解锁髋关节发育不良的 “幕后黑手”：骨细胞异常如何加速关节退变？

为探究 DDH 患者软骨下骨中骨细胞的变化及与疾病的关系，上海交通大学医学院附属相关单位研究人员开展研究。结果发现患者骨细胞凋亡增加、PLR 活性增强。该研究为 DDH 治疗提供新方向，值得科研读者一读。

　　

在人体的骨骼系统中，髋关节就像一个精密的 “轴承”，支撑着身体的重量，让我们能够自由活动。然而，有一种疾病却如同隐藏在这个 “轴承” 里的 “小恶魔”，悄悄破坏着它的正常运转，这就是发育性髋关节发育不良（Developmental dysplasia of the hip，DDH）。

DDH 是一种先天性的肌肉骨骼疾病，它会让髋关节的功能大打折扣。你可以想象一下，原本顺滑运转的机器零件，因为某个部件的异常，开始出现卡顿、磨损。DDH 患者的髋关节就是如此，它会导致髋关节不稳定，使得压力分布不均匀。时间一长，就容易引发继发性骨关节炎（osteoarthritis，OA），关节软骨也会加速退化。据统计，在临床筛查的人群中，DDH 的患病率为 5 - 30‰，而在未筛查人群中是 1 - 2‰，这可不是个小数目，意味着它已经成为一个不容忽视的公共健康问题。大多数 DDH 患者在后期会发展成严重的髋关节 OA，甚至不得不进行全髋关节置换术（Total hip arthroplasty，THA）。面对如此庞大的患者群体，找到全面有效的治疗方法迫在眉睫。

之前的研究发现，软骨下骨（subchondral bone）在原发性 OA 的发病过程中起着关键作用，但它在 DDH 中的具体作用却还不太清楚。和关节软骨相比，软骨下骨更坚硬，力学性能也更好，就像给关节软骨撑起了一把 “保护伞”，承受着大部分从关节表面传来的机械力。而且，作用在关节上的机械力还能改变软骨下骨的力学和微观结构特性。比如，适度运动能让承重骨的骨密度增加，而长期处于微重力环境下，骨密度会下降 1 - 1.5%。DDH 患者由于关节结构异常，股骨头长期处于脱位的倾向，还承受着异常的力学环境，这就像给软骨下骨施加了重重的 “压力大山”，使其微观结构和力学性能严重受损。这种异常的负荷在原发性 OA 中可没有这么严重。之前的临床和动物研究都表明，DDH 患者的软骨下骨小梁结构更差，力学性能也更弱，还和软骨退化有关系。而且，DDH 中软骨下骨的变化比关节软骨退化出现得更早，这和 OA 正好相反，OA 通常是软骨退化先出现。虽然已经知道 DDH 中软骨下骨的变化是由异常的骨重塑引起的，但具体的细胞机制却还是个 “谜团”。

近年来，研究发现骨细胞（osteocytes）在骨骼的平衡和重塑中扮演着重要角色。骨细胞占成年骨骼所有细胞的 85 - 90%，它们就像骨骼中的 “小管家”，通过树突和细胞体感知机械力，然后用自分泌和旁分泌的方式分泌内分泌蛋白，来协调骨骼的重塑。骨细胞有个很特别的地方，它们会形成中央小腔（lacunae，陷窝）和周围充满液体的小管（canaliculi，小管），这些结构共同组成了陷窝 - 小管网络（lacuna - canalicular network，LCN）。当受到机械负荷时，LCN 内的流体剪切应力会被骨细胞感知，进而激活或抑制骨细胞固有的陷窝 / 小管周围重塑（perilacunar/canalicular remodeling，PLR）。在 PLR 这个动态过程中，骨细胞会分泌组织蛋白酶 K（cathepsin K）、基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）等酶，直接对周围的骨基质和 LCN 进行吸收和重塑。之前也有研究报道，骨细胞凋亡增加会导致陷窝周围骨吸收和小管排列异常，影响骨骼的力学性能。骨细胞在很多肌肉骨骼疾病中的作用逐渐被揭示，像 OA、哺乳期骨量流失、X 连锁低磷血症等。但是，在 DDH 患者中，骨细胞的特征以及它们和软骨下骨重塑、微观结构、力学性能还有软骨退化之间的关系，依旧是未知数。

正是为了解开这些谜团，上海交通大学医学院附属上海第六人民医院运动医学科等单位的研究人员，在《BMC Musculoskeletal Disorders》期刊上发表了题为 “Articular cartilage degeneration and aberrant osteocyte perilacunar/canalicular remodeling in subchondral bone of patients with developmental dysplasia of the hip” 的论文。他们发现，DDH 患者软骨下骨中的骨细胞凋亡增加，胶原纤维排列更紊乱，骨细胞的 PLR 活性增强。异常的骨细胞 PLR 活性会让软骨下骨的微观结构和力学性能变差，加剧软骨退化，从而加速 DDH 的进展。这一发现意义重大，它让我们对 DDH 的发病机制有了更深入的认识，还为治疗 DDH 提供了新的方向，骨细胞有望成为改善软骨下骨、预防软骨退化和缓解 DDH 进展的关键细胞靶点。

为了开展这项研究，研究人员用到了几个关键的技术方法。首先是微计算机断层扫描（Micro - computed tomography，μCT）分析，它就像给股骨头做了一个 “高清透视”，能清晰看到软骨下骨的微观结构，还能计算出骨体积分数（total bone volume fraction，BV/TV）、骨小梁数量（trabecular bone number，Tb.N）等参数。其次是微有限元分析（Micro - finite element analysis，μFEA），通过模拟力学环境，来研究软骨下骨的力学性能，比如破坏载荷和刚度。另外，还有组织学分析、免疫组织化学分析、末端脱氧核苷酸转移酶 dUTP 缺口末端标记（Terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling，TUNEL）染色、Ploton 银染色和苦味酸天狼星红染色等，这些方法能帮助研究人员观察软骨细胞和骨细胞的形态、数量，以及相关蛋白和酶的表达情况。

