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大骨节病致病原因研究进展

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1大骨节病致病原因研究进展 Empty 大骨节病致病原因研究进展 周六 七月 23, 2011 11:42 pm

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作者:周宗科 裴福兴 作者单位:四川大学华西医院骨科,四川 成都 610041

  【关键词】 大骨节病 致病 原因 研究进展

  大骨节病(kashinbeck disease,KBD)是严重危害我国人民身心健康的主要地方疾病之一。该病好发于5~15 岁患者,属于特征性骺软骨损害、关节损害、并逐步由四肢向脊柱发展的慢性变形性骨关节病。自1849年该病被报道以来,已研究了150多年,其病因尚未阐明。其机制主要集中于环境因素探讨,形成了环境致病因素学说。一类是环境地球化学学说,以缺硒和碘为代表;一类是水中有机物中毒学说,以水中有机物和腐植酸中毒为代表;第三类是粮食中真菌毒素中毒学说,以镰刀菌毒素中毒为代表[1,2]。还有研究者根据大骨节病病理切片结果提出了病毒病因学说[3],但均不能对该病做出圆满解释。现将几种学说研究进展叙述如下。

  1 微量元素缺乏

  硒(Se)是人体必需微量元素,对人畜的软骨、肌肉及酶代谢有重要的医学生物学意义[4],硒缺乏导致脂质过氧化反应增强,加速细胞老化[5],引起软骨细胞核和内质网退变,产生大骨节病类似病理改变[6]。KBD病区均为低Se区,病区儿童机体Se水平显著低于非病区健康儿童,提示低Se是KBD病区的基本环境因素。补Se不但对KBD病人X线干骺端和骨端病变能够促进好转、防止恶化,而且使KBD发病率明显降低[7]。但病区内KBD患者与非患者之间Se水平无显著性差异,低Se区也有非KBD病区,说明环境低Se不是KBD的特异性致病因子,可能是KBD发病的重要条件[8]。

  研究发现,大骨节病病区缺碘问题比较严重。大骨节病区甲状腺肿比非病区多,病区23%患者血清促甲状腺素高于10 mU/L,而非病区只有4%高于10 mU/L。病区尿碘、血清甲状腺素和三碘化甲(状)腺氨酸要比非病区低,作者认为低硒是大骨节病的病因,而碘缺乏则是大骨节病的危险因素[9,10]。有学者在西藏地区进行了补硒试验,5~15 岁大骨节病患者随机分为补碘、补碘加硒和安慰剂组,12个月后,三组病人关节疼痛、关节活动和影像学改变没有区别,身高年龄指数明显好转,而安慰剂组由于大骨节病导致的生长迟缓没有恢复,因此作者认为缺硒与大骨节病关系不大,需要引起重视的是,大骨节病区缺碘应该得到补充[11]。

  然而Suetens等[12]在西藏大骨节病区调查发现,所有调查儿童都严重缺硒,碘缺乏和饮用水有机物过高与大骨节病没有必然联系,也不能证明高尿碘儿童大骨节病发病低。认为大骨节病是由于机体抗氧化能力减弱,软骨和骨细胞氧化损害的结果。Peng等[12]报道,大骨节病儿童硒、硼和锗都明显降低,病区内非大骨节病儿童硒含量正常,而硼和锗比非病区儿童低,即使补充硒,硼和锗降低并不能改善。其认为硼和锗缺乏是大骨节病致病原因之一。

  在中国1 600万人群中推广服Se盐防治KBD的措施取得了良好效果,补Se对KBD的早期病例有较好的预防和治疗效果。目前仍适于在KBD病区内使用,为我国KBD防治工作做出了宝贵贡献,但补Se对本病的防治效果不是一种针对病因的一级防治措施。低Se非病区的存在,说明低Se可能是KBD发生的重要条件。流行病学调查和动物实验所积累的证据不能明确支持缺Se作为KBD的始动病因,而可能是KBD发生的重要条件。

  2 T2毒素中毒学说

  以T2毒素为代表的食物真菌毒素中毒学说最初在1943~1945年由原苏联学者提出,并未得到学术界普遍承认。T2毒素属单端孢霉烯族毒素,多种致病真菌的代谢产物,毒性强烈且性质稳定,普通的食物加工过程难以清除,对人畜危害较大。

  Chasseur等[14]在西藏进行了4年真菌学研究,发现病区家庭大麦谷物受常温真菌污染要比非病区严重得多。有研究采用酶联免疫吸附方法检测了西藏地区大麦中黄曲霉毒素、fumonisins、赭曲毒素、玉米赤霉烯酮、脱氧雪腐镰刀菌烯醇,脱氧瓜萎镰菌醇和T2毒素等,结果发现96%样本中玉米赤霉烯酮升高,76%大麦中有T2毒素污染[15]。胞Ⅱ型胶原蛋白和蛋白聚糖合成有明显抑制作用[17]。T2毒素在浓度为1~20 μg/L时可引起软骨细胞凋亡,T2毒素引起的软骨细胞凋亡与细胞内Bax/Bcl22比值升高有关[18]。

