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随着人工关节置换术逐渐成为多种骨科疾病的重要治疗手段,其产生的一些远期不良影响日益受到人们的关注,无菌性松动是其中一种重要并发症。无菌性松动的产生机制目前主要认为有两大因素:机械力学因素和生物学因素,生物学因素中,关节假体磨损所产生的聚乙烯颗粒增强破骨的骨吸收功能是产生无菌性松动的重要因素[1,2],人工关节材料在长期使用过程中的假体一骨、假体一假体界面间摩擦或关节面相对活动可产生大量微小颗粒,这些物质可激活机体内炎性细胞,促使其分泌多种与骨吸收有关的细胞因子,并最终使初始固定良好的假体发生松动[3]。RANKL/RANK/OPG系统在破骨细胞(osteoclast,OC)的分化成熟过程中起着重要的作用。NF-κB受体激活剂配体(RANKL)属于肿瘤坏死因子家族,是破骨细胞前体细胞分化为成熟的破骨细胞的必需因子。RANKL不能进入细胞内部,必须通过NF-κB受体激活剂(RANK)来调节破骨细胞的分化。RANK是位于破骨细胞及其前体细胞(单核/巨噬细胞系统)表面的I型跨膜受体蛋白,在破骨细胞的分化成熟过程中,首先有骨髓基质细胞或成骨细胞分泌M-CSF,M-CSF与破骨细胞前体细胞表面的受体结合,然后RANKL再与破骨细胞前体细胞膜上的RANK结合,通过JNK途径、NF-κB途径、Akt途径等介导破骨细胞的成熟[4,5]。骨保护素(osteoprotegerin,OPG)是1997年由Simonet等[6]发现出一种能够调节骨代谢的糖蛋白RANKL的诱饵受体,它可以和RANK竞争与RANKL结合,从而阻断RANK与RANKL的结合,导致破骨细胞分化成熟障碍。研究表明,聚乙烯颗粒与巨噬细胞相互接触的情况下可引起巨噬细胞分泌TNF-α和IL-6等炎性细胞因子,从而激活破骨细胞及其前体细胞内的转录因子NF-κB,导致破骨细胞的成熟,说明颗粒本身就是一种信号,能够激活信号转导通路并引起生物学效应[7]。钛合金、钴铬合金或不锈钢等颗粒与外周血单核细胞共同培养后可刺激细胞表达较高水平的RANKL/RANK[8,9,10],进一步证实RANKL/RANK的增多是颗粒诱导的结果。对全髋关节置换术因松动而失败病例的髋关节关节液进行检测后发现人工关节周围组织内的RANKL/OPG比例严重失衡,这势必会导致局部骨代谢不平衡和骨溶解[11]。所以,颗粒对破骨细胞的刺激是通过RANKL/RANK/OPG系统来实现的。既然颗粒促进破骨细胞分化和骨吸收活性的作用必须依赖RANKL的支持,因此我们设想用OPG阻断RANKL和RANK的结合看是否能阻断颗粒对OC分化的刺激。在我们的实验中,体外培养破骨细胞,用聚乙烯颗粒进行干预,以造成破骨细胞分化的结果;而在同样条件下,在培养液中加入rhOPG,观察rhOPG对破骨细胞的分化有无明显影响。探讨rhOPG防治人工关节松动的可行性。破骨细胞取自出生24小时内新西兰白兔四肢长骨,破骨细胞通过抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)染色阳性细胞来鉴定[12,13],破骨细胞的功能通过TRAP染色阳性细胞和骨片上骨吸收陷窝的数量来反映。实验分为3组:对照组、109/ml聚乙烯颗粒培养组、100ng/ml rhOPG和109/ml聚乙烯颗粒共培养组。于培养第1、3、5、7天取细胞玻片、皮质骨片进行HE、甲苯胺蓝染色, TRAP染色计数阳性细胞个数,用扫描电镜观察骨片吸收陷窝形态。培养第1、3天的各组间玻片上破骨细胞计数无明显差异。在聚乙烯培养组中,培养第5天以后破骨细胞计数与对照组相比明显增加。与聚乙烯培养组相比,聚乙烯+rhOPG组中第5天后的破骨细胞增生会被抑制(P均<0.05),但与对照组比较则无显著性统计学差异。从破骨细胞在骨片上所形成的骨陷窝来看,聚乙烯培养组所形成陷窝较大且深,在培养第5天后,与对照组相比,陷窝数量显著增加(p<0.05),而这种增加会被rhOPG抑制(p<0.05),而且,在聚乙烯+rhOPG组,从培养第1天到第7天各时间点所取出的骨片的吸收陷窝与对照组和聚乙烯组相比,均有明显减少(p<0.05)。从我们的实验结果中可看出:(1)聚乙烯颗粒与破骨细胞共同培养可增强破骨细胞骨吸收功能;(2)与109/ml聚乙烯颗粒培养组相比,100ng/mlrhOPG和109/ml聚乙烯颗粒共培养组的破骨细胞明显减少。聚乙烯颗粒对破骨细胞的刺激作用,可被rhOPG抑制,可以用来防治人工关节置换术后的无菌性关节松动。