下面我们来看看具体的研究结果：

1. 基本临床信息：研究一共纳入了 24 名原发性髋关节 OA 患者、25 名 DDH 患者和 16 名因股骨颈骨折接受 THA 手术的患者作为对照组。从数据上看，OA 患者的年龄比 DDH 患者大，但在体重指数（body mass index，BMI）、股骨骨密度（bone mineral density，BMD）和脊柱 BMD 方面，DDH 患者和 OA 患者没有明显差异。
2. 软骨退化分析：通过组织学和免疫组织化学分析发现，DDH 组的软骨退化最为严重。从组织学染色结果看，DDH 组的软骨表面受损，蛋白多糖被破坏；Osteoarthritis Research Society International（OARSI）评分也显示，DDH 组的软骨退化程度在三组中最高；免疫组化分析还发现，DDH 组中基质金属蛋白酶 - 13（MMP - 13）阳性软骨细胞的比例比其他组更高。这就像是 DDH 组的软骨细胞被 “攻击” 得更厉害，纷纷 “缴械投降”。
3. 软骨下骨微观结构和力学性能分析：μCT 分析结果显示，DDH 组的 BV/TV 和连接密度（connectivity density，Conn.D）最低，骨小梁分离度（trabecular bone separation，Tb.Sp）最高，骨小梁数量（Tb.N）和骨小梁厚度（trabecular bone thickness，Tb.Th）最低，结构模型指数（structure model index，SMI）显著增加，这表明 DDH 患者的软骨下骨微观结构更加松散、恶化，骨小梁变得更细、更少，还更多呈现杆状而非板状。μFEA 分析则发现，DDH 组的软骨下骨刚度和破坏载荷最低，力学性能最差。可以说，DDH 患者的软骨下骨就像一座 “摇摇欲坠” 的房子，难以承受正常的压力。
4. 软骨下骨骨细胞凋亡分析：H&E 染色、TUNEL 染色和免疫组化染色结果都表明，DDH 组骨细胞凋亡率明显升高。H&E 染色显示，DDH 组空陷窝的比例显著增加；TUNEL 染色和 caspase - 3 免疫组化染色也发现，DDH 组中 TUNEL 阳性和 caspase - 3 阳性的骨细胞比例大幅上升，OA 组的骨细胞凋亡率则介于 DDH 组和对照组之间。这说明在 DDH 患者的软骨下骨中，大量骨细胞 “走向死亡”。
5. 软骨下骨胶原纤维组织、骨细胞陷窝 - 小管网络和陷窝 / 小管周围重塑活性分析：苦味酸天狼星红染色观察发现，DDH 组软骨下骨的双折射胶原纤维排列比 OA 组和对照组更紊乱，说明其骨细胞重塑活动异常严重。Ploton 银染色结果显示，DDH 组的陷窝 - 小管网络中，小管突起更丰富、更长，陷窝 - 小管总面积和小管长度也显著增加，这意味着 DDH 组的 PLR 被激活了。而且，免疫组化染色还发现，DDH 组中参与 PLR 的关键酶组织蛋白酶 K 和 MMP - 13 的表达水平更高。这一系列结果就像在说，DDH 患者软骨下骨中的骨细胞 “忙个不停”，但却是在进行异常的重塑活动。
6. 骨细胞特征、软骨下骨特性和软骨退化之间的线性回归分析：线性回归分析表明，在 DDH 组和 OA 组中，骨细胞的一些特征，比如空陷窝比例、TUNEL 阳性细胞比例等，都和软骨下骨的微观结构和力学性能密切相关，而且在 DDH 组中的相关性更强。同时，骨细胞特征和软骨退化也高度相关，同样在 DDH 组中的相关性更高，这说明骨细胞在 DDH 患者的软骨损伤中起到了更为重要的作用。

综合以上研究结果，研究人员得出结论：DDH 患者存在骨细胞凋亡增加、胶原纤维排列紊乱和骨细胞 PLR 活性激活的现象。异常的骨细胞 PLR 活性会导致软骨下骨微观结构和力学性能恶化，进而加重软骨退化，加速 DDH 的进展。

在讨论部分，研究人员指出，这项研究首次详细探究了 DDH 患者软骨下骨中骨细胞的特征，发现骨细胞特征的变化和软骨下骨重塑活动有关，这进一步强调了软骨下骨重塑，尤其是骨细胞活动，在 DDH 病理变化中的重要作用，它可不是简单的 “配角”，而是推动疾病发展的 “主角” 之一。这一发现拓宽了我们对软骨下骨和软骨之间相互作用的认识，让我们明白骨细胞在 DDH 发病过程中扮演着重要角色。而且，研究还发现 DDH 中骨细胞凋亡增加和 PLR 激活的现象，这可能为预防和治疗 DDH 提供了新的细胞靶点。不过，研究也存在一些不足，比如样本量相对较小，可能会有选择偏倚；研究是横断面研究，最好能通过体内测量观察软骨下骨的变化；虽然提出了骨细胞和软骨细胞之间可能存在相互作用，但没有揭示具体机制。未来，研究人员希望能进一步深入探究这些问题。

总的来说，这项研究就像为我们打开了一扇了解 DDH 发病机制的新大门，让我们看到了骨细胞在其中的关键作用，为后续的治疗研究指明了方向，有望帮助更多 DDH 患者摆脱疾病的困扰，重新拥有健康的髋关节，自由地活动。