人工關節(jié)松動的藥物和基因治療進展

1、人工關節(jié)松動的藥物和基因治療進展         10-05-04 09:37:00     編輯：studa20               作者：陶崑，張先龍，沈灝，王琦，邵俊杰，彭曉春【關鍵詞】  人工關節(jié)人工關節(jié)無菌性松動是人工關節(jié)置換術的主要并發(fā)癥，它嚴重阻礙了人工關節(jié)的推廣應用。目前，雖然手術技術的日益成熟和假體設計的不斷改進

2、，假體使用年限也相應延長;但隨著患者年齡越來越輕和病例數量越來越多，因人工關節(jié)無菌性松動而需做人工關節(jié)翻修手術的病例將逐漸增多。有研究表明無菌性松動的發(fā)生率在股骨側是13%，髖臼側的發(fā)生率是34%1。由于翻修術的療效低于初次手術，手術創(chuàng)傷大、價格昂貴，如何有效地通過非手術方式來預防和治療人工關節(jié)無菌性松動這一晚期并發(fā)癥一直是關節(jié)外科領域的研究熱點。目前絕大多數學術研究都支持無菌性松動的過程包括：(1)磨損顆粒誘發(fā)炎癥反應釋放炎癥因子(IL1、IL6、TNF、VEGF等);(2)炎癥因子激活破骨細胞(OPG/RANKL/RANK信號傳導途徑);(3)破骨細胞溶骨。針對無菌性松動的發(fā)病機制，藥物和

3、基因治療主要針對：抑制巨嗜細胞對磨損顆粒的炎癥反應，減少炎癥因子的釋放;抑制破骨細胞的激活和骨吸收功能2。本文就藥物和基因療法預防和治療人工關節(jié)無菌性松動的研究進展作一綜述。1 藥物治療1.1 二磷酸鹽類是目前研究最多的，二磷酸鹽進入體內與羥基磷灰石緊密結合，然后在破骨細胞周圍釋放并進入破骨細胞，抑制膽固醇合成過程中甲羥戊酸合成途徑的中間產物焦磷酸法尼酯/焦磷酸牛二酯(FPP/GGPP)的形成，使細胞內信號傳導通路受阻，從而抑制破骨細胞的分化、增殖及成熟，干擾破骨細胞功能，并促進其凋亡3。大量的試驗證明它能夠在動物和人的體內抑制破骨細胞的活動4。二磷酸鹽目前臨床上主要用于預防和治療與破骨細胞骨

4、吸收相關的疾病，如骨質疏松癥、Paget病及惡性高血鈣等，包括含氮二磷酸鹽和非含氮二磷酸鹽兩大類。含氮二磷酸鹽(如帕米磷酸鈉、阿侖磷酸鈉及利塞磷酸鈉等)較非含氮二膦酸鹽抗骨吸收作用強，副作用小，因此臨床應用較多。Shanbhag等3研究發(fā)現二磷酸鹽類藥物不僅可以保持假體周圍骨量而且可以促進假體周圍骨長入。Bhandari等5薈萃分析290例關節(jié)置換術患者，發(fā)現術后3、6、12個月服用二磷酸鹽類藥物組患者假體周圍骨密度明顯高于對照組。但是大多數的研究結果都局限在患者術后2年之內，這樣假體周圍的骨量下降很有可能由假體的應力遮擋而非炎癥骨溶解所致6。并且有研究顯示雖然含氮二磷酸鹽是一種有效的抗骨吸收

5、藥物，但是大部分此類藥物都伴隨有致炎的副作用。這些副作用包括低熱、C反應蛋白增高、胃腸道不適和眼部炎癥等。在治療兒童成骨不全疾病中，能夠引起明顯的流感樣癥狀7。最新研究報道此類藥物較嚴重并發(fā)癥致下頜骨壞死8。這些不良反應和此類藥物是否能夠預防和治療磨損顆粒誘導的假體周圍骨溶解，還需要長期的臨床隨訪和研究。1.2 激素類降鈣素為32個氨基酸組成的多肽激素，也是臨床常用的治療骨質疏松的藥物。它主要是通過與破骨細胞表面的降鈣素受體結合而發(fā)揮作用。與二磷酸鹽類似，降鈣素不僅對成熟破骨細胞的功能有直接抑制作用，人們還發(fā)現降鈣素可以抑制破骨細胞發(fā)育的早期節(jié)段。Cornish等9等研究發(fā)現，降鈣素可以抑制早

