引用本文： 陳偉, 卿黎明, 吳攀峰, 唐舉玉. 酒精性股骨頭壞死發病機制和基因學研究進展. 中國修復重建外科雜志, 2022, 36(11): 1420-1427. doi: 10.7507/1002-1892.202206072 復制
股骨頭壞死（osteonecrosis of the femoral head，ONFH）是一種臨床常見的關節疾病，根據致病原因可分為激素性、創傷性、酒精性和特發性。基于中國人群的流行病學調查顯示，酒精性ONFH（alcohol-induced ONFH，AIONFH）患者約占所有患者的37%，其中86%為男性；與其他類型ONFH患者相比，AIONFH患者更年輕、對側發病率更高、進展快、預后差[1-2]，且飲酒量與ONFH 風險成非線性正相關[3-4]。但AIONFH具體病因和發生機制目前尚未明確。
激素性ONFH的發病機制包括血管損傷、機械應力、骨內壓力升高、脂肪細胞功能障礙、細胞凋亡缺陷和凝血功能障礙等[5]。有研究顯示與激素誘導骨壞死作用相似，酒精可以促進脂肪生成，從而增加骨內壓力，導致股骨頭血流中斷，同時抑制成骨和血管生成[6]。現針對AIONFH的發病機制、基因多態性、診斷標志物以及潛在的治療藥物進行綜述，以期為后續該病的機制研究提供新思路。
1 AIONFH發病機制、基因多態性與相關性因素
1.1 脂質代謝紊亂
1.1.1 脂質代謝相關基因多態性
ApoB和ApoA1基因多態性已明確與AIONFH相關，Wang等[7]發現ApoB基因rs1042034、rs676210和rs673548位點多態性與AIONFH風險成負相關，而ApoA1基因rs632153位點多態性與AIONFH風險成正相關。有研究表明，RAB40C是一種與脂滴相關的Rab家族蛋白，與前脂肪細胞分化為脂肪細胞相關[8]。Liu等[9]發現RAB40C基因多態性與AIONFH相關，揭示了該基因的成脂功能在AIONFH發生中發揮作用。RETN基因的多態性對血漿抵抗素濃度有顯著影響，而抵抗素含量與骨密度、高密度脂蛋白之間存在負相關[10-12]。Liu等[13]發現，RETN基因rs7408174和rs3745369位點多態性與AIONFH風險成正相關，而rs34861192和rs3219175位點多態性與AIONFH風險成負相關。此外，Lee等[14]也發現固醇調節元件結合因子1的IVS7+117A>G基因型與韓國人AIONFH風險成正相關。而Guo等[15]發現MIR137HG基因多態性與中國男性AIONFH易感性有關，其中rs7549905位點多態性與AIONFH風險成負相關，rs17371457位點多態性與低密度脂蛋白膽固醇水平成正相關。
1.1.2 脂質組學
代謝組學逐漸成為研究熱點，脂質組學為其中一個分支，已有研究從其入手探索ONFH的疾病標志物，以期揭示ONFH的病理生理過程。Yan等[16]通過對不同類型ONFH患者血漿樣品進行超高效液相色譜-三重四級桿質譜分析，發現AIONFH患者血漿中差異表達的脂質種類比其他類型ONFH患者更多，且一半屬于三脂酰甘油類化合物亞類，提示AIONFH的發生與脂質代謝紊亂更為密切。
1.2 血液循環系統紊亂
1.2.1 內皮細胞與血管新生異常
高劑量酒精通過調節VEGF、bFGF和缺氧誘導因子等血管生成相關基因的表達，對血管生成產生不利影響[17-18]。Ma等[19]發現VEGFA基因rs2010963位點多態性僅存在于AIONFH患者中，激素性ONFH患者中沒有，提示VEGFA基因多態性與AIONFH的發生有關。沈瑩姍等[20]發現激素性ONFH股骨頭內壞死區、硬化區和正常區的骨組織以及血清中VEGF蛋白水平均高于AIONFH患者，提示AIONFH病理過程中的血管生成減少。饑餓素能抑制血管內皮細胞（endothelial cells，ECs）凋亡，改善受損的內皮功能，促進血管生成[21]。而Li等[22]發現在非創傷性ONFH患者血清中，饑餓素水平明顯低于正常對照組，且與血管性血友病因子（von Willebrand factor，vWF）成負相關，證實了饑餓素聯合vWF可能參與了非創傷性ONFH的發病過程。
