作用發(fā)揮出來,而且RANK是起該作用的唯一靶信號受體。那么，OPG、RANKL和RANK三者關(guān)系是什么呢？僅以成骨/基質(zhì)細胞上表達的RANKL為例,在各種破壞因素及刺激因子，如骨損傷、骨缺血、骨破壞、骨溶解、骨吸收因子作用下,RANKL與破骨前體細胞上的RANK結(jié)合,瞬間可將RANKL自身信號轉(zhuǎn)移至破骨前體細胞,隨即引起連鎖反應(yīng),加劇擴增,這一過程完成后破骨前體細胞轉(zhuǎn)變成成熟的破骨細胞。RANKL為OPG的配體。OPG僅為多種成骨細胞系細胞表達,如何使抑制破骨細胞成熟,OPG起到關(guān)鍵作用,當OPG與RANKL結(jié)合,阻斷了RANKL與破骨前體細胞上的RANK信號通路,使其相互作用消失[13]。綜上所述,RANKL信號通路在破骨細胞各個階段調(diào)節(jié)中的作用非常重要。骨量的維持是一個動態(tài)平衡,必不可少的條件是身體需要維持一定范圍的生理壓力，含量最豐富的骨組織中的骨細胞是骨組織組成的主要物質(zhì)。

5 壓應(yīng)力如何抑制破骨細胞分化

近些年來發(fā)現(xiàn)，多種中藥,如淫羊藿、杜仲、大黃等對OPG/RANKL/RANK系統(tǒng)有影響[14]。但是，在有關(guān)壓應(yīng)力如何發(fā)揮對OPG/RANKL/RANK系統(tǒng)的影響目前相關(guān)文獻報道甚少。而骨組織與力的關(guān)系有著復(fù)雜的互動關(guān)系,成骨細胞分化骨細胞，骨組織中應(yīng)力的主要感受靶器官是骨細胞[15]。除已知通過OPG/RANKL/RANK系統(tǒng)成骨細胞和破骨細胞相互作用外,骨細胞也可以通過相應(yīng)的生物學(xué)信號對破骨細胞有一定的抑制力。目前認為仍是骨細胞的OPG/RANKL/RANK系統(tǒng)在起作用[16]。You 等[17]通過觀察RANKL/OPG比值的顯著變化,認為對骨細胞施加脈沖剪切應(yīng)力是有效果的。Mulcahy 等[18]的骨細胞損傷試驗表明,RANKL釋放程度與骨損傷程度(包括損傷時間和損傷大小)呈正比，而與OPG釋放程度呈反比。目前認為機械壓應(yīng)力能使RANKL和RANK相互作用消失,而有效地抑制破骨細胞的作用,加強成骨細胞的作用,刺激骨痂的形成。在壓應(yīng)力作用下,RANKL /OPG 比值是發(fā)生變化的,比值大時傾向于發(fā)生骨吸收，比值小時傾向于骨形成?？梢?在壓應(yīng)力作用下,RANKL/OPG 比值的大小反映破骨細胞能力的大小。當然,破骨細胞形成個數(shù)與RANKL/OPG 的比值在降低時間點還沒有一個完全的量化關(guān)系,也就是說并不是一一對稱的,RANKL在加力后4 h 降至最小點,OPG在加力后1 h降至最小點[19]。從而看出,破骨細胞形成成熟過程較為復(fù)雜。在不同的壓應(yīng)力下RANKL降低與OPG增長的幅度不盡相同,現(xiàn)在已知RANKL/OPG的變量對骨密度以及骨強度有一定的參考作用[20]，但力學(xué)信號和信號的參數(shù)關(guān)系目前還在進一步探討中。

6 結(jié) 語

生理條件下的應(yīng)力是人體生長發(fā)育所必須的要素之一,與骨組織的形成息息相關(guān),與自身修復(fù)損傷骨組織密不可分。但在長期臨床觀察中發(fā)現(xiàn)，很多患者通過自身生理條件下的應(yīng)力無法承擔損傷骨組織的修復(fù)功能,現(xiàn)在考慮主要是因為缺乏力量強度。這就給予臨床以及科研一個思考和研究的方向,也提供了一個廣闊研究空間,而且對臨床的指導(dǎo)意義極大。通過對生理條件下的應(yīng)力以及外加壓應(yīng)力的研究找到兩者的相互補充的量化指標；深入探討和認識壓應(yīng)力-骨生長關(guān)系,尤其對壓應(yīng)力分子機制的認識,可以為臨床治療中面臨的壓應(yīng)力刺激不足的組織修復(fù)難題提出新的解決方案。

