人工关节磨损钛微粒诱导破骨的分子生物学机制

背景:通过对人工关节无菌性松动发病机制的深入研究已证实,单核巨噬细胞、成纤维细胞、成骨细胞等在磨损微粒刺激下会产生大量炎性破骨细胞因子,导致假体周围骨溶解。另有研究发现细菌内毒素在人工关节无菌性松动中可能起重要作用。目的:分析人工关节磨损钛微粒诱导溶骨的分子生物学机制。设计、时间及地点:对比观察实验,于2004/2008在武汉大学人民医院和田纳西州立大学医学中心完成。材料:IC-21巨噬细胞购自ATCC TIB-186 American Type Culture Collection,钛微粒购自Alfa Aesar Company,细菌内毒素购自Sigma。方法:IC-21巨噬细胞分别与清洁钛微粒、细菌内毒素结合钛微粒和细菌内毒素联合培养,作为清洁钛微粒组、细菌内毒素结合钛微粒组及细菌内毒素组,与单纯IC-21巨噬细胞组作为对照。主要观察指标:每组分别在培养4,8,16,32h各时点取巨噬细胞,分别用反转录聚合酶链反应技术和电泳迁移率变动分析法,分别检测核激活因子受体mRNA、骨保护素mRNA表达及核转录因子κBDNA的结合活性。结果:与对照组比较,细菌内毒素结合钛微粒组和清洁钛微粒组IC-21巨噬细胞培养4h时核激活因子受体mRNA表达开始增加,之后逐渐升高(P<0.01);培养8h时骨保护素mRNA表达轻度增高,随后恢复到对照组水平。细菌内毒素组未检测到核激活因子受体mRNA表达,培养4h时骨保护素mRNA表达轻度一过性增加。细菌内毒素组和细菌内毒素结合钛微粒组培养4h即可发现核转录因子κBDNA结合活性较清洁钛颗粒组显著增高(P<0.01),在培养8h达到高峰,并在随后的32h中维持在较高活性。清洁钛颗粒组培养16,32h检测到核转录因子κBDNA结合活性轻度增高,显著高于对照组(P<0.05)。结论:清洁钛微粒和细菌内毒素具有不同的诱导溶骨的作用机制。清洁钛微粒可能通过核激活因子受体/骨保护素信号途径,启动溶骨反应过程;细菌内毒素则启动核转录因子κB/破骨性细胞因子信号通路,诱导溶骨。两种机制在人工关节松动过程中同时发生,并协同作用。