作者：陝西省人民醫院骨科病院 王繼成
大骨節病(KBD)是一種地方性、慢性和變形性骨關節病，主要發生於兒童管狀骨幹骺端閉合以前的四肢骺軟骨、骺板軟骨及關節軟骨，致其變性和深層細胞壞死。大骨節病在臨床上表現為多發性、對稱性關節受累，患者多在5歲甚至更早出現手指、腳趾及鄰近關節變形，甚者腿部畸形及類骨關節炎症狀。該病所引起的病理改變是全身性的，包括關節、四肢、脊柱等。大骨節病區別於其它骨關節病的主要病理變化為軟骨的深層細胞壞死而表層細胞正常。與正常人相比，大骨節病患者關節軟骨破壞嚴重，由大量壞死軟骨細胞簇構成壞死區，導致骨骺生長板局灶性壞死，管狀骨縱行生長受到抑制，造成大骨節病患者骨骼發育不良、身材矮小及骨端膨大。本病在我國主要分布於東北、西北、內蒙古、河南等地的潮溼寒冷山谷地區，而平原則較少見。
目前對於大骨節病發病機制的研究眾多，國內外學者提出各種大骨節病環境病因假說，如低硒學說、糧食真菌毒素汙染學說和飲水中有機物中毒學說等。但至今尚無一種較為完善的發病機制學說。多數研究認為，硒的缺乏和穀物汙染是大骨節病的主要環境風險因素，多個環境和遺傳因素同時相互作用與大骨節病病因相關。現對大骨節病發病機制的研究綜述如下，以期為大骨節病的預防及治療提供新的方向。
發病機制
微量元素缺乏：流行病學研究表明：我國大骨節病分布從東北至西南呈斜形條帶狀分布，這個分布帶與我國硒元素缺乏的分布帶是相吻合的。因此，考慮大骨節病的發病可能與硒元素有關。Li等研究發現，大骨節病流行地區硒元素缺乏廣泛存在。王權等進行大骨節病病區與非病區硒元素含量Meta分析，結果顯示大骨節病病區飲用水、土壤、小麥、玉米等中的硒元素低於非病區，同時大骨節病病區患者全血、血清、尿和毛髮硒水平均低於病區健康人。Lv等對大骨節病流行地區土壤樣品中的硒濃度進行測定，結果顯示在典型大骨節病病區內土壤樣品中硒濃度在0.08～0.215μg/g，表明在大骨節病流行區，其土壤中硒的含量較非病區明顯減少。因此，硒元素不足被認為是大骨節病重要的環境危險因素，這為研究大骨節病病因及發病機制提供了新的證據。硒是一種人體必需的微量元素，在人體中作為穀胱甘肽氧化酶活性中心，其作用包括維護細胞膜穩定性、消除脂質過氧化物及自由基等。陳靜宏等用T-2毒素1～20ng/ml在體外對胎兒軟骨細胞進行幹預，發現能明顯誘導軟骨細胞的凋亡相關蛋白表達，通過加入不同濃度的硒，可有效降低Bax/Bcl-2比率，從而對軟骨細胞的生長有保護作用。段琛等研究發現，適宜的補硒質量濃度0.10～0.25mg/L對大骨節病軟骨細胞具有一定的保護生長作用，降低細胞死亡率，但補硒質量濃度＞0.25mg/L時正常細胞死亡，表明大骨節病軟骨細胞具有較高的耐受力。有研究表明，硒具有抗氧化作用，且對真菌毒素具有拮抗作用。該團隊與中國農業大學和軍事醫學科學院合作，採用中國農業大學培育的小型豬進行實驗，結果表明T-2毒素能致中國小型豬關節軟骨深層發生類似人類大骨節病的關節軟骨損害，並引起軟骨基質膠原和蛋白聚糖含量降低，補硒可減輕T-2毒素引起的關節軟骨損傷病變的嚴重程度，改善軟骨基質生化代謝。最近有研究表明，脫碘酶作為一種重要的硒蛋白，在骨發育及功能中具有重要作用。有研究表明：通過在病區兒童人群中預防性地補充硒能夠預防兒童幹骺端病變，降低大骨節病的發病率。綜上所述，適當補硒能夠保護軟骨細胞，為大骨節病防治工作提供了一條新的途徑。