  有研究采用T2毒素(100 μg/kg体重/d)饲养鸡雏,喂养5周后18只鸡雏中有16只膝关节软骨出现明显退行性病变,包括软骨细胞变小、发育障碍,排列紊乱、堆积,伴有带状变性、坏死,类似人类的KBD病变;与镰刀菌素菌粮按1/10比例掺入鸡饲料的喂养实验结果相似[19,20]。他还在KBD病区谷物中检测出了较多的T2毒素[21],据此认为T2毒素是KBD的致病因子[22]。

  然而,用纯T2毒素100 μg/kg饲养雏鸡3~5周,未复制出与上述同样的KBD病理学动物模型,雏鸡未发生关节软骨变性和坏死[23]。用T2毒素(1.5 mg/kg·d)或串珠镰刀菌素(1.0 mg/kg·d)饲养中国小型猪,105 d后出现动物关节软骨深层带状或片状坏死,与人类大骨节病的关节软骨损害相似;但是实验猪没有出现骺板软骨深层带状和片状坏死,这是与人类大骨节病不同之处[24]。杨进生等[25]在陕西KBD病人血中却未检出T2毒素;王治伦等[26]3次采集陕西KBD活跃重病区粮食样品,进行了真菌及其毒素检测,未检出镰刀菌或其他真菌,同时,包括T2毒素在内的11种单端孢霉烯族毒素在病区粮样中均为阴性。因此,T2毒素作为KBD的病因尚需进一步的流行病学调查及实验证实。

  T2毒素学说当前面临的主要问题是:a)在流行病学上如何解释病区近距离灶状分布问题,用温度、湿度、粮食收割贮存条件等难以作出令人信服的解释;b)各病区分离出的菌种不尽相同(例如有些病区分离出的的优势菌种是互隔交链孢霉而不是镰刀菌),病区与非病区间的差别不够规律;c)细胞培养证明,镰刀菌毒素(如禾谷粉红色镰刀菌的TDP1、梨孢镰刀T2等)对软骨细胞并无选择性毒性作用。因此粮食中真菌或其他微生物及其毒素在大骨节病发病中的具体病因及发病机制尚需要进一步研究。

  3 水中有机物中毒学说

  众多研究单位对KBD病区进行流行病学调查,发现KBD病区饮水与病情密切相关。对病区饮水的测定发现病区饮水偏酸性,饮水中标志有机物总量的耗氧量、酚阳物和腐殖酸等明显高于非病区。饮水中腐植酸过高被认为是大骨节病的致病原因之一。该学说认为,KBD病区饮水中黄腐酸(fulvic acid,FA)含量高于非病区,其中部分组分含有可产生自由基的结构单元。病区饮水的内源性自由基信号显著高于非病区,显示了KBD病因与病区生态环境中含自由基物质之间存在着内在联系。病区饮水中腐植质主要是FA,用FA进行动物实验,对骨与软骨均有明显中毒作用。据此认为KBD病区饮水中的有机物中毒是其主要病因[27]。

  研究报道,西藏中部水中有机物过高是大骨节病可能原因之一[28]。动物实验结果表明,病区饮水中提取的FA在机体低Se状态下有明显的毒性效应,FA可以参于骨代谢过程并在骨组织中沉积,FA对软骨细胞可产生明显的损伤作用。认为KBD病区饮水中FA含有可产生自由基的组分且含量较高,KBD病区的低Se环境不利于自由基的清除是引起KBD发生的原因。

  研究发现,人工合成腐殖酸和3,4二羟苯酸通过引起软骨细胞脂质过氧化反应和谷胱苷肽衰竭,以及细胞内钙离子失衡导致软骨细胞损伤,增加软骨细胞内乳酸脱氢酶释放[29]。有研究显示黄腐酸使软骨细胞分泌胶原和产生H2O2的能力增加,但脂质过氧化反应和乳酸脱氢酶的释放并不增加[30]。饮用水中有机物主要是黄腐酸增高,产生自由基、氧气和羟基作用细胞膜,引起脂质过氧化反应是大骨节病的主要原因,而硒则对大骨节病有预防作用[31]。研究显示,饮用水腐植酸对软骨细胞的损害首先通过氧气,然后转化为H2O2,最终启动脂质过氧化反应导致软骨细胞坏死[32]。

  然而,KBD病区水中FA等有机物含量没有规律性,FA等含量与KBD发病之间不呈现剂量效应关系,与非病区之间的差别没有显著性;各实验中都未显示FA对实验动物的任何毒性损害作用;FA中毒学说也与FA作为药物被医学临床大剂量口服应用的理论和实践相抵触[33]。因此,饮水中FA等有机物是KBD病因的假说还需要进一步研究,尤其是能够在动物体内重现大骨节病改变才能证实饮水中FA等有机物是KBD病因的假说。

