成骨细胞对人工关节金属磨损微粒的体外生物学反应_论文

《成骨细胞对人工关节金属磨损微粒的体外生物学反应_论文》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、成骨细胞对人工关节金属磨损微粒的体外生物学反应作者：蔡贤华，陈安民，陈庄洪【关键词】成骨细胞磨损微粒引起的假体周围骨溶解、无菌性松动是严重影响人工关节置换术中、远期临床疗效的重要因素〔1~4〕。大量研究证实，关节置换术后产生的磨损微粒数量惊人，每年在体内产生约5×1013亚微粒释放入关节腔〔1、5〕。金属微粒是重要磨损微粒之一〔3、6〕，与其他无法降解消化的微粒（如聚乙烯或骨水泥等）一样，当其持续刺激假体周围细胞（包括成骨细胞、巨噬细胞、成纤维细胞和破骨细胞等）时，正常吞噬反应将引起病理改变〔1、4〕。鉴于成骨细胞在假体周围骨代谢中具有重要地位〔3、7〕，阐明金属微粒对

2、成骨细胞的影响极其重要。为此，本文将就近年来成骨细胞对金属微粒（包括其离子状态）的体外生物学反应研究进展作一综述。1金属磨损微粒与成骨细胞金属微粒主要有钴铬合金、钛合金、钛、不锈钢及其它金属等〔8、9〕，从假体周围界膜中分离出的微粒一般粒径小于3μm，平均114/14μm〔10〕。金属微粒通过有效关节间隙进入假体周围，分布于骨髓腔中，直接与成骨细胞接触，为吞噬反应的发生提供了可能性〔8〕。成骨细胞吞噬微粒并产生有害生物学反应，引起细胞功能改变，导致骨溶解吸收〔8、11、12〕。目前体外实验主要研究了这些微粒对成骨细胞活性、增殖及其功能改变的影响。11金属微粒与成骨细胞骨

3、形成及其表型成骨细胞最重要的功能之一是产生有机骨基质，而有机骨基质的90％为Ⅰ型胶原（由α1和α2链连接而成），因此，Ⅰ型胶原表达的变化是微粒影响成骨细胞骨形成的重要指标〔3、13〕。钛合金、磷酸铬及钛微粒能抑制人成骨样细胞（包括MG63、SaOS2、HOS细胞）及成人骨髓源性原代成骨细胞前胶原（procollagen）α1［Ⅰ］及α1［Ⅲ］基因表达并降低Ⅰ型胶原合成，其抑制前胶原α1［Ⅰ］基因表达的作用强于聚乙烯〔3、13、14〕，但对成骨细胞其他特异性基因如骨钙素（osteocalcin，OCN）、碱性磷酸酶（alkalinephosphatase，ALP）及骨桥素

4、（osteopontin，OPN）等的表达无明显影响〔3、9、14〕。高浓度的铝微粒（648μm）能引起ALP活性增加，而其他粒径微粒如钛（1699μm）、锆（507μm）、铌（1418μm）、钽（832μm）、铬（2327μm）对此无作用〔15〕。钴微粒抑制成骨细胞Ⅰ型胶原、ALP及OCN的产生，而钴铬合金无此作用，但高浓度（1014/14mg／ml）钴铬合金及铬能阻止OCN的表达，铬微粒还能抑制ALP表达〔11〕。这意味着金属微粒能引起假体周围以Ⅰ型胶原合成减少为代表的骨基质形成障碍，部分微粒或在高浓度时将影响成骨细胞其他表型。12金属微粒与成骨细胞源性因子释放在金

5、属微粒的刺激下，原代成骨细胞或成骨细胞系细胞对IL6〔3〕、IL8〔16〕、前列腺素E2（prostaglandinE2，PGE2）〔17〕、转化生长因子β1（transforminggrowthfactorβ1，TGFβ1）〔3〕及单核细胞化学趋化蛋白1（monocytechemoattractantprotein1，MCP1）〔16〕等因子释放增加。其中，PGE2的释放呈微粒成分依赖性，即钴铬合金＞工业纯钛＞钛合金〔18〕。现已证明，IL6和PGE2能激活假体周围破骨细胞或促进其分化，导致骨溶解吸收〔3、14〕；IL8是中性粒细胞的幕集因子，MCP1能吸引单核细胞／

6、巨噬细胞，这些浸润细胞可放大假体周围细胞对微粒的反应，交替启动无菌性炎症，导致假体周围界膜形成，增加骨溶解〔16〕；而TGFβ可促进成骨细胞增殖及Ⅰ型胶原合成，其释放可能是成骨细胞的一种代偿性保护反应〔3〕。这表明在金属微粒的作用下，成骨细胞源性因子的作用以引起假体周围无菌性炎症、促进骨溶解为主，但仍有逆转这些反应的因素存在。13金属微粒与成骨细胞活力、增殖小于3μm钛、钛合金及正磷酸铬微粒对MG63细胞活力无明显影响，即使当暴露时间长达72~9614/14h或浓度在00125％~02％（v／v）时，细胞活力仍保持在95％以上〔3〕；与之相反，上述微粒抑制成骨细胞增殖，

7、且呈时间与浓度依赖性，其抑制作用较聚乙烯强；但细胞在低浓度（如00125％~005％）中暴露达48h时，这种抑制作用消失〔3〕，其他研究也有类似结果〔19〕。较大粒径的铝（648μm）、钛（1699μm）和锆（507μm）微粒降低细胞活性的浓度低于铌（1418μm）、钽（832μm）、铬（2327μm）〔15〕。钛微粒通过触发凋亡来降低成骨细胞活性〔20〕，在抑制新生鼠成骨细胞的活性和增殖方面，以15~4μm粒径作用最强〔21〕。这表明，成骨细胞活性、增殖与金属微粒浓度、粒径及成分密切相关，而成骨细胞数量的减少也是其引起Ⅰ型胶原合成减少的