毒素：流行病學研究顯示，除硒缺乏外，T-2毒素的作用與大骨節病發病機制相關。T-2毒素是穀物、穀類產品以及動物飼料黴變過程中的主要由擬枝孢鐮刀菌代謝產生的有毒次級代謝產物，是A族單端孢黴烯族毒素中毒性最強的毒素，可通過汙染糧食和飼料危害人畜健康，故受到國內外學者的廣泛重視。T-2毒素是由Bamburg等在1968年首次分離提純並確認化學結構，具有廣泛的生物學活性。T-2毒素主要作用於細胞分裂旺盛的組織器官，如胸腺、骨髓、肝、脾、淋巴結、生殖腺及胃腸黏膜等，抑制這些器官細胞蛋白質和DNA合成。有研究表明，T-2毒素可導致軟骨細胞的結構和功能改變、細胞變性和壞死，具有極強的軟骨細胞毒性，對軟骨細胞可造成確切損傷。研究發現,在軟骨細胞生長發育早期和分裂增殖旺盛時期，T-2毒素影響了軟骨細胞的分裂增殖，也破壞了基質合成代謝和分解代謝的平衡。既往研究表明，T-2毒素是大骨節病的致病因子。
既往研究發現，低硒條件下T-2毒素可致大鼠關節軟骨深層發大骨節病類似的病理改變，而病變關節的表中層正常，提示低硒條件下T-2毒素中毒與大骨節病的病因學關係。有研究表明，在ATDC5軟骨形成細胞中，T-2毒素通過活性氧(ROS)/核因子-kB(NF-kB)/低氧誘導因子-2α(HIF-2α)途徑增強分解代謝並損傷ATDC5軟骨形成細胞。Guan等、Chen等對大鼠進行體內實驗，在低硒條件下，不同T-2毒素水平同時作用於實驗組大鼠，結果顯示低水平和高水平T-2毒素加硒缺乏飲食組大鼠的膝關節軟骨深層均出現類似人類大骨節病壞死的表現，同時伴有蛋白多糖和抗氧化劑水平下降。但最近一項研究表明，低硒條件下T-2毒素中毒可引起大鼠關節軟骨死亡，且中層死亡形式以凋亡為主，壞死性凋亡為輔，與大骨節病關節軟骨中層病理改變相似。其HE切片顯示關節軟骨深層有紅色影子細胞和無細胞區域，且軟骨基質淡染，但深層是否存在壞死，尚需使用壞死金標準－電鏡作進一步驗證。
目前研究認為，T-2毒素致軟骨細胞凋亡與凋亡調控相關蛋白的表達有關。細胞凋亡相關基因大致可分為凋亡促進基因和凋亡抑制基因。細胞凋亡的發生，嚴格受基因的控制。其中最受關注的凋亡相關基因包括P53、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3(caspase-3)、B細胞淋巴瘤-2(Bcl-2)基因家族。還有研究認為，軟骨細胞一氧化氮(NO)合成及凋亡相關蛋白Fas表達也參與了T-2毒素致軟骨細胞凋亡的機制。
關節軟骨由軟骨細胞和細胞外基質組成，軟骨細胞的功能是合成和降解膠原及蛋白多糖。細胞外基質主要由蛋白聚糖、膠原及水組成，其中膠原的主要成分為II型膠原。有研究認為，T-2毒素可以超誘導軟骨細胞炎性細胞因子白細胞介素-1β(IL-1β)、白細胞介素-6(IL-6)和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)分泌。所謂超誘導是指在細胞中，由於某種誘生劑和大分子合成抑制物的適當作用，一種誘生蛋白合成增加的現象。IL-1β與IL-6促進軟骨基質的分解代謝，抑制軟骨細胞的合成代謝，T-2毒素可以抑制軟骨聚集蛋白聚糖的合成，促進蛋白聚糖酶和促炎細胞因子的表達和蛋白聚糖降解。陳靜宏等研究發現，T-2毒素通過影響軟骨細胞中蛋白聚糖和II型膠原mRNA的轉錄水平，使軟骨細胞蛋白聚糖和II型膠原合成減少，反過來影響軟骨細胞自身的生存，使軟骨細胞進一步發生過度凋亡和死亡，導致關節軟骨損傷。有研究表明，Ｔ-2毒素作用會導致軟骨細胞IL-1β、TNF-α和MMP-13表達水平升高，而硒會抑制軟骨細胞合成MMP-13。
