引用本文： 蔡李駿, 王秋入, 陳長軍, 康鵬德. 免疫細胞調節股骨頭壞死發生發展的研究進展. 中國修復重建外科雜志, 2022, 36(11): 1428-1433. doi: 10.7507/1002-1892.202204106 復制
股骨頭壞死（osteonecrosis of the femoral head，ONFH）是一種骨科常見難治性疾病，呈進行性進展，具有致殘率高、家庭負擔重、社會影響大等特點，在我國普通人群中發病率很高，約有812萬15歲及以上國人受此病困擾[1]。其病變主要為股骨頭血運中斷，骨缺血、細胞壞死，最終導致骨小梁斷裂和股骨頭壞死塌陷[2-3]。隨病變不斷進展，患者可出現患側髖關節疼痛、活動障礙等癥狀，嚴重影響生活質量，最終可能面臨人工全髖關節置換術。ONFH的危險因素具有多樣性，包括外傷、激素、酒精、吸煙、鐮狀細胞病、凝血障礙、沉箱病、放射性危害、遺傳易感等，在我國以長期皮質類固醇激素使用和過量酒精攝入為主要致病因素，占80%以上[1-2，4-6]。
目前認為ONFH是一種多因素作用下的疾病，學者們提出了諸多理論學說，如遺傳易感、骨細胞凋亡、脂質代謝異常、骨質疏松、氧化應激、骨內高壓、血栓形成、凝血障礙等[2，7-11]。骨壞死發生后，股骨頭中壞死組織及細胞釋放各種細胞因子，趨化大量炎癥細胞激活炎癥反應，從而破壞了原有免疫平衡，進而導致骨破壞大于骨生成，最終使股骨頭不可逆地向塌陷發展[12]。在ONFH發生、發展過程中，成骨-破骨失衡是該疾病進行性發展的重要特點[3]，而免疫細胞及其相關細胞因子則在維持骨平衡方面發揮重要作用[13]。與ONFH發生、發展有關的免疫細胞包括巨噬細胞、中性粒細胞、樹突狀細胞等先天性免疫細胞，還有T細胞、B細胞等效應性免疫細胞。近年來，隨著骨免疫調控成骨與骨代謝疾病關系研究的不斷深入，人們發現免疫系統與骨骼系統有著密切關系，骨免疫異常[7，12]在ONFH發生、發展中起著重要作用。越來越多研究表明，免疫細胞浸潤及其調節作用以及炎癥反應激活在ONFH發生、發展過程中有重要意義[12]。
由于ONFH的確切發病機制尚未明確，迄今尚無有效預防策略或非手術治療方式，最終只能通過人工全髖關節置換術來解決患者疼痛及功能障礙。本文將對免疫細胞在ONFH發生、發展過程中的調節作用進行綜述，以期將來能以免疫調節因素為治療切入點，有助于形成有效的ONFH預防及診治措施。
1 骨骼動態平衡的破壞
骨骼作為人體內一種活躍的組織，處于舊骨被新骨取代、不斷更新的動態平衡之中，骨細胞、成骨細胞和破骨細胞參與了這個過程，保持了骨量的相對穩定。成骨細胞是由BMSCs分化而來、發揮骨形成作用的細胞，在BMSCs分化為成骨細胞過程中，受諸多刺激因子（如Wnt蛋白通路）的調控[14-15]，當某些因素下調該通路時則會促進成骨細胞凋亡。來源于成骨細胞的骨細胞則作為骨骼的主體細胞，占骨組織95%以上，是維持正常骨骼發生、發展和功能的基石[16-17]。破骨細胞是一種具有骨吸收作用的特殊多核細胞，由造血前體細胞沿單核-巨噬細胞的分化進程，在特定信號刺激下分化成熟的，其分化和成熟離不開核因子受體激活因子κB配體（receptor activator of nuclear factor κB ligand，RANKL）和巨噬細胞集落刺激因子（macro-phage colony stimulating factor，MCSF）的誘導刺激[14，18]。
成骨細胞、破骨細胞及骨細胞這3種細胞的自我分化、成熟及相互之間的調節作用均受到體內多種因素影響，從而維持著機體骨重建，即骨形成和骨吸收的動態穩定。研究表明[12，14，18-19]，RANKL通過與其特異性受體核因子受體激活因子κB（receptor activator of nuclear factor κB，RANK）結合促使破骨細胞分化、成熟以及發揮骨吸收作用，該體系對于破骨細胞不可或缺，同時RANKL與RANK的結合調節作用還受到骨保護素（osteoprotegerin，OPG）的負性調控，即抑制破骨細胞分化成熟，促使破骨細胞凋亡。成骨細胞前體可通過表達RANKL和MCSF來調節誘導破骨細胞生成，同時成骨細胞還可分泌OPG來抑制破骨，而破骨細胞同樣也可分泌一些細胞因子來調控成骨細胞的分化及成骨功能水平，通過兩者間的相互作用發揮對骨穩態的調控作用[20]。