ACKR1/DARC是一種非特異性炎癥趨化因子受體，廣泛表達于ECs，不僅可以增加白細胞外滲，還具有抑制血管新生的作用[23-25]。Liao等[26]發現存在于AIONFH患者股骨頭血竇和微小靜脈中的ECs，根據ACKR1表達水平，可以分為高表達ACKR1的ECs（ACKR1+ECs）和低表達ACKR1的ECs（ACKR1–ECs），并發現ACKR1+ECs具有更強的免疫細胞招募能力和較弱的血管形成能力。選擇素E可調節造血干細胞的休眠和增殖，當發生血管損傷時可在ACKR1+ECs與基質細胞之間發揮通訊作用[27]。因此，當酒精濫用等致病因素造成血管損傷后，ACKR1+ECs可通過選擇素E途徑與BMSCs接觸，從而改變其分化趨勢，促進AIONFH的發生。S100鈣結合蛋白A9可調節內皮祖細胞的管狀形成，增加ECs的通透性并促進凋亡，造成動脈功能障礙[28-30]；而其對于血管的這種影響促進了ONFH的發生，且表達水平與激素性ONFH及AIONFH進展密切相關[31]。
有研究表明，基質金屬蛋白酶20（matrix metalloproteinase 20，MMP-20）基因可以調控老年性黃斑變性的血管新生[32]。An等[33]探討了MMP-20的基因多態性與中國漢族男性AIONFH發病風險的關系，發現rs1711423和rs1784418位點多態性與AIONFH風險成負相關，而rs10895322、rs1784424、rs3781788、rs7126560、rs1573954、rs1711399和rs2292730位點多態性與AIONFH遺傳易感性密切相關。
1.2.2 凝血與造血功能紊亂
飲酒可造成內皮損傷，導致血管內凝血，股骨頭血供減少，這可能是AIONFH的發病機制[34-35]。研究發現，內皮激活相關標志物（如vWF）與ONFH的進展成正相關，非創傷性ONFH患者血清vWF、PAI-1水平顯著高于正常人群，而韓國人群中TFPI基因的單倍型“GAAT”與AIONFH顯著相關，這些都表明凝血異常在ONFH發生發展中的復雜作用[22, 36-37]。Notch信號通路在調節骨穩態過程中起著重要作用，然而L3MBTL3作為Notch的競爭性抑制因子會抑制Notch信號通路，參與骨代謝相關疾病的發生[38-39]。PTPN9作為蛋白酪氨酸激酶亞家族成員之一，通過抑制VEGF受體信號和ECs功能，與血管內血栓形成密切相關[40]。Xiong等[41]探討了L3MBTL3和PTPN9基因多態性與中國漢族人群AIONFH易感性之間的關系，結果表明L3MBTL3基因rs2068957位點多態性與AIONFH風險成正相關，而PTPN9基因rs75393192位點多態性與AIONFH風險成負相關，PTPN9基因的單倍型“GC”可顯著降低AIONFH的易感性。
1.3 骨代謝紊亂
1.3.1 破骨細胞
骨保護素（osteoprotegerin，OPG）具有多種功能，包括抑制破骨細胞成熟、抑制血管鈣化、促進腫瘤生長和轉移等。Wang等[42]研究發現，AIONFH患者外周血白細胞OPG、RANK和RANKL基因的多個CpG位點處于異常甲基化狀態，提示OPG/RANKL/RANK基因甲基化水平可能作為AIONFH的潛在預測因子，同時揭示了表觀遺傳機制可能參與破骨細胞分化過程。Li等[43-44]認為中國北方地區男性OPG和RANKL基因多態性與AIONFH密切相關，其中OPG基因rs1032128、rs11573828位點多態性和RANKL基因rs2200287位點多態性與AIONFH風險成正相關，而OPG基因rs11573856、rs3134056和rs1564861位點多態性與AIONFH風險成負相關。MMP-2可促進破骨細胞遷移、附著和骨基質降解[45-46]。Yu等[47]發現MMP-2基因多態性與AIONFH風險相關，其中rs243849位點的“T”等位基因增加了AIONFH的風險，而rs7201和rs243832位點的“CC”可降低風險。