[1] 胡蘊玉.現(xiàn)代骨科基礎(chǔ)與臨床[M].2 版.北京:人民衛(wèi)生出版社,2006:220-221．

[2] Shroeder JE,Mosheiff R,Khoury A,etal.The outcome of closed,intramedullary exchange nailing with reamed insertion in the treatment of femoral shaft nonunions[J].J Orthop Trauma,2009,23(9):653-657.

[3] Ekere AU,Echem RC.Dual implant application in the treatment of aseptic femoral shaft nonunions—case series[J].West Afr J Med,2008,27(2):117-119.

[4] rinker MR,O′Connor DP.Exchange nailing of ununited fractures[J].J Bone Joint Surg Am，2007，89(1):177-188.

[5] Zhang X,Liu T,Li Z,etal.Reconstruction with callus distraction for nonunion with bone loss and leg shortening caused by suppurative osteomyelitis of the femur[J].J Bone Joint Surg Br,2007,89(11):1509-1514.

[6] Liu T,Zhang X,Li Z,etal.Callus distraction for humeral nonunion with bone loss and limb shortening due to osteomyelitis[J].J Bone Joint Surg Br,2008,90(6):795-800.

[7] 曲龍,施京輝,劉梨亮,等.骨搬移法治療骨感染、骨缺損及軟組織缺損[J].中華外科雜志,2004,42(23):1469-1470.

[8] Mulcahy LE,Taylor D,Lee TC,etal.RANKL and OPG activity is regulated by injury size in networks of osteocytelike cells[J].Bone,2011,48(2):182-188.

[9] Ilizarov GA.Transosseous osteosynthesis:theoretical and clinical aspects of the regeneration and growth of tissue[J].N Engl J Med,1993,329:365.

[10] 曲龍.骨搬移治療骨缺損與骨不連[M].北京：人民衛(wèi)生出版社,2009：14.

[11] Murthy RK,Morrow PK,Theriault RL.Bone biology and the role of the RANK ligand pathway[J].Oncology (WillistonPark),2009,23(14 Suppl 5):9-15．

[12] Looney RJ,Schwarz EM,Boyd A,etal.Periprosthetic osteolysis：an immunologist′s update[J].Curr Opin Rheumatol,2006,18 (1)：80-87.

[13] 仲蕾蕾,楊冰,黃曉斌,等.OPG/RANK/RANKL 系統(tǒng)在成骨細胞與破骨細胞相互調(diào)節(jié)中的作用[J].中國骨質(zhì)疏松雜志,2011,17(11)：1010-1012.

[14] 吳垠,趙承斌.OPG/RANK/RANKL 系統(tǒng)與祖國傳統(tǒng)醫(yī)藥[J].中國醫(yī)藥導(dǎo)報,2012,10(9)：134-136.

[15] 孟芮,王海芳,續(xù)惠云,等.骨細胞功能研究進展[J].細胞生物學(xué)雜志,2008,30(2):161-165.

[16] Rennenberg RJ,Schurgers LJ,Kroon AA,etal.Arterial calcifications[J].J Cell Mol Med,2010,14(9):2203-2210.

[17] Beazley KE,Deasey S,Lima F,etal.Transglutaminase2-mediated activation of β-catenin signaling has a critical role in Warfarin-induced vascular calcification[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol，2012,32(1):123-130.

[18] Kim SH,Lee JH,Lee HS,etal.Effects of osteocyte apoptosison bone cell proliferation and recruitment[J].Bone,2010,332(4):S146-S179.

[19] You L,Temiyasathit S,Lee P,etal.Osteocytes as mechanosensorsin the inhibition of bone resorption due to mechanical loading[J].Bone,2008,42(1):172-179.

[20] Osako MK,Nakagami H,Koibuchi N,etal.Estrogeninhibits vascular calcification via vascular RANKL system:common mechanism of osteoporosis and vascularcalcification[J].Circ Res,2010,107(4):466-475.