目前很多學者認為，骨形成及骨吸收之間的動態平衡是一種受到調控的炎癥反應，許多炎癥細胞及細胞因子在維持骨穩態過程中都發揮著調節作用[21]。RANKL/RANK/OPG系統在免疫細胞與骨代謝過程，尤其是異常骨代謝過程中發揮重要的橋梁作用，免疫細胞維持骨穩態的重要功能即是通過該系統來調節骨穩態。RANKL和OPG不止表達于成骨細胞系，還表達于T細胞、B細胞這類效應性免疫細胞表面，同時這些特定信號的表達水平還受到多種細胞因子調控[12]，在RANKL和OPG調節系統下游通路中，免疫細胞與骨之間也存在許多共同分子信號機制[19]。探究免疫細胞對骨代謝調節的相關研究常在病理性條件下進行，如類風濕性關節炎、骨關節炎、牙周炎等，而關于ONFH的研究卻不多。
從進化角度考慮[18-19]，研究者在脊椎動物中發現，免疫系統與骨骼系統在同一階段出現并同步發展，很大可能是進化決定了兩者之間的相互關聯。骨作為一種造血器官，尤其人體出生后正常情況下均為髓內造血，包括巨噬細胞、中性粒細胞、樹突狀細胞、T細胞、B細胞等免疫細胞在內的各種血細胞均由骨髓內的造血干細胞分化而來，并與骨組織共處同一微環境內，骨動態平衡與否很大程度上能影響造血微環境的改變，從而影響免疫細胞分化及后續免疫功能的發揮[19，21]。同時，骨重建中起重要作用之一的破骨細胞就屬于免疫細胞的一類特殊細胞。這些均提示骨骼系統與免疫系統在結構和功能上都互相影響，兩者有密切聯系。
總的來說，在正常情況下，骨穩態受到嚴格調控可保持動態平衡；而在ONFH發生、發展過程中，骨重建的動態穩定受到破壞，骨生成與破壞不平衡，骨破壞強于骨生成作用，促使股骨頭朝塌陷不斷發展。值得注意的是，免疫細胞在ONFH發生、發展過程中也發揮了一定作用。
2 免疫細胞對ONFH發生、發展的調節
2.1 先天性免疫細胞對ONFH發生、發展的調節
研究表明，ONFH區域及周圍存在慢性炎癥反應，持續性炎癥會導致股骨頭進行性塌陷[21-24]。在這種炎癥環境下，一定數量的先天性免疫細胞會被招募，包括巨噬細胞、中性粒細胞、樹突狀細胞等。
2.1.1 巨噬細胞
在慢性炎癥過程中發揮重要作用的巨噬細胞，被釋放到不同環境中受到不同刺激，可極化成發揮促炎作用的M1表型和抗炎作用的M2表型，不同表型間可相互轉換，兩者比例與組織是進一步損傷還是炎癥消退修復有很大關系。M1表型持續占主導活動會導致慢性炎癥、組織損害，而轉變為M2表型占主導時則促進組織修復、重塑和血管生成，是極具多樣性的一組細胞[13，16，21，25-26]。Adapala等[25]利用仔豬ONFH模型發現，在ONFH區域，壞死骨通過激活特定受體Toll 樣受體 4（TLR4）顯著誘導巨噬細胞發揮炎癥效應，大量發揮促炎作用的M1表型巨噬細胞出現，并伴有IL-1β、TNF-α、IL-6等促炎介質上調，從而促進骨細胞凋亡，加速ONFH發展。學者們發現姜黃素[17]、IL-4[27]等可以通過抑制M1表型巨噬細胞極化及減少其浸潤，從而減輕ONFH區域炎癥反應、減少骨細胞凋亡、緩解ONFH癥狀；同時IL-4還是一種可以抑制破骨細胞分化、降低其骨質吸收功能的調節因子[28]；黃芪甲苷[16]、人臍帶MSCs[29]、IL-4、IL-10、IL-13[30]等不僅能抑制M1表型巨噬細胞極化，還能促進其轉換為M2抗炎表型，促進組織修復及炎癥消退，減少骨壞死及骨細胞凋亡，更有利于延緩ONFH發生、發展。同時，破骨細胞由單核-巨噬細胞系分化成熟，更增加了巨噬細胞與ONFH發生、發展的密切關系。
2.1.2 中性粒細胞
作為人體血液中含量最多的白細胞，中性粒細胞在ONFH中發揮重要作用。有研究發現中性粒細胞具有表達RANKL的能力，同時在某些因素刺激（如滑膜炎）下還可表達OPG，并參與早期骨重塑過程，使得破骨細胞分化及骨吸收增加，造成早期骨質疏松和股骨頭微骨折，最終導致骨壞死[31-32]。激活的中性粒細胞還會釋放一種由抗菌蛋白和染色質構成的網狀結構，稱為中性粒細胞胞外陷阱（neutrophil extracellular traps，NETs），主要起抗菌作用[33]。Nonokawa等[34]將NETs注入大鼠股骨頭周圍組織中，發現產生了缺血性改變，同時檢測到ONFH患者的股骨頭周圍血管中有NETs存在，而骨關節炎患者股骨頭中卻無，提示NETs與ONFH發生、發展有關。研究者推測NETs的形成可能會影響局部血液供應，同時刺激血栓形成及凝血[13，21]。有研究者在牙周炎這種慢性炎癥性疾病中發現，中性粒細胞兼具維持牙周組織炎癥平衡的保護性作用和誘導炎癥性骨丟失的破壞性作用[32，35]。因此，我們分析中性粒細胞在ONFH發生、發展過程中，對于骨質破壞和慢性炎癥反應也存在兩種不同作用，但還需要更多研究來證實。