1.3.2 成骨細胞
Visfatin/Nampt是人體廣泛存在的酶，具有分解代謝和促炎作用[48-49]。Liao等[26]發現AIONFH患者股骨頭中的ACKR1+ECs可能通過Visfatin途徑與軟骨細胞、成骨細胞、纖維軟骨細胞進行通訊，參與的主要受體ITGA5和ITGB1與成骨標志基因表達成負相關，與成軟骨標志基因表達成正相關。此外，也有研究表明饑餓素對成骨細胞的增殖和分化具有促進作用，并可以抑制TNF-α誘導的破骨細胞分化和成骨細胞凋亡，但是AIONFH患者饑餓素水平降低，提示饑餓素可能參與了AIONFH的發生過程[22, 50-51]。
近年研究發現，Piezo家族機械敏感通道是與骨發育和成骨細胞分化相關的關鍵機械刺激傳感蛋白，能感應骨骼機械應力并將其轉化為細胞內信號，從而調控成骨細胞的功能和骨形成[52]。魏騰飛等[53]發現AIONFH患者股骨頭內Piezo1蛋白表達水平低于激素性ONFH患者，提示AIONFH患者的成骨細胞活性更低，揭示了其不同于激素性ONFH的骨修復特點，同時也為進一步研究股骨頭壞死骨組織細胞中的生物力學信號轉導機制奠定了基礎。
1.3.3 BMSCs分化失衡
酒精可以直接誘導脂肪生成，減少BMSCs的成骨效應，并產生細胞內脂質沉積，導致骨細胞死亡[54]。在這一過程中，mTOR信號通路可能是骨穩態的重要中介，酒精可激活mTOR信號通路導致BMSCs成骨-成脂分化異常，下調骨鈣素、Ⅰ型膠原和成骨細胞特異性轉錄因子2（runt-related transcription factor 2，RUNX2）的表達[55-58]。有研究發現，酒精可以誘導氧化應激和內質網應激抑制Wnt/β-catenin信號通路，還可以調節PETN/Akt/Gsk3β/β-catenin信號通路，從而抑制BMSCs的增殖和成骨分化，抑制血管生成，并促進BMSCs成脂分化[59-61]。Dkk1作為一種Wnt抑制劑，可以阻礙Wnt、卷曲受體和低密度脂蛋白受體相關蛋白5共受體復合體的形成[62]。Ko等[63]發現AIONFH患者骨組織Bad和Dkk1基因表達及血清Dkk1豐度均顯著高于股骨頸骨折患者，提示骨細胞凋亡與Dkk1表達增強相關。這些研究結果表明，Wnt信號通路在AIONFH發病機制中發揮重要作用。還有研究表明，酒精可通過調節AMPK途徑影響膽固醇和血脂的穩態，并通過AMPK和PI3K/AKT/HIF-1α信號通路影響BMSCs的分化方向[64-67]。此外，多種間接途徑，包括雌激素、生長激素-IGF、甲狀旁腺素-維生素D軸，都可能介導長期飲酒對骨組織的有害影響[68-69]。
COUP-TFⅡ是核受體超家族成員之一，抑制Wnt和RUNX2的活性，激活PPARγ和Sox9的表達，從而促進BMSCs向脂肪細胞和軟骨細胞譜系分化[70-71]。相反的，miR-194作為COUP-TFⅡ的關鍵負調節因子也參與了BMSCs的成骨過程[72]。而Wang等[73]的研究首次證實了COUP-TFⅡ表達增加介導了BMSCs分化失衡并向ONFH發展，可能為ONFH的治療提供新靶點。Li等[74]發現通過下調PPARγ和上調降鈣素基因相關肽表達，可有效抑制BMSCs成脂分化，促進成骨分化，降低AIONFH發生率。因此，我們認為酒精可通過刺激COUP-TFⅡ/PPARγ/Wnt軸造成BMSCs的成骨-成脂分化紊亂，從而促進AIONFH的發生。