基因組學與蛋白組學：近期研究發現，大骨節病的分布呈現一定的家族聚集性，估算的大骨節病遺傳率達到41.76％，提示某些基因可能參與調控大骨節病的易患性。已有研究證實，硒蛋白GXP1基因的多態性與大骨節病的患病風險顯著相關。IL-1β基因的多態性也與大骨節病呈現顯著關聯。因此，大骨節病家族聚集可能主要歸因於環境及基因，環境與基因共同作用成為大骨節病的重要發病機制之一。
大多數疾病的發生是由與之相關聯的個體基因、遺傳與環境之間複雜的相互作用所致。任何疾病都是由易感基因與環境因素相互作用所導致，環境應答基因會影響人體對環境因素的易感性。Zhang等研究發現，ABI3BP基因為大骨節病的新型易感基因。Wang等研究發現，與正常人相比，在培養的大骨節病關節軟骨細胞中存在55個上調基因和24個下調基因，這些基因共同參與細胞代謝、凋亡、增殖和基質降解等過程。Zhang等採用全基因組基因通路關聯分析發現補體系統相關的Complement and coagulation cascades基因通路與大骨節病顯著相關，並且C5補體基因在大骨節病患者外周血中的表達水平顯著高於正常對照。以上結果首次證明凝血級聯通路相關補體系統與大骨節病發病機制相關。
有研究表明，MMP-3在兒童大骨節病發病中起重要作用，rs679620基因型T/T和rs591058基因型T/T與兒童大骨節病易感性有關。既往研究發現大骨節病軟骨損傷相關的基因、蛋白表達異常，例如軟骨基質相關的II型膠原和X型膠原，軟骨生長、發育和分化相關的轉化生長因子β(TGFβ)、成纖維細胞生長因子(bFGF)和血管內皮生長因子(VEGF)，軟骨細胞凋亡相關的BCL-2、BCL-2相關X蛋白(BAX)和Fas死亡受體(Fas)。武世勳等採用免疫組化染色法檢測程序化細胞死亡分子(PCD)-5和早期生長反應蛋白(EGR)-1在大骨節病軟骨損傷中的表達情況，結果發現大骨節病軟骨深層PCD-5顯著上調，軟骨表層和深層EGR-1顯著高表達，推測此兩種因子在大骨節病軟骨破壞過程中發揮重要作用。Ma等利用串聯飛行時間質譜蛋白質分析技術，比較了大骨節病關節軟骨和正常軟骨的蛋白譜差異，鑑別出大骨節病軟骨細胞27個異常表達蛋白，包括熱休克蛋白-1β、過氧化還原酶(PRDX)-1、肌動蛋白、絲切蛋白-1、調寧蛋白和接頭蛋白C-CRK等，功能涉及細胞氧化－還原平衡、外環境壓力反應和糖酵解等。有研究表明，PI3K/AKT信號通路在大骨節病的發生發展中具有重要作用。在一項關於硒蛋白S1基因多態性與PI3K/AKT信號通路的病例對照研究中，發現SEPS1與中國人群大骨節病發病風險具有一定的關聯性，並且這種基因多態性能夠影響PI3K/AKT信號通路的表達。以上研究表明，大骨節病軟骨細胞的細胞代謝、亞細胞定位和分子功能均存在異常。
結語與展望
大骨節病是一種地方性、慢性和畸形性骨關節病，主要發生於兒童管狀骨幹骺端閉合以前的四肢骺軟骨、骺板軟骨及關節軟骨，致其變性和深層細胞壞死，因其較高的致殘率，嚴重危害人民身心健康。目前，雖然大骨節病發病率下降明顯，但鑑於致病因子的存在，還要繼續加強大骨節病的科學研究，進一步明確大骨節病病因和發病機制。近年來隨著基因組學與蛋白組學的興起，對大骨節病的病因及發病機制有了新的發現，為大骨節病早期診斷和治療提供了新思路。
來源：中國骨與關節雜誌2018年12月第7卷第12期
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