2.1.3 樹突狀細胞
樹突狀細胞作為高效的抗原提呈細胞，捕獲、識別危險信號并將抗原提呈給T細胞，是連接先天性免疫和效應性免疫的關鍵橋梁，是免疫反應啟動與控制調節的關鍵因素[36-38]。關于樹突狀細胞在ONFH發生、發展過程中發揮作用的文獻報道不多，但從抗骨質吸收藥物相關性頜骨骨壞死的研究來看，樹突狀細胞分化和功能被抑制，甚至樹突狀細胞缺失后使局部免疫環境紊亂、免疫功能破壞，促進頜骨骨壞死發生、發展，提示樹突狀細胞與炎癥誘導的骨丟失有密切關系[37]。這可能不僅與樹突狀細胞提呈激活T細胞，從而間接發揮免疫介導的炎癥性骨丟失有關，還可能與其在炎癥環境中衍生為破骨細胞直接參與該過程有關，且樹突狀細胞來源的破骨細胞顯示出增強的骨吸收活性，破骨細胞相關分子表達亦增加[38]。
2.2 效應性免疫細胞對ONFH發生、發展的調節
在ONFH區域的炎癥發展過程中，效應性免疫反應同樣不可忽視。作為后天獲得性的免疫，效應性免疫應答主要涉及免疫T細胞（細胞介導）和免疫B細胞（體液介導）。
2.2.1 T細胞
T細胞作為效應性免疫中細胞免疫的主要承擔者，通過產生不同細胞因子來介導和調控免疫反應[39]。T細胞對成骨和破骨是發揮促進作用還是抑制作用，與T細胞亞群分類、所處不同條件及其產生的細胞因子有很大關系，在ONFH區域常發現T細胞亞群的改變，提示存在慢性炎癥及免疫功能失調[12，22]。T細胞亞群分類繁多，而關于每個T細胞亞群與ONFH發生、發展相關性的總結歸納性研究卻不多。
T細胞與成骨、破骨間的聯系很大程度是通過RANKL/RANK/OPG體系來完成的[12]。炎癥條件下，T細胞的激活會導致RANKL和TNF-α產生增加，從而進一步促進各種炎癥和自身免疫紊亂[40]。RANKL主要由Th1細胞產生，也可由Th17等其他亞群T細胞產生，從而發揮免疫誘導下的骨破壞[12，21]；這其中可能伴隨有TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-17、IL-33等破骨炎癥因子水平的升高[21，41-42]。而作為一種具有免疫抑制性的調節性T細胞（regulatory T，Treg），則通過分泌細胞因子的形式抑制破骨細胞分化，降低破骨細胞骨吸收的功能活性[13，43]。研究者們推測發揮此抑制功能的關鍵細胞因子可能為TGF-β、IL-4、IL-10等[40，44]，在ONFH區域TGF-β形成受抑制、表達水平下調，骨修復能力明顯下降[22]。同時有研究發現在終末期ONFH患者中Treg數量占比明顯減少[12]，推測可能與ONFH疾病進展有關。抑制性T細胞則可與破骨細胞前體結合發揮抑制功能，從而阻礙ONFH的進展[12-13]。
2.2.2 B細胞
效應性免疫反應中的另一重要組成部分——體液免疫，則主要與B細胞密切相關，B細胞參與了ONFH區域的炎癥反應并在其中發揮重要作用。B細胞與T細胞類似，在功能發育過程中也可分為諸多亞群。傳統理論認為B細胞在受到抗原刺激后活化，可分化為能產生大量抗體、發揮體液免疫作用的漿細胞以及記憶B細胞[45-46]；還有可以發揮先天性免疫作用、分泌產生免疫球蛋白M（IgM）的B-1細胞，以及產生抗炎癥細胞因子IL-10、有免疫抑制作用的調節性B細胞（Bregs）[47-49]。
有研究者通過對比ONFH患者與健康對照組B細胞亞群及血清學的差別，發現ONFH患者存在不同程度的B細胞亞群失衡及細胞因子水平差異，包括活化的B細胞升高及記憶B細胞下降[2]。B細胞所參與的ONFH區域炎癥反應過程同樣與RANKL/RANK/OPG系統密切相關。B細胞同樣也是RANKL、OPG的有效來源之一[50-51]。研究發現[40，42，50，52]，在生理條件下B細胞主要通過促OPG生成、抑制破骨細胞形成來發揮骨保護作用；而炎癥環境中則與T細胞類似，分泌大量RANKL、TNF-α等炎癥因子促進破骨細胞分化、成熟，從而促進骨吸收作用，即通過抗體非依賴和RANKL依賴方式影響骨穩態。作為一種漿細胞異常增殖的惡性腫瘤，多發性骨髓瘤患者常出現多發性溶骨性損害，從病理改變中可發現漿細胞大量惡性增殖，進而促進破骨、抑制成骨[21]。