1.4 非編碼RNA的作用
miRNA通過參與破骨細胞、成骨細胞和骨細胞的增殖、分化和凋亡，影響血管生成及BMSCs成脂分化等途徑，在ONFH等骨相關疾病中發揮重要作用[75]。Hong等[76]利用基因芯片技術研究了AIONFH患者血清中差異表達的miRNA，發現AIONFH患者血清和骨組織中miR-127-3p、miR-628-3p和miR-1表達下調，而miR-885-5p、miR-483-3p和miR-483-5p表達上調，且相關的預測靶基因IGF-2、PDGFA、RUNX2、PTEN和VEGF等也可能發生了改變，提示miRNA的變化可作為AIONFH早期診斷標志物和潛在治療靶點。
在非創傷性ONFH患者中，環狀RNA（circular RNA，circRNA）在血漿和股骨頭局部表達增加與影像學進展和髖關節功能變差有關，因此circRNA可以作為潛在的生物標志物，反映疾病嚴重程度和預測預后[77]。Guo等[78]通過對比AIONFH患者與正常人群血液中Carmen基因差異，發現Carmen基因多態性與45歲以下人群AIONFH風險成負相關。而Li等[79]通過全基因組轉錄組分析發現，長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）的表達特征可以區分AIONFH與其他類型的ONFH，提示lncRNA可能成為AIONFH診斷和治療的潛在生物標志物。
錢曉芬等[80]通過對AIONFH患者外周血進行基因測序，篩選出具有差異表達的mRNA和lncRNA，構建了包含3個lncRNA（SNHG3、MUC19、LINC00476）、5個miRNA（hsa-miR-146b-5p、hsa-miR-139-5p、hsa-miR-126-3p、hsa-miR-193a-3p、hsa-miR-135a-5p）和11個mRNA（PEX5、ACTR3B、CHMP4B、CSMD1、MTRF1、ZNF3、HTR7、NR5A2、SYT14、CASK、ING5）的競爭性內源RNA網絡，涉及干細胞分化、炎癥反應、神經內分泌、基因多態性等多種生物學過程，為進一步研究AIONFH分子機制及治療靶點提供了新思路。
1.5 酒精代謝相關生化指標
研究表明，外周血和器官中的乙醇脫氫酶（alcohol dehydrogenase，ADH）和乙醛脫氫酶（acetaldehyde dehydrogenase，ALDH）的遺傳變異會導致AIONFH[81]。Li等[79]通過對晚期AIONFH患者全基因組進行測序，發現一種編碼ADH的ADH1B基因顯著上調，且ADH1B蛋白主要在AIONFH患者股骨頭的血管平滑肌細胞、基質細胞和脂肪細胞中表達，而ALDH的表達沒有明顯改變。ALDH2作為酒精代謝過程中的關鍵酶，能將乙醛氧化成無毒乙酸，而只存在于東亞人群中的ALDH2*504Lys變異使ALDH2活性降低，增加了酒精的有害作用[82]。上述研究提示過量飲酒人群的股骨頭局部可能積累了過量乙醛，而乙醛蓄積的細胞毒性可以直接影響血管和細胞外基質，導致血管平滑肌細胞結構損傷和功能障礙，從而導致AIONFH發生。因此，降低局部過量乙醛引起的細胞毒性可能是一種有前景的AIONFH治療措施。
Hamada等[83]通過檢測AIONFH患者血液，發現血清γ-谷氨酰轉移酶（γ-glutamyltransferase，GGT）顯著升高，以臨界值36.5 U/L作為AIONFH的診斷標準，靈敏度為76%，特異度為80%。研究表明，持續酗酒可導致單側ONFH患者對側股骨頭受累[84]。因此，在患有單側ONFH且伴有高“GGT”水平的情況下，無論患者自述飲酒行為是否達到AIONFH診斷標準，都應囑其戒酒，以預防對側股骨頭發生壞死。
