大骨节病发病机制研究进展

赵松，泮学贞，苗飞翔，李恒，苏瑞平，吴学元，易智(通信作者*)

(1.西安医学院，陕西 西安 710021；2.陕西省人民医院骨科病院，陕西 西安 710068)

1 大骨节病发病机制的研究现状

大骨节病发病机制假说众多，但截至目前没有被所有学者认同和接受的发病机制。过去150 年里，专家学者们提出了三种环境假说：硒缺乏、谷物真菌毒素污染以及饮水有机物腐殖酸污染[4-5]。但均不能完美阐释或论证大骨节病的发病机制。因为这些理论不能完美地解释暴露于相同环境危险因素中同一地区居民中大骨节病发病率之间的可变差异。如西藏某地区，同样的饮食结构和习惯，但人群中大骨节病发病率存在显著差异[6]。目前大家已经普遍认为大骨节病的发病机制是由于饮用水有机物污染、T-2 毒素、低硒环境等多因素和多个遗传基因异常导致表观遗传改变共同作用下导致发病[7,8]。但最新研究发现某种病毒可能参与导致大骨节病的发生[9]。

2 发病机制

2.1 饮水有机物腐殖酸污染

饮水中的有机物腐殖酸污染假说在研究中也有了更多的认知。大量的证据表明：饮用水腐殖酸污染不是大骨节病发病的直接或者间接原因，某种程度而言甚至不能成为大骨节病发病的危险因素。虽然在大骨节病流行地区饮用水的检查中发现了高水平的腐殖酸和黄腐酸[10]，但是在动物实验中，有机酸对软骨细胞的影响却得到完全不同的结果[11,12]。流行病学调查显示，居住在同一地区并饮用相同的井水，汉族人大骨节病发病率高于朝鲜族[13]。显然，饮用水的有机污染不是大骨节病发生的决定性因素，只能是证明大骨节病流行区存在饮水有机酸污染。然而，当国家完成对大部分大骨节病地区的浅层地下水都被深井或自来水所取代后，实际上已经终止了饮用水的有机污染。结合在动物实验研究中发现腐殖酸污染的饮用水，并没有对实验对象产生类似于人类大骨节病的病理变化，因此目前对于饮水中的有机物腐殖酸污染假说持有保留。

2.2 低硒因素

流行病学调查显示[14,15]：大骨节病主要分散在从东北亚至中国西北部、西南部及西藏青海这一斜形条带中，并且这些地区与我国硒元素贫瘠区域分布带存在广泛交集。已证实，在大骨节病病区饮用水、农产品作物、土壤中存在严重的硒元素缺乏现象，含量明显低于非大骨节病区域[16]。研究发现大骨节病患者血液、头发和尿液中的硒水平远低于正常人群[17]。陆等[18]分析了中国四川阿坝地区岩石、水和土壤中硒的分布，发现实际土壤中硒元素的平均含量为0.139μg/g，低于中国土壤中硒含量的平均值(0.216μg/g)[19]。硒与人体新陈代谢有着密切的关系，硒主要以硒蛋白的形式存在于人体中[20]。人体硒缺乏会导致脂质过氧化反应增强，使细胞核和内质网退化，甚至加速细胞凋亡[21]。Rina[22]发现，当人体内低硒时，会导致细胞中胶原蛋白和蛋白聚糖合成减少，改变软骨细胞的形态结构和功能。同样地，在合理的范围内补充硒元素时可以保护软骨细胞免受损伤。尽管如此，补硒并不。能完全预防大骨节病的发生，大骨节病发病率也可以在环境中硒元素含量状态没有任何变化的情况下下降[23]。当环境中缺硒，会在某些条件下引起大骨节病的发生，但是缺硒环境下不一定必然发生大骨节病，两者之间没有绝对的联系。尽管如此，也没有直接证据可以否认补充硒元素可以预防大骨节病的发生。最后，已经证实硒元素缺乏是大骨节病发病的重要危险因素，但不是发病的直接或原始原因[15,24]。