激素性和酒精性ONFH患者外周血中B細胞的激活引起了研究者關注，B細胞的活化程度與股骨頭塌陷程度有一定相關性[2，12]。對于激素性ONFH患者，IL-17A和干擾素γ表達顯著高于健康對照組，而這兩種炎癥介質均可增強誘導發揮破骨作用的M1表型巨噬細胞、B細胞等[2]；對于酒精性ONFH患者，TNF-α表達顯著高于健康對照組，且TNF-α濃度與股骨頭塌陷程度成正相關，大量酒精可誘導全身炎癥反應，刺激TNF-α生成，進而發揮對B細胞生成和功能的調節及促進破骨、抑制成骨等作用[2]。同時基于B細胞與T細胞之間的串擾也可以進一步調節骨代謝，有學者發現[40]酒精可以通過改變Th1/Th2分化比例來影響B細胞功能，進而影響骨重塑過程，因為B細胞被Th1激活后可抑制破骨細胞生成，但被Th2激活后卻促進破骨細胞生成。
3 總結與展望
關于ONFH確切的始發因素及始動機制，現有研究并未得出一致明確結論。大多數學者認為ONFH是由多種病因，包括遺傳和非遺傳風險因素，多種發病機制相互交織、相互作用，最終導致血流受損、股骨頭循環中斷的骨骼死亡，很多風險因素都可通過多種潛在發病機制促成患者發病，并在ONFH進展中繼續發揮作用[4，6，10-11]。如激素、酒精等因素可能通過血管內皮損傷、血管內凝血和微循環血栓形成在內的機制減少血液灌注；還可能影響脂質代謝，誘導髓內脂肪生成，從而增加骨內壓力，導致動脈阻塞、靜脈瘀滯；還可能通過細胞凋亡、氧化應激等對骨細胞、成骨細胞、破骨細胞、骨髓基質細胞、脂肪細胞等多種細胞代謝產生不同程度影響，抑制成骨系細胞成骨、誘導其凋亡、減少骨量，延長破骨細胞壽命、促進破骨功能發揮，干擾成骨和成脂間平衡，進而引起負重區骨小梁斷裂、骨質疏松等。一項來自韓國的專家共識[11]認為，激素和酒精相關的ONFH是股骨頭由于缺血級聯反應引起的一種骨內間室綜合征，即激素和酒精引起骨髓脂肪細胞增生、肥大，導致股骨近端骨內高壓從而發生血管受壓和血管內凝血，使得血流受影響出現股骨頭缺血性改變，如在缺血早期發生完全纖溶和足夠的血管再生，血流灌注可以恢復、病變可逆、不會繼續進展為明確骨壞死，反之會因長期缺血損傷出現不可逆的明確ONFH。
關于ONFH具體哪種發病機制占主導尚無定論，對各種潛在發病機制之間的相互關系及各種危險因素之間的相互作用知之甚少。本文介紹的免疫細胞發揮的重要調節作用主要體現在發生骨壞死后、股骨頭啟動的異常修復過程中，從現有與ONFH有關的免疫調節文獻也可看出，絕大多數研究均建立在已出現骨壞死的基礎上。但由于現有研究的局限性，不排除在發生缺血壞死前就存在免疫異常介導的慢性炎癥，持續性炎癥引起的異常修復作用破壞了骨形成與骨吸收之間的平衡，使得破骨傾向強于成骨傾向，導致股骨頭逐漸壞死、進行性塌陷。如前所述，當發生ONFH后，壞死區域及周圍即開始修復，啟動慢性炎癥反應，慢性炎癥是骨壞死的顯著特征之一[21]。
ONFH作為一種臨床難治性疾病，如何防治股骨頭塌陷、避免結構完整性丟失、延緩患者行人工全髖關節置換術，一直是骨科醫師研究的方向。越來越多研究表明，骨的修復作用尤其是ONFH中骨吸收強于骨形成作用是導致股骨頭病變不斷發生、發展的原因，疾病的進展并非是壞死本身所致[10]。
免疫細胞在ONFH發生、發展中起重要作用，一方面是由于成骨細胞、破骨細胞與多種免疫細胞同源，另一方面是在ONFH疾病進展過程中不斷受到免疫系統調節，浸潤在股骨頭局部慢性炎癥環境中的先天性免疫細胞和效應性免疫細胞通過一系列調節通路，不斷發揮著骨保護性作用和破壞性作用。所以針對ONFH區域的免疫細胞及其調節通路上的關鍵因子、關鍵蛋白等靶向免疫和個性化治療可能有助于調節骨平衡，避免或減少因免疫反應失調造成股骨頭進一步損害，可能成為今后延緩ONFH發生、發展甚至逆轉病變的可行性方法。例如可通過調節T細胞、B細胞在ONFH區域的亞群分布，調節巨噬細胞極化表型，抑制RANKL/RANK/OPG系統上的關鍵位點（如TNF受體相關因子6）[51]，來阻斷壞死股骨頭中的失衡狀態，調控、干預壞死區的炎癥反應，抑制破骨細胞生成及功能發揮，抗衡炎性骨丟失。然而，要徹底明確ONFH發病機制以及其潛在的臨床診治空間還任重道遠，未來研究應逐步闡明ONFH中各種炎癥通路機制以及各種免疫細胞與其他ONFH危險因素之間的相互作用。相信隨著對免疫調節ONFH研究不斷深入，可以發現更多免疫調節因素，為ONFH的診斷和治療提供新的線索和方向。
利益沖突 在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突；經費支持沒有影響文章觀點及其報道