1.6 免疫細胞
Wang等[61]的研究揭示了酒精與骨免疫的關系，即酒精通過激活T淋巴細胞來促進破骨細胞因子（如IL-17、RANKL）的分泌，通過減少B淋巴細胞下調OPG。而Ma等[85]通過對ONFH患者外周血T、B淋巴細胞亞群分析，發現AIONFH患者的淋巴細胞總數和T淋巴細胞均顯著低于特發性ONFH患者，且T淋巴細胞百分比降低與骨壞死分期進展相關，提示T、B淋巴細胞等免疫調節細胞在AIONFH發病機制中起重要作用。
2 疾病進展相關因素
Yang等[86]的一項病例對照研究發現，ABO血型與ONFH發生無相關性，但與ONFH的進展密切相關，其中A型血患者進展最快，O型血患者進展最慢。Liu等[87]發現非創傷性ONFH患者血漿血管活性腸肽濃度明顯低于正常人，且與Ficat分期、疼痛視覺模擬評分（VAS）、TNF-α及IL-1β水平成負相關，與Harris評分成正相關，這提示血漿血管活性腸肽濃度降低與影像學進展和臨床嚴重程度相關，可作為ONFH早期診斷標志物。Wu等[31]發現S100鈣結合蛋白A9水平隨著ONFH的Ficat和Arlet分期進展而升高，并與患者激素用藥史和飲酒史相關。Ma等[85]發現在不同分期AIONFH患者外周血中，國際骨循環研究協會（ARCO） Ⅳ期者的T淋巴細胞百分比明顯低于Ⅱ、Ⅲ期患者。鄭小龍等[88]比較了AIONFH患者和正常人血液中骨轉換標志物的差異，發現AIONFH患者骨轉換標志物均明顯升高，其中Ⅰ型膠原氨基端延長肽與分期進展成正相關，提示其在一定程度上可以反映AIONFH發展進程。
相關研究報道，低氧相關轉錄因子BHLHE40和CREB3L1及其調控子在纖維軟骨細胞中具有特異性活性[89-90]。Liao等[26]發現AIONFH患者股骨頭中存在大量纖維軟骨細胞以及ACKR1+ECs，并且隨著疾病進展而增加，提示骨髓微環境中低氧程度加劇及內皮細胞ACKR1表達水平增加與AIONFH進展密切相關。
Liu等[13]發現RETN基因rs3745368位點多態性與AIONFH的臨床分期相關。Guo等[15]發現MIR137HG基因rs9440302和rs7554283位點多態性可以顯著增加ARCO Ⅲ、Ⅳ期AIONFH患者易感性。Yan等[16]通過脂質組學分析發現3，4-二羥基苯甲酸可能是疾病進展的預測因子。
3 潛在藥物及治療靶點
阿侖膦酸鈉等雙磷酸鹽類藥物已被證明對于ONFH有效[91-93]。普伐他汀作為常見的降脂藥物，臨床尚未用于ONFH患者，但基于AIONFH動物模型中的研究已證實其有益作用[94-97]。此外，辛伐他汀聯合阿侖膦酸鈉可抑制TLR4/NF-κB信號通路，抑制炎癥反應，上調脂聯素和骨鈣素表達水平，對AIONFH有治療作用[98]。
研究表明，甜菜堿可促進成骨細胞胞質鈣內流、ERK激活和IGF-1產生，抑制mTOR信號通路，從而促進成骨基因表達，減輕AIONFH大鼠股骨頭的骨壞死性損害[58, 99]。而大黃酸、蛇床子素、蟲草素以及新型Akt激活劑SC-79可作用于Wnt/β-catenin信號通路，逆轉酒精不利影響，可以作為預防AIONFH進展的潛在治療方法[60, 100-102]。Wang等[103]發現葛根素可以抑制BMSCs向成脂細胞分化，降低PPARγ基因表達，從而預防AIONFH。有研究報道，麝香酮具有血管擴張和血管生成作用，可誘導CYP450、CYP1A2和CYP3A11酶的表達[104-107]，提高這些酶的水平有利于酒精代謝，也有助于降低AIONFH發生率。此外，Guo等[108]的研究還證實了麝香酮可通過促進ALP活性和Ⅰ型膠原、骨鈣素基因的表達，發揮對AIONFH的保護作用。
