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为探究酒精对移植物整合和骨愈合的影响,研究人员以去矿化异体骨基质(DBM)为模型开展研究。结果表明,供体慢性大量饮酒会损害骨诱导,受体饮酒会加剧负面影响,而间歇性甲状旁腺激素(PTH)可促进骨诱导。该研究为骨折治疗提供新方向。
在全球范围内,骨折问题日益严峻。2019 年,预估有 17800 万例新骨折病例。多数骨折可顺利愈合,但仍有 2%-10% 会出现延迟愈合或不愈合的情况,这大大增加了患者死亡或长期残疾的风险。在骨折治疗中,骨移植起着关键作用,每年全球约有 220 万例涉及骨移植的手术。然而,骨移植失败的情况却很常见,且多数原因不明。
此前的研究大多聚焦于供体年龄等内在因素对移植物骨诱导潜力的影响,而对酒精摄入、吸烟等外在因素的研究较少。有确凿证据显示,慢性大量饮酒会使骨折发生率上升,而且饮酒者在骨折后更易出现延迟愈合或不愈合的状况。不过,很少有研究将酒精导致的骨基质变化视为影响骨折愈合或骨移植失败的风险因素。
骨诱导在骨折愈合过程中意义重大,它能启动成骨作用,对早期骨修复至关重要。骨诱导部分由骨基质吸收过程中激活并释放的信号因子(如转化生长因子 -β(TGF-β)、胰岛素样生长因子 - 1(IGF-1))介导。已有研究表明,大量饮酒会抑制成骨细胞生成骨骼耦合因子,尤其是 IGF-1。但目前尚不清楚这种酒精诱导的反应是否会降低未来的骨诱导能力。
为了解开这些谜团,来自国外的研究人员开展了相关研究,研究成果发表在《Bone Reports》上。这项研究意义非凡,它有助于深入理解酒精对骨折愈合和移植物整合的影响机制,为临床骨折治疗和骨移植手术提供重要的理论依据和实践指导,有望改善患者的治疗效果。
研究人员主要运用了以下关键技术方法:首先是动物模型构建,使用去矿化异体骨基质(DBM)模型,从喂食对照饮食或乙醇饮食的供体大鼠获取 DBM,植入喂食不同饮食的受体大鼠体内;还采用了临界尺寸骨缺损模型,在受体大鼠腓骨制造缺损并用 DBM 修复。其次是微计算机断层扫描(μCT)技术,用于测量骨诱导过程中形成的骨体积 。
实验 1:供体饮食对植入受体大鼠后 DBM 骨诱导能力的影响
研究人员从喂食液体乙醇饮食或对照等热量饮食 3 个月的雄性 Sprague-Dawley 大鼠获取股骨制备 DBM。将 DBM 圆柱体皮下植入 3 个月大、喂食对照饮食的雄性受体大鼠体内,6 周后用 μCT 测量骨体积。结果显示,与对照大鼠相比,乙醇喂养大鼠的骨基质中 IGF-1 降低了 45% 。植入受体大鼠后,来自乙醇喂养供体大鼠的 DBM 骨体积降低了 23%,这表明供体大鼠摄入乙醇会降低其骨基质的骨诱导能力。
实验 2:受体饮酒对不同供体来源 DBM 骨诱导的影响
实验在雌性大鼠中进行,供体大鼠制备 DBM 的方式同实验 1。受体大鼠在植入 DBM 前 4 周和植入后 3 周分别喂食对照饮食或乙醇饮食。3 周后用 μCT 测量骨体积,结果发现,与来自对照饮食供体且植入对照饮食受体的 DBM(cDonor → cRecipient)相比,来自乙醇饮食供体且植入乙醇饮食受体的 DBM(eDonor → eRecipient)骨体积更低 。这说明供体和受体同时饮酒会进一步抑制 DBM 的骨诱导作用。
实验 3:间歇性 PTH 对不同供体来源 DBM 修复临界尺寸骨缺损的影响
在 2 个月大、喂食对照饮食的雄性 Sprague-Dawley 大鼠腓骨制造双侧约 2-mm 长的临界尺寸缺损,用来自对照或乙醇饮食供体大鼠的 DBM 修复。受体大鼠术后皮下注射低剂量 PTH(5 μg/kg/d)或载体,每周 5 次,6 周后用 μCT 测量骨体积。结果显示,供体大鼠饮酒使 DBM 骨体积有降低趋势(p = 0.085),而 PTH 治疗则增加了 DBM 矿化体积,且供体饮食和间歇性 PTH 治疗之间无显著相互作用。这表明间歇性 PTH 能促进不同供体来源 DBM 对临界尺寸骨缺损的修复。
研究结论和讨论部分指出,慢性大量饮酒会损害移植物的骨诱导能力,供体饮酒会降低骨基质中 IGF-1 水平,进而影响骨诱导。而且受体在骨愈合过程中饮酒会加剧这种负面影响。不过,间歇性 PTH 作为一种骨合成代谢剂,对促进不同供体来源 DBM 的骨诱导有积极作用。
这项研究意义重大,它揭示了生活方式因素(如饮酒)对骨折愈合和移植物整合的影响机制,为临床医生在处理骨折患者和选择骨移植供体时提供了重要参考。同时,也为未来开发针对酒精相关骨骼疾病的治疗策略提供了新方向,比如可以考虑将间歇性 PTH 作为辅助治疗手段,提高骨折愈合成功率和移植物整合效果,改善患者的生活质量。但研究也存在一些局限性,如未考虑吸烟、体力活动等其他生活方式因素的影响,临界尺寸缺损研究仅在雄性大鼠中进行,且影响酒精生物活性的具体机制尚未完全明确,需要进一步深入研究。