作者貢獻聲明 蔡李駿：綜述構思及設計、查閱文獻與文章撰寫；王秋入、陳長軍：綜述構思及設計、觀點補充、修改論文；康鵬德：綜述構思及設計、觀點補充、修改論文、對文章的知識性內容作批評性審閱
股骨頭壞死（osteonecrosis of the femoral head，ONFH）是一種骨科常見難治性疾病，呈進行性進展，具有致殘率高、家庭負擔重、社會影響大等特點，在我國普通人群中發病率很高，約有812萬15歲及以上國人受此病困擾[1]。其病變主要為股骨頭血運中斷，骨缺血、細胞壞死，最終導致骨小梁斷裂和股骨頭壞死塌陷[2-3]。隨病變不斷進展，患者可出現患側髖關節疼痛、活動障礙等癥狀，嚴重影響生活質量，最終可能面臨人工全髖關節置換術。ONFH的危險因素具有多樣性，包括外傷、激素、酒精、吸煙、鐮狀細胞病、凝血障礙、沉箱病、放射性危害、遺傳易感等，在我國以長期皮質類固醇激素使用和過量酒精攝入為主要致病因素，占80%以上[1-2，4-6]。
目前認為ONFH是一種多因素作用下的疾病，學者們提出了諸多理論學說，如遺傳易感、骨細胞凋亡、脂質代謝異常、骨質疏松、氧化應激、骨內高壓、血栓形成、凝血障礙等[2，7-11]。骨壞死發生后，股骨頭中壞死組織及細胞釋放各種細胞因子，趨化大量炎癥細胞激活炎癥反應，從而破壞了原有免疫平衡，進而導致骨破壞大于骨生成，最終使股骨頭不可逆地向塌陷發展[12]。在ONFH發生、發展過程中，成骨-破骨失衡是該疾病進行性發展的重要特點[3]，而免疫細胞及其相關細胞因子則在維持骨平衡方面發揮重要作用[13]。與ONFH發生、發展有關的免疫細胞包括巨噬細胞、中性粒細胞、樹突狀細胞等先天性免疫細胞，還有T細胞、B細胞等效應性免疫細胞。近年來，隨著骨免疫調控成骨與骨代謝疾病關系研究的不斷深入，人們發現免疫系統與骨骼系統有著密切關系，骨免疫異常[7，12]在ONFH發生、發展中起著重要作用。越來越多研究表明，免疫細胞浸潤及其調節作用以及炎癥反應激活在ONFH發生、發展過程中有重要意義[12]。
由于ONFH的確切發病機制尚未明確，迄今尚無有效預防策略或非手術治療方式，最終只能通過人工全髖關節置換術來解決患者疼痛及功能障礙。本文將對免疫細胞在ONFH發生、發展過程中的調節作用進行綜述，以期將來能以免疫調節因素為治療切入點，有助于形成有效的ONFH預防及診治措施。
1 骨骼動態平衡的破壞
骨骼作為人體內一種活躍的組織，處于舊骨被新骨取代、不斷更新的動態平衡之中，骨細胞、成骨細胞和破骨細胞參與了這個過程，保持了骨量的相對穩定。成骨細胞是由BMSCs分化而來、發揮骨形成作用的細胞，在BMSCs分化為成骨細胞過程中，受諸多刺激因子（如Wnt蛋白通路）的調控[14-15]，當某些因素下調該通路時則會促進成骨細胞凋亡。來源于成骨細胞的骨細胞則作為骨骼的主體細胞，占骨組織95%以上，是維持正常骨骼發生、發展和功能的基石[16-17]。破骨細胞是一種具有骨吸收作用的特殊多核細胞，由造血前體細胞沿單核-巨噬細胞的分化進程，在特定信號刺激下分化成熟的，其分化和成熟離不開核因子受體激活因子κB配體（receptor activator of nuclear factor κB ligand，RANKL）和巨噬細胞集落刺激因子（macro-phage colony stimulating factor，MCSF）的誘導刺激[14，18]。
成骨細胞、破骨細胞及骨細胞這3種細胞的自我分化、成熟及相互之間的調節作用均受到體內多種因素影響，從而維持著機體骨重建，即骨形成和骨吸收的動態穩定。研究表明[12，14，18-19]，RANKL通過與其特異性受體核因子受體激活因子κB（receptor activator of nuclear factor κB，RANK）結合促使破骨細胞分化、成熟以及發揮骨吸收作用，該體系對于破骨細胞不可或缺，同時RANKL與RANK的結合調節作用還受到骨保護素（osteoprotegerin，OPG）的負性調控，即抑制破骨細胞分化成熟，促使破骨細胞凋亡。成骨細胞前體可通過表達RANKL和MCSF來調節誘導破骨細胞生成，同時成骨細胞還可分泌OPG來抑制破骨，而破骨細胞同樣也可分泌一些細胞因子來調控成骨細胞的分化及成骨功能水平，通過兩者間的相互作用發揮對骨穩態的調控作用[20]。