Chen等[109]的細胞和動物實驗發現敲除DKK1基因可促進BMSCs成骨并抑制脂肪生成，且在大鼠股骨頭注射DKK1基因敲除的慢病毒可有效延緩AIONFH進展，因此靶向DKK1激活Wnt/β-Catenin通路可能是一種預防AIONFH的潛在治療策略。杜振寧等[110]的細胞實驗探討了血紅素氧合酶1（heme oxygenase 1，HO-1）和BMP-2對酒精作用下成骨細胞凋亡的影響，結果發現成骨細胞中過表達HO-1可降低酒精作用后成骨細胞凋亡率，同時上調HO-1和BMP-2表達后上述作用更明顯，提示聯合使用HO-1和BMP-2可能對AIONFH的骨修復具有有益作用。
4 結語與展望
過量飲酒可導致ONFH，其中涉及的機制復雜，目前還未完全闡明。脂質代謝紊亂、內皮功能障礙、骨穩態失衡等參與的發病機制是近年來主要研究方向，其中遺傳學層面，包括基因多態性以及非編碼RNA等，也被證明參與了AIONFH發生發展。
雖然關于AIONFH發生機制的研究呈增多趨勢，但目前依然缺乏延緩疾病進展的有效手段。研究表明，持續酗酒可導致單側ONFH患者對側股骨頭受累[84]。因此，戒酒是防止疾病發生發展的有效手段。目前對于AIONFH的早期診斷主要基于影像學改變，缺乏先于影像學改變的診斷方法，飲酒人群的血液學指標變化是否可以預測AIONFH發生值得繼續探討。
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 陳偉：文獻收集、分析總結、撰寫文章；卿黎明、唐舉玉：綜述構思設計；卿黎明、吳攀峰：文章校對
股骨頭壞死（osteonecrosis of the femoral head，ONFH）是一種臨床常見的關節疾病，根據致病原因可分為激素性、創傷性、酒精性和特發性。基于中國人群的流行病學調查顯示，酒精性ONFH（alcohol-induced ONFH，AIONFH）患者約占所有患者的37%，其中86%為男性；與其他類型ONFH患者相比，AIONFH患者更年輕、對側發病率更高、進展快、預后差[1-2]，且飲酒量與ONFH 風險成非線性正相關[3-4]。但AIONFH具體病因和發生機制目前尚未明確。
激素性ONFH的發病機制包括血管損傷、機械應力、骨內壓力升高、脂肪細胞功能障礙、細胞凋亡缺陷和凝血功能障礙等[5]。有研究顯示與激素誘導骨壞死作用相似，酒精可以促進脂肪生成，從而增加骨內壓力，導致股骨頭血流中斷，同時抑制成骨和血管生成[6]。現針對AIONFH的發病機制、基因多態性、診斷標志物以及潛在的治療藥物進行綜述，以期為后續該病的機制研究提供新思路。
1 AIONFH發病機制、基因多態性與相關性因素
1.1 脂質代謝紊亂
1.1.1 脂質代謝相關基因多態性
ApoB和ApoA1基因多態性已明確與AIONFH相關，Wang等[7]發現ApoB基因rs1042034、rs676210和rs673548位點多態性與AIONFH風險成負相關，而ApoA1基因rs632153位點多態性與AIONFH風險成正相關。有研究表明，RAB40C是一種與脂滴相關的Rab家族蛋白，與前脂肪細胞分化為脂肪細胞相關[8]。Liu等[9]發現RAB40C基因多態性與AIONFH相關，揭示了該基因的成脂功能在AIONFH發生中發揮作用。RETN基因的多態性對血漿抵抗素濃度有顯著影響，而抵抗素含量與骨密度、高密度脂蛋白之間存在負相關[10-12]。Liu等[13]發現，RETN基因rs7408174和rs3745369位點多態性與AIONFH風險成正相關，而rs34861192和rs3219175位點多態性與AIONFH風險成負相關。此外，Lee等[14]也發現固醇調節元件結合因子1的IVS7+117A>G基因型與韓國人AIONFH風險成正相關。而Guo等[15]發現MIR137HG基因多態性與中國男性AIONFH易感性有關，其中rs7549905位點多態性與AIONFH風險成負相關，rs17371457位點多態性與低密度脂蛋白膽固醇水平成正相關。