6、期TRAP染色陽性的多核細胞的形成，并可以抑制破骨前體細胞的融合。范衛(wèi)民等10通過體外研究證明降鈣素能有效地抑制微粒介導單核巨噬細胞分泌溶骨性因子，從而抑制破骨細胞的活性。Peichl等11使用鼻噴降鈣素對絕經后的女性全髖置換患者進行治療發(fā)現可以明顯改善手術效果。但目前關于降鈣素是否能夠抑制人工關節(jié)無菌性松動的體內研究還比較少，還需要進一步研究和觀察。1.3 抗生素類研究較多的是大環(huán)內酯類抗生素紅霉素，它之所以能夠引起人們的關注是因為它具有獨立于抗菌作用之外的抗炎作用。它能夠改善一些慢性的炎性疾病至少有一部分是通過調節(jié)核因子kB來實現的12、13。紅霉素長期被應用于治療各種感染性疾病，長期應用

7、紅霉素無明顯的不良反應。Ren等12體外試驗表明5 g/mL的紅霉素可以明顯抑制顆粒刺激小鼠RAW264.7巨噬細胞系的NFkB、cathepsin K(CPK)、IL1b、TNFa的相應mRNA的表達。在MCSF和RANKL的作用下小鼠骨髓祖細胞向破骨細胞分化，5 g/mL的紅霉素可以減少70%的多核破骨細胞和50%TRAP染色陽性細胞的形成。Ren等14還通過體內試驗證明紅霉素可以抑制磨損顆粒誘發(fā)的骨溶解反應。紅霉素的臨床安全性、有效性和它特有的分子靶點使它有可能成為一種治療假體松動的藥物。以上臨床前期體外和動物試驗結果令人滿意，下一步就是通過大規(guī)模的臨床調查來驗證口服紅霉素是否可以在假體

8、周圍達到有效濃度并且改善局部組織反應，進而預防松動的發(fā)生14。另一種是四環(huán)素類，在人工關節(jié)松動患者的假體周圍組織中存在有豐富的金屬蛋白酶，它被認為和假體周圍骨溶解和假體松動有密切的關系15。亞抗菌劑量的四環(huán)素類藥物可以抑制金屬蛋白酶的活性，其中強力霉素(Doxycycline)的作用最明顯。Ong等16研究表明強力霉素可以明顯抑制小鼠體內的骨溶解。目前還沒有四環(huán)素類藥物應用于臨床來預防和治療人工關節(jié)松動的報道，還需要我們進一步的研究。1.4 他汀類藥物(statins)他汀類是心內科降血脂藥物，對心血管疾病有良好的效果。它是通過抑制甲羥戊二酸單酰CoA還原酶(HMG2CoA)的活性，從而抑制破

9、骨細胞合成及功能，降低骨的吸收17。體外試驗已經證明此類藥物可以抑制破骨細胞的骨吸收17;有學者應用小鼠顱骨骨溶解動物模型也觀察到辛伐他汀(simvastatin)可以抑制破骨細胞活動同時增強成骨細胞成骨功能18。由于其安全性已證明，相信不久會有應用此類藥物預防人工關節(jié)松動的臨床報道。1.5 非甾體類抗炎藥PGE2在人工關節(jié)無菌性松動中發(fā)揮著重要的作用，人工關節(jié)無菌性松動伴隨著PGE2的表達增加15。有學者應用PGE2抑制劑來預防炎癥骨溶解的發(fā)生，但結果均為陰性10。Persson等19對144例關節(jié)置換患者隨訪10年發(fā)現服用依布洛芬的患者松動發(fā)生率高于對照組，此類藥物是否可以用來預防和治療松