目前很多學者認為，骨形成及骨吸收之間的動態平衡是一種受到調控的炎癥反應，許多炎癥細胞及細胞因子在維持骨穩態過程中都發揮著調節作用[21]。RANKL/RANK/OPG系統在免疫細胞與骨代謝過程，尤其是異常骨代謝過程中發揮重要的橋梁作用，免疫細胞維持骨穩態的重要功能即是通過該系統來調節骨穩態。RANKL和OPG不止表達于成骨細胞系，還表達于T細胞、B細胞這類效應性免疫細胞表面，同時這些特定信號的表達水平還受到多種細胞因子調控[12]，在RANKL和OPG調節系統下游通路中，免疫細胞與骨之間也存在許多共同分子信號機制[19]。探究免疫細胞對骨代謝調節的相關研究常在病理性條件下進行，如類風濕性關節炎、骨關節炎、牙周炎等，而關于ONFH的研究卻不多。
從進化角度考慮[18-19]，研究者在脊椎動物中發現，免疫系統與骨骼系統在同一階段出現并同步發展，很大可能是進化決定了兩者之間的相互關聯。骨作為一種造血器官，尤其人體出生后正常情況下均為髓內造血，包括巨噬細胞、中性粒細胞、樹突狀細胞、T細胞、B細胞等免疫細胞在內的各種血細胞均由骨髓內的造血干細胞分化而來，并與骨組織共處同一微環境內，骨動態平衡與否很大程度上能影響造血微環境的改變，從而影響免疫細胞分化及后續免疫功能的發揮[19，21]。同時，骨重建中起重要作用之一的破骨細胞就屬于免疫細胞的一類特殊細胞。這些均提示骨骼系統與免疫系統在結構和功能上都互相影響，兩者有密切聯系。
總的來說，在正常情況下，骨穩態受到嚴格調控可保持動態平衡；而在ONFH發生、發展過程中，骨重建的動態穩定受到破壞，骨生成與破壞不平衡，骨破壞強于骨生成作用，促使股骨頭朝塌陷不斷發展。值得注意的是，免疫細胞在ONFH發生、發展過程中也發揮了一定作用。
2 免疫細胞對ONFH發生、發展的調節
2.1 先天性免疫細胞對ONFH發生、發展的調節
研究表明，ONFH區域及周圍存在慢性炎癥反應，持續性炎癥會導致股骨頭進行性塌陷[21-24]。在這種炎癥環境下，一定數量的先天性免疫細胞會被招募，包括巨噬細胞、中性粒細胞、樹突狀細胞等。
2.1.1 巨噬細胞
在慢性炎癥過程中發揮重要作用的巨噬細胞，被釋放到不同環境中受到不同刺激，可極化成發揮促炎作用的M1表型和抗炎作用的M2表型，不同表型間可相互轉換，兩者比例與組織是進一步損傷還是炎癥消退修復有很大關系。M1表型持續占主導活動會導致慢性炎癥、組織損害，而轉變為M2表型占主導時則促進組織修復、重塑和血管生成，是極具多樣性的一組細胞[13，16，21，25-26]。Adapala等[25]利用仔豬ONFH模型發現，在ONFH區域，壞死骨通過激活特定受體Toll 樣受體 4（TLR4）顯著誘導巨噬細胞發揮炎癥效應，大量發揮促炎作用的M1表型巨噬細胞出現，并伴有IL-1β、TNF-α、IL-6等促炎介質上調，從而促進骨細胞凋亡，加速ONFH發展。學者們發現姜黃素[17]、IL-4[27]等可以通過抑制M1表型巨噬細胞極化及減少其浸潤，從而減輕ONFH區域炎癥反應、減少骨細胞凋亡、緩解ONFH癥狀；同時IL-4還是一種可以抑制破骨細胞分化、降低其骨質吸收功能的調節因子[28]；黃芪甲苷[16]、人臍帶MSCs[29]、IL-4、IL-10、IL-13[30]等不僅能抑制M1表型巨噬細胞極化，還能促進其轉換為M2抗炎表型，促進組織修復及炎癥消退，減少骨壞死及骨細胞凋亡，更有利于延緩ONFH發生、發展。同時，破骨細胞由單核-巨噬細胞系分化成熟，更增加了巨噬細胞與ONFH發生、發展的密切關系。
2.1.2 中性粒細胞
作為人體血液中含量最多的白細胞，中性粒細胞在ONFH中發揮重要作用。有研究發現中性粒細胞具有表達RANKL的能力，同時在某些因素刺激（如滑膜炎）下還可表達OPG，并參與早期骨重塑過程，使得破骨細胞分化及骨吸收增加，造成早期骨質疏松和股骨頭微骨折，最終導致骨壞死[31-32]。激活的中性粒細胞還會釋放一種由抗菌蛋白和染色質構成的網狀結構，稱為中性粒細胞胞外陷阱（neutrophil extracellular traps，NETs），主要起抗菌作用[33]。Nonokawa等[34]將NETs注入大鼠股骨頭周圍組織中，發現產生了缺血性改變，同時檢測到ONFH患者的股骨頭周圍血管中有NETs存在，而骨關節炎患者股骨頭中卻無，提示NETs與ONFH發生、發展有關。研究者推測NETs的形成可能會影響局部血液供應，同時刺激血栓形成及凝血[13，21]。有研究者在牙周炎這種慢性炎癥性疾病中發現，中性粒細胞兼具維持牙周組織炎癥平衡的保護性作用和誘導炎癥性骨丟失的破壞性作用[32，35]。因此，我們分析中性粒細胞在ONFH發生、發展過程中，對于骨質破壞和慢性炎癥反應也存在兩種不同作用，但還需要更多研究來證實。