1.1.2 脂質組學
代謝組學逐漸成為研究熱點，脂質組學為其中一個分支，已有研究從其入手探索ONFH的疾病標志物，以期揭示ONFH的病理生理過程。Yan等[16]通過對不同類型ONFH患者血漿樣品進行超高效液相色譜-三重四級桿質譜分析，發現AIONFH患者血漿中差異表達的脂質種類比其他類型ONFH患者更多，且一半屬于三脂酰甘油類化合物亞類，提示AIONFH的發生與脂質代謝紊亂更為密切。
1.2 血液循環系統紊亂
1.2.1 內皮細胞與血管新生異常
高劑量酒精通過調節VEGF、bFGF和缺氧誘導因子等血管生成相關基因的表達，對血管生成產生不利影響[17-18]。Ma等[19]發現VEGFA基因rs2010963位點多態性僅存在于AIONFH患者中，激素性ONFH患者中沒有，提示VEGFA基因多態性與AIONFH的發生有關。沈瑩姍等[20]發現激素性ONFH股骨頭內壞死區、硬化區和正常區的骨組織以及血清中VEGF蛋白水平均高于AIONFH患者，提示AIONFH病理過程中的血管生成減少。饑餓素能抑制血管內皮細胞（endothelial cells，ECs）凋亡，改善受損的內皮功能，促進血管生成[21]。而Li等[22]發現在非創傷性ONFH患者血清中，饑餓素水平明顯低于正常對照組，且與血管性血友病因子（von Willebrand factor，vWF）成負相關，證實了饑餓素聯合vWF可能參與了非創傷性ONFH的發病過程。
ACKR1/DARC是一種非特異性炎癥趨化因子受體，廣泛表達于ECs，不僅可以增加白細胞外滲，還具有抑制血管新生的作用[23-25]。Liao等[26]發現存在于AIONFH患者股骨頭血竇和微小靜脈中的ECs，根據ACKR1表達水平，可以分為高表達ACKR1的ECs（ACKR1+ECs）和低表達ACKR1的ECs（ACKR1–ECs），并發現ACKR1+ECs具有更強的免疫細胞招募能力和較弱的血管形成能力。選擇素E可調節造血干細胞的休眠和增殖，當發生血管損傷時可在ACKR1+ECs與基質細胞之間發揮通訊作用[27]。因此，當酒精濫用等致病因素造成血管損傷后，ACKR1+ECs可通過選擇素E途徑與BMSCs接觸，從而改變其分化趨勢，促進AIONFH的發生。S100鈣結合蛋白A9可調節內皮祖細胞的管狀形成，增加ECs的通透性并促進凋亡，造成動脈功能障礙[28-30]；而其對于血管的這種影響促進了ONFH的發生，且表達水平與激素性ONFH及AIONFH進展密切相關[31]。
有研究表明，基質金屬蛋白酶20（matrix metalloproteinase 20，MMP-20）基因可以調控老年性黃斑變性的血管新生[32]。An等[33]探討了MMP-20的基因多態性與中國漢族男性AIONFH發病風險的關系，發現rs1711423和rs1784418位點多態性與AIONFH風險成負相關，而rs10895322、rs1784424、rs3781788、rs7126560、rs1573954、rs1711399和rs2292730位點多態性與AIONFH遺傳易感性密切相關。
1.2.2 凝血與造血功能紊亂