  4 环境条件下生物性致病因子复合病因

  KBD存在独特的地方性和波浪型两大流行特征。元素缺乏能够解释KBD流行的地方性特征,然而元素丰度是病区环境中较恒定的因素,对KBD流行的波浪型特征不能解释;而生物性致病因子可以解释KBD流行的波浪型特征,却对KBD流行的地方性特征不能解释。有学者提出KBD病因可能是环境条件下生物性致病因子复合病因的推测[33]。

  在大骨节病外周血细胞及骨髓吸出物的幼稚血细胞核内有病毒包涵体样病变。大骨节病患者尸检软骨、骨髓和血液等病理切片上有特异性的软骨细胞B型凝固性坏死,其软骨细胞核内有与大骨节病外周血细胞及骨髓吸出物涂片中嗜酸性包涵体完全相同的包涵体样结构[34]。大骨节病患儿血浆致敏培养软骨细胞的细胞核内出现嗜酸性斑块,与尸检软骨细胞的B型凝固性坏死病变完全相同[35]。实验复制出的培养软骨细胞病变模型在电镜下见到直径75~83 nm、六角形中空、典型的病毒核衣壳样结构。该病毒结构完整、大小一致、形态规律,很像腺病毒。这些发现提示大骨节病的疾病可能是某特异病毒感染引起的疾病,其中血液和软骨内的病变较突出,该病毒具有嗜软骨性,软骨坏死是其主要病变[36~38]。

  但究竟是何种病毒引起该病尚不能确定。人类微小病毒B19(human parvovivus B19,HPVB19)是与人类多种疾病密切相关的重要病原体。对55 例不同KBD患者血清进行HPVB19DNA检测,大骨节病患者血清中的HPVB19检出率明显高于相邻非病区对照组和绝对非病区对照组,提示该病毒的感染与大骨节病有重要关系[39]。HPVB19感染是一种潜在性感染,是否发病取决于病毒的生物活性和人体的免疫力。HPVB19感染在免疫功能正常的个体呈现出一过性的自限过程,只有当宿主免疫功能受损或提供了病毒迅速复制的物质条件时,这种潜在的或低水平持久感染被激活,此时的抗体缺乏中和HPVB19的能力或阻断了病毒中和反应的重要抗原决定簇,从而导致关节损伤[40]。

  KBD可能是低Se条件下HPVB19感染引起的。KBD病区存在着HPVB19的感染流行,但是一种潜在性感染,是否发病取决于病毒的生物活性、数量、毒力的大小和机体免疫状态。由于缺Se而降低患者免疫功能,低Se使病毒活化、增殖和变异,从而使HPVB19的毒性恶化,HPVB19感染流行[41]。在研究中还发现非病区有较低的HPVB19感染率而无KBD发生,可能是KBD病区在低Se条件下HPVB19毒力增强而出现典型KBD病例。而非病区因Se水平较高,故HPVB19毒力较弱,感染者只出现轻度改变,也许非病区出现的所谓“干骺端正常变异”即为轻度HPVB19感染所致[37]。但由于以往的研究仅是横断面上的流行病学研究,尚不足以确定HPVB19就是KBD发病的病原体,但充分提示KBD与HPVB19病毒感染的关系。要证实KBD可能是低Se条件下HPVB19感染的推测,还需进行深入研究工作。

  5 营养素缺乏

  营养不良会引起多种疾病,营养素缺乏无疑会导致软骨代谢障碍。研究报道,陕西省永寿县大骨节病病区菜类供应不足,低于平衡膳食要求,优质蛋白中的肉类、蛋类、豆制品和油类摄入过低,脂肪量偏低,钙、核黄素和维生素C不足,胡萝卜素、维生素A、硫胺素严重缺乏[42,43]。20世纪80年代的文献报道病区儿童由于蛋白质供应不足和质量低下,处于低蛋白营养水平,蛋白质缺乏可能导致硫酸软骨素形成障碍,是大骨节病发生的重要条件[44]。一些文献报道,补充维生素E能够预防大骨节病发生,一般认为维生素E同硒协同保护细胞膜免受脂质过氧化物损伤,尤其是当机体处于硒缺乏状态时,这种功能更有特殊生理意义。同时,有研究报道,维生素E缺乏导致骨的生物力学强度降低[45,46]。一个不争的事实是随着改革开放,物质极大丰富,生活水平整体提高,大骨节病发病率迅速下降,这其中与膳食整体营养的提高有很大关系。

  综上所述,上述环境因素致病的各种学说,在病区人群发病与病情调查、预防干预结果和有效阻断病程进展治疗方面,都难于全面解释其病因及发病机制,大骨节病的预防和治疗虽然已获得相当进展,但仍无实质性突破。一个比较普遍的观点是,大骨节病不是由单一因素致病,而是由多因素共同作用的结果。在大骨节病区现场调查中发现,自然生态环境、主食结构和生活饮水源无明显差异的状况下,人群的发病情况不一样,也存在家庭多发现象。大骨节病致病原因还有待于进一步深入研究。







  【参考文献】

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