2.1.3 樹突狀細胞
樹突狀細胞作為高效的抗原提呈細胞，捕獲、識別危險信號并將抗原提呈給T細胞，是連接先天性免疫和效應性免疫的關鍵橋梁，是免疫反應啟動與控制調節的關鍵因素[36-38]。關于樹突狀細胞在ONFH發生、發展過程中發揮作用的文獻報道不多，但從抗骨質吸收藥物相關性頜骨骨壞死的研究來看，樹突狀細胞分化和功能被抑制，甚至樹突狀細胞缺失后使局部免疫環境紊亂、免疫功能破壞，促進頜骨骨壞死發生、發展，提示樹突狀細胞與炎癥誘導的骨丟失有密切關系[37]。這可能不僅與樹突狀細胞提呈激活T細胞，從而間接發揮免疫介導的炎癥性骨丟失有關，還可能與其在炎癥環境中衍生為破骨細胞直接參與該過程有關，且樹突狀細胞來源的破骨細胞顯示出增強的骨吸收活性，破骨細胞相關分子表達亦增加[38]。
2.2 效應性免疫細胞對ONFH發生、發展的調節
在ONFH區域的炎癥發展過程中，效應性免疫反應同樣不可忽視。作為后天獲得性的免疫，效應性免疫應答主要涉及免疫T細胞（細胞介導）和免疫B細胞（體液介導）。
2.2.1 T細胞
T細胞作為效應性免疫中細胞免疫的主要承擔者，通過產生不同細胞因子來介導和調控免疫反應[39]。T細胞對成骨和破骨是發揮促進作用還是抑制作用，與T細胞亞群分類、所處不同條件及其產生的細胞因子有很大關系，在ONFH區域常發現T細胞亞群的改變，提示存在慢性炎癥及免疫功能失調[12，22]。T細胞亞群分類繁多，而關于每個T細胞亞群與ONFH發生、發展相關性的總結歸納性研究卻不多。
T細胞與成骨、破骨間的聯系很大程度是通過RANKL/RANK/OPG體系來完成的[12]。炎癥條件下，T細胞的激活會導致RANKL和TNF-α產生增加，從而進一步促進各種炎癥和自身免疫紊亂[40]。RANKL主要由Th1細胞產生，也可由Th17等其他亞群T細胞產生，從而發揮免疫誘導下的骨破壞[12，21]；這其中可能伴隨有TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-17、IL-33等破骨炎癥因子水平的升高[21，41-42]。而作為一種具有免疫抑制性的調節性T細胞（regulatory T，Treg），則通過分泌細胞因子的形式抑制破骨細胞分化，降低破骨細胞骨吸收的功能活性[13，43]。研究者們推測發揮此抑制功能的關鍵細胞因子可能為TGF-β、IL-4、IL-10等[40，44]，在ONFH區域TGF-β形成受抑制、表達水平下調，骨修復能力明顯下降[22]。同時有研究發現在終末期ONFH患者中Treg數量占比明顯減少[12]，推測可能與ONFH疾病進展有關。抑制性T細胞則可與破骨細胞前體結合發揮抑制功能，從而阻礙ONFH的進展[12-13]。
2.2.2 B細胞
效應性免疫反應中的另一重要組成部分——體液免疫，則主要與B細胞密切相關，B細胞參與了ONFH區域的炎癥反應并在其中發揮重要作用。B細胞與T細胞類似，在功能發育過程中也可分為諸多亞群。傳統理論認為B細胞在受到抗原刺激后活化，可分化為能產生大量抗體、發揮體液免疫作用的漿細胞以及記憶B細胞[45-46]；還有可以發揮先天性免疫作用、分泌產生免疫球蛋白M（IgM）的B-1細胞，以及產生抗炎癥細胞因子IL-10、有免疫抑制作用的調節性B細胞（Bregs）[47-49]。
有研究者通過對比ONFH患者與健康對照組B細胞亞群及血清學的差別，發現ONFH患者存在不同程度的B細胞亞群失衡及細胞因子水平差異，包括活化的B細胞升高及記憶B細胞下降[2]。B細胞所參與的ONFH區域炎癥反應過程同樣與RANKL/RANK/OPG系統密切相關。B細胞同樣也是RANKL、OPG的有效來源之一[50-51]。研究發現[40，42，50，52]，在生理條件下B細胞主要通過促OPG生成、抑制破骨細胞形成來發揮骨保護作用；而炎癥環境中則與T細胞類似，分泌大量RANKL、TNF-α等炎癥因子促進破骨細胞分化、成熟，從而促進骨吸收作用，即通過抗體非依賴和RANKL依賴方式影響骨穩態。作為一種漿細胞異常增殖的惡性腫瘤，多發性骨髓瘤患者常出現多發性溶骨性損害，從病理改變中可發現漿細胞大量惡性增殖，進而促進破骨、抑制成骨[21]。