2.3 T-2 毒素污染

除了低硒，储藏谷物霉变过程中的真菌代谢产物，如拟枝孢镰刀菌产生的T-2 毒素也可能参与大骨节病的发病。并且T-2 毒素污染，已知与动物和人类的多种疾病有关。班伯格[25]于1968 年首次分离出T-2 毒素，并发现它具有广泛的生物的活性。大量的研究证实，T-2 毒素与大骨节病密切相关。根据粮食真菌毒素污染假说，被污染的食物会导致机体发生慢性食物中毒，这种状态下，会造成机体软骨损害。体外实验发现，随着T-2 毒素浓度升高，会导致软骨细胞增殖率严重下降，同时加速软骨细胞凋亡[26]。此外，T-2 毒素还显示出加速软骨蛋白聚糖降解的作用，但也同时发现可以通过补充硒元素来拮抗和预防软骨蛋白聚糖降解[27]。T-2 毒素的影响同样在动物实验模型中得到验证。与正常饲料相比，掺有T-2 毒素的低硒饲料会干扰小鼠膝关节软骨细胞的正常代谢，导致膝关节软骨坏死[28]。同样，低硒加T-2 毒素饲料还能延缓大鼠干骺端小梁骨的形成[29]，这点和大骨节病患者长骨干骺端异常增生和坏死所导致身材矮小甚至残疾在一定程度上不谋而合。此外，姜等[30]通过给大鼠喂食大骨节病地方性饮食一段时间后，解剖大鼠，在实验鼠的骨和干骺端发现类似人大骨节病坏死的异常改变。更为重要的是在硒元素和T-2 毒素之间存在一定的相关性，硒元素含量高低在一定范围内影响了T-2 毒素的毒力。Cheng 等[20]研究发现：硒元素含量低，T-2毒素产量就会增加，相反，补充一定的硒元素，T-2 毒素的相对毒性会降低。这也间接的反映了大骨节病的病因不是单一因素，而是多因素作用下导致发病。

2.4 遗传因素与表观遗传改变假说

遗传基因对大骨节病的影响逐渐成为目前研究的重点，并且已经取得相当大的研究成果。郭等[31]人研究发现，亲代患病，子一代发病率常＞10%，后代的患病常以血缘关系集中分布，并且双亲患病的后代发病率远高于单亲患病后代。以上研究某种程度地将大骨节病的患病指向了环境中的相关风险因素与某些遗传基因在特定的条件下导致了大骨节病的发病。Yang 等[32]人研究发现基因HLA-DRB1 和CD2AP被确定为大骨节病的易感基因，并且经过验证证实：(HLA)-DRB1 基因中的两个位点和CD2 相关蛋白基因中的一个位点与大骨节病发生有显著的统计学关联。史晓薇等[33]研究对比KBD 患儿和健康儿童全血DNA 发现：COL11A1 基因多态性与儿童KBD 的易患性有关，2229783 位点上等位基因A 可能降低了KBD 易患性，位点rs1135056 上基因型AA 参与增加KBD 易患性。Shi 等[34]在家族性聚集的大骨节病的发病中，发现35.10%的病例可归因于大骨节病的多态性变异。但也有完全不同于以上的研究报道，Yang 等[35]人通过对大骨节病的遗传流行病学的荟萃分析揭示没有特定的基因变异与大骨节病之间存在任何直接联系。

随着基因组学研究在大骨节病中的不断深入，发现大骨节病与表观遗传改变密不可分[36]。表观遗传基因序列一般不变，但是异常的基因表达可在后代中遗传。Wang 等[37]人通过测定大骨节病和骨关节炎患者及正常人膝关节软骨全基因组甲基化谱，实验共鉴定了1212 个差异甲基化CpG 位点，发现了264 个高甲基化和368 个低甲基化基因并且通过与正常人的DNA 甲基化谱比较，检测到367 个差异甲基化CpG 位点的重叠，以及845 个大骨节病特异性差异甲基化CpG 位点。同样的Ma 等[38]人通过串联飞行时间质谱蛋白质分析技术发现：大骨节病软骨细胞培养物中的27 种蛋白质存在统计学显著差异，这些蛋白质主要涉及细胞氧化还原稳态和应激反应、细胞运动和细胞骨架组织，这些相关蛋白异常表明大骨节病关节软骨中细胞骨架重塑、糖代谢和氧化应激存在异常。表观遗传失调一定程度地反应了大骨节病患者与正常人群比较虽然没有特定的遗传基因改变的发生，但是特异性差异的甲基化位点或者蛋白质的异常表达等仍会遗传给后代，导致在特定的条件下后代患大骨节病的风险高于正常人群。

2.5 病毒病因假说

毕[9]的研究中提出：大骨节病关节、软骨病变是某病毒引起的全身性传染病的一部分。并且经过多年实验研究及实验验证，发现大骨节病患者血浆可导致大骨节病软骨损伤坏死发生，并且通过电镜在患者白细胞内多次发现同种病毒存在，并证实该病毒导致大骨节病软骨细胞坏死发生[39,40]。

3 大骨节病研究展望

大骨节病作为一种疾病目前已经得到有效控制，整合目前的大部分研究发现低硒、T-2 毒素、饮食条件和饮食习惯等环境危险因素和多个基因异常共同作用导致大骨节病的发生，最新的观点在多年研究支撑后表示：病毒在大骨节病发生过程中扮演了重要角色，这无疑是一种值得关注和深入研究的病因。目前大部分大骨节病患者已经进入或逐渐进入老龄化阶段，疾病所带来的痛苦和不便日益加重，而解除和减轻现存约80 万大骨节病患者就医和病痛困境也许将会成为现在和未来大骨节病研究的重中之重，更是现有大骨节病患者所期待的。