10、動還存在爭議，因為它可以減少成骨。1.6 TNF拮抗劑已酮可可堿(Pemoxifylline)為甲基黃嘌呤衍生物是一種TNF拮抗劑，可以治療動物和人類的某些炎癥性疾病。用來治療周圍血管疾病已經有20多年的歷史。Schwarz等20通過動物試驗發(fā)現已酮可可堿和二磷酸鹽一樣，可以明顯抑制磨損顆粒誘導的骨溶解反應。Pollice等21研究發(fā)現口服已酮可可堿可以明顯降低外周血單核細胞在鈦顆粒刺激下的TNF的釋放。近年來關于此藥物的研究較少，目前還沒有關于此藥物應用于臨床預防人工關節(jié)松動的研究報道。依那西普(Etanercept)最近研究并應用于臨床TNF拮抗劑，是由人Ig生產的抗TNF受體單抗。在風濕

11、性關節(jié)炎的治療方面取得了很好的效果，并且可以減少風濕造成的骨侵蝕22。研究表明依那西普可以明顯抑制小鼠顱骨模型的骨溶解反應，但Schwarz等23應用此藥治療20例全髖置換術后松動的病人，1年隨訪和安慰劑組對比無明顯差異。1.7 人RANKL單克隆抗體(AMG162)由Amgen公司研制的一種針對人的RANKL的高親和性單克隆抗體，它完全由人的IgG組成。、期針對絕經女性的臨床藥物試驗已經證明它的安全性和抗骨吸收作用24;目前期臨床試驗已經基本完成，預計在不久即將應用于臨床25。目前應用此單克隆抗體來預防人工關節(jié)松動的動物實驗和臨床研究還很少，但由于它的特殊靶點，相信將來會應用于預防和治療人工

12、關節(jié)松動的研究。1.8 VEGF R2/Fc人工關節(jié)置換術后患者骨和假體之間有一層結締組織，它是高度血管化的。有很多因素可以刺激血管發(fā)生，其中一個重要的原因就是巨嗜細胞和成骨細胞分泌的血管內皮生長因子，它的表達受到生長因子、激素和細胞因子的調節(jié)。它在炎癥、破骨細胞激活和骨吸收26的過程中都扮演著重要的角色。VEGF R2/Fc是一種將VEGF細胞膜受體的細胞外域結構和IgG結合起來的嵌合體，它能夠和游離的VEGF(血管內皮生長因子)結合并使其失活。Ren等26應用VEGFR2/Fc來觀察VEGF在骨溶解中的作用。在小鼠氣囊骨溶解動物模型的氣囊內注入這種嵌合體，發(fā)現氣囊炎癥反應減輕，破骨細胞溶骨

13、受到明顯抑制。目前相關臨床研究尚未開展。2 基因治療基因治療是將人的正?；蚧蛴兄委熥饔玫幕蛲ㄟ^一定方式導入人體靶細胞以糾正基因的缺陷或者發(fā)揮治療作用，從而達到治療疾病目的的生物醫(yī)學技術。目前用來治療無菌性松動所導入的基因主要有一下幾種：2.1 白介素受體拮抗劑(IL1receptor antagonist protein，IL-1Ra)白介素-1是炎性骨溶解中的重要炎癥因子之一，它可以進一步激活破骨細胞。用骨水泥顆粒注入小鼠氣囊內誘發(fā)炎癥反應，將載有人類白介素受體拮抗劑基因的逆轉錄病毒注入氣囊內，結果發(fā)現氣囊內炎癥滲出減少，炎癥因子釋放減少27。另有學者用同基因小鼠的顱骨植入小鼠氣囊內，用

14、聚乙烯顆粒刺激炎癥骨溶解反應，可以看到有明顯的骨溶解發(fā)生;再將上述逆轉錄病毒注入氣囊內，可以觀察到炎癥因子釋放受限，破骨細胞溶骨受到抑制28。2.2 腫瘤壞死因子受體拮抗劑(inhibitor of tumor necrosis factor receptor) sTNFR：Fc是一種重組蛋白，它是由人的腫瘤壞死因子受體的細胞外域結構和小鼠免疫球蛋白的Fc片段融合在一起組成。Childs等29應用腺病毒將sTNFR：Fc基因(soluble inhibitor of tumor necrosis factor)導入普通小鼠顱骨骨溶解動物模型體內不能抑制骨溶解發(fā)生，但在裸鼠組卻能降低骨溶解發(fā)生。他認為腺病毒載體不適