激素性和酒精性ONFH患者外周血中B細胞的激活引起了研究者關注，B細胞的活化程度與股骨頭塌陷程度有一定相關性[2，12]。對于激素性ONFH患者，IL-17A和干擾素γ表達顯著高于健康對照組，而這兩種炎癥介質均可增強誘導發揮破骨作用的M1表型巨噬細胞、B細胞等[2]；對于酒精性ONFH患者，TNF-α表達顯著高于健康對照組，且TNF-α濃度與股骨頭塌陷程度成正相關，大量酒精可誘導全身炎癥反應，刺激TNF-α生成，進而發揮對B細胞生成和功能的調節及促進破骨、抑制成骨等作用[2]。同時基于B細胞與T細胞之間的串擾也可以進一步調節骨代謝，有學者發現[40]酒精可以通過改變Th1/Th2分化比例來影響B細胞功能，進而影響骨重塑過程，因為B細胞被Th1激活后可抑制破骨細胞生成，但被Th2激活后卻促進破骨細胞生成。
3 總結與展望
關于ONFH確切的始發因素及始動機制，現有研究并未得出一致明確結論。大多數學者認為ONFH是由多種病因，包括遺傳和非遺傳風險因素，多種發病機制相互交織、相互作用，最終導致血流受損、股骨頭循環中斷的骨骼死亡，很多風險因素都可通過多種潛在發病機制促成患者發病，并在ONFH進展中繼續發揮作用[4，6，10-11]。如激素、酒精等因素可能通過血管內皮損傷、血管內凝血和微循環血栓形成在內的機制減少血液灌注；還可能影響脂質代謝，誘導髓內脂肪生成，從而增加骨內壓力，導致動脈阻塞、靜脈瘀滯；還可能通過細胞凋亡、氧化應激等對骨細胞、成骨細胞、破骨細胞、骨髓基質細胞、脂肪細胞等多種細胞代謝產生不同程度影響，抑制成骨系細胞成骨、誘導其凋亡、減少骨量，延長破骨細胞壽命、促進破骨功能發揮，干擾成骨和成脂間平衡，進而引起負重區骨小梁斷裂、骨質疏松等。一項來自韓國的專家共識[11]認為，激素和酒精相關的ONFH是股骨頭由于缺血級聯反應引起的一種骨內間室綜合征，即激素和酒精引起骨髓脂肪細胞增生、肥大，導致股骨近端骨內高壓從而發生血管受壓和血管內凝血，使得血流受影響出現股骨頭缺血性改變，如在缺血早期發生完全纖溶和足夠的血管再生，血流灌注可以恢復、病變可逆、不會繼續進展為明確骨壞死，反之會因長期缺血損傷出現不可逆的明確ONFH。
關于ONFH具體哪種發病機制占主導尚無定論，對各種潛在發病機制之間的相互關系及各種危險因素之間的相互作用知之甚少。本文介紹的免疫細胞發揮的重要調節作用主要體現在發生骨壞死后、股骨頭啟動的異常修復過程中，從現有與ONFH有關的免疫調節文獻也可看出，絕大多數研究均建立在已出現骨壞死的基礎上。但由于現有研究的局限性，不排除在發生缺血壞死前就存在免疫異常介導的慢性炎癥，持續性炎癥引起的異常修復作用破壞了骨形成與骨吸收之間的平衡，使得破骨傾向強于成骨傾向，導致股骨頭逐漸壞死、進行性塌陷。如前所述，當發生ONFH后，壞死區域及周圍即開始修復，啟動慢性炎癥反應，慢性炎癥是骨壞死的顯著特征之一[21]。
ONFH作為一種臨床難治性疾病，如何防治股骨頭塌陷、避免結構完整性丟失、延緩患者行人工全髖關節置換術，一直是骨科醫師研究的方向。越來越多研究表明，骨的修復作用尤其是ONFH中骨吸收強于骨形成作用是導致股骨頭病變不斷發生、發展的原因，疾病的進展并非是壞死本身所致[10]。
免疫細胞在ONFH發生、發展中起重要作用，一方面是由于成骨細胞、破骨細胞與多種免疫細胞同源，另一方面是在ONFH疾病進展過程中不斷受到免疫系統調節，浸潤在股骨頭局部慢性炎癥環境中的先天性免疫細胞和效應性免疫細胞通過一系列調節通路，不斷發揮著骨保護性作用和破壞性作用。所以針對ONFH區域的免疫細胞及其調節通路上的關鍵因子、關鍵蛋白等靶向免疫和個性化治療可能有助于調節骨平衡，避免或減少因免疫反應失調造成股骨頭進一步損害，可能成為今后延緩ONFH發生、發展甚至逆轉病變的可行性方法。例如可通過調節T細胞、B細胞在ONFH區域的亞群分布，調節巨噬細胞極化表型，抑制RANKL/RANK/OPG系統上的關鍵位點（如TNF受體相關因子6）[51]，來阻斷壞死股骨頭中的失衡狀態，調控、干預壞死區的炎癥反應，抑制破骨細胞生成及功能發揮，抗衡炎性骨丟失。然而，要徹底明確ONFH發病機制以及其潛在的臨床診治空間還任重道遠，未來研究應逐步闡明ONFH中各種炎癥通路機制以及各種免疫細胞與其他ONFH危險因素之間的相互作用。相信隨著對免疫調節ONFH研究不斷深入，可以發現更多免疫調節因素，為ONFH的診斷和治療提供新的線索和方向。
利益沖突 在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突；經費支持沒有影響文章觀點及其報道
作者貢獻聲明 蔡李駿：綜述構思及設計、查閱文獻與文章撰寫；王秋入、陳長軍：綜述構思及設計、觀點補充、修改論文；康鵬德：綜述構思及設計、觀點補充、修改論文、對文章的知識性內容作批評性審閱