飲酒可造成內皮損傷，導致血管內凝血，股骨頭血供減少，這可能是AIONFH的發病機制[34-35]。研究發現，內皮激活相關標志物（如vWF）與ONFH的進展成正相關，非創傷性ONFH患者血清vWF、PAI-1水平顯著高于正常人群，而韓國人群中TFPI基因的單倍型“GAAT”與AIONFH顯著相關，這些都表明凝血異常在ONFH發生發展中的復雜作用[22, 36-37]。Notch信號通路在調節骨穩態過程中起著重要作用，然而L3MBTL3作為Notch的競爭性抑制因子會抑制Notch信號通路，參與骨代謝相關疾病的發生[38-39]。PTPN9作為蛋白酪氨酸激酶亞家族成員之一，通過抑制VEGF受體信號和ECs功能，與血管內血栓形成密切相關[40]。Xiong等[41]探討了L3MBTL3和PTPN9基因多態性與中國漢族人群AIONFH易感性之間的關系，結果表明L3MBTL3基因rs2068957位點多態性與AIONFH風險成正相關，而PTPN9基因rs75393192位點多態性與AIONFH風險成負相關，PTPN9基因的單倍型“GC”可顯著降低AIONFH的易感性。
1.3 骨代謝紊亂
1.3.1 破骨細胞
骨保護素（osteoprotegerin，OPG）具有多種功能，包括抑制破骨細胞成熟、抑制血管鈣化、促進腫瘤生長和轉移等。Wang等[42]研究發現，AIONFH患者外周血白細胞OPG、RANK和RANKL基因的多個CpG位點處于異常甲基化狀態，提示OPG/RANKL/RANK基因甲基化水平可能作為AIONFH的潛在預測因子，同時揭示了表觀遺傳機制可能參與破骨細胞分化過程。Li等[43-44]認為中國北方地區男性OPG和RANKL基因多態性與AIONFH密切相關，其中OPG基因rs1032128、rs11573828位點多態性和RANKL基因rs2200287位點多態性與AIONFH風險成正相關，而OPG基因rs11573856、rs3134056和rs1564861位點多態性與AIONFH風險成負相關。MMP-2可促進破骨細胞遷移、附著和骨基質降解[45-46]。Yu等[47]發現MMP-2基因多態性與AIONFH風險相關，其中rs243849位點的“T”等位基因增加了AIONFH的風險，而rs7201和rs243832位點的“CC”可降低風險。
1.3.2 成骨細胞
Visfatin/Nampt是人體廣泛存在的酶，具有分解代謝和促炎作用[48-49]。Liao等[26]發現AIONFH患者股骨頭中的ACKR1+ECs可能通過Visfatin途徑與軟骨細胞、成骨細胞、纖維軟骨細胞進行通訊，參與的主要受體ITGA5和ITGB1與成骨標志基因表達成負相關，與成軟骨標志基因表達成正相關。此外，也有研究表明饑餓素對成骨細胞的增殖和分化具有促進作用，并可以抑制TNF-α誘導的破骨細胞分化和成骨細胞凋亡，但是AIONFH患者饑餓素水平降低，提示饑餓素可能參與了AIONFH的發生過程[22, 50-51]。
近年研究發現，Piezo家族機械敏感通道是與骨發育和成骨細胞分化相關的關鍵機械刺激傳感蛋白，能感應骨骼機械應力并將其轉化為細胞內信號，從而調控成骨細胞的功能和骨形成[52]。魏騰飛等[53]發現AIONFH患者股骨頭內Piezo1蛋白表達水平低于激素性ONFH患者，提示AIONFH患者的成骨細胞活性更低，揭示了其不同于激素性ONFH的骨修復特點，同時也為進一步研究股骨頭壞死骨組織細胞中的生物力學信號轉導機制奠定了基礎。
1.3.3 BMSCs分化失衡
酒精可以直接誘導脂肪生成，減少BMSCs的成骨效應，并產生細胞內脂質沉積，導致骨細胞死亡[54]。在這一過程中，mTOR信號通路可能是骨穩態的重要中介，酒精可激活mTOR信號通路導致BMSCs成骨-成脂分化異常，下調骨鈣素、Ⅰ型膠原和成骨細胞特異性轉錄因子2（runt-related transcription factor 2，RUNX2）的表達[55-58]。有研究發現，酒精可以誘導氧化應激和內質網應激抑制Wnt/β-catenin信號通路，還可以調節PETN/Akt/Gsk3β/β-catenin信號通路，從而抑制BMSCs的增殖和成骨分化，抑制血管生成，并促進BMSCs成脂分化[59-61]。Dkk1作為一種Wnt抑制劑，可以阻礙Wnt、卷曲受體和低密度脂蛋白受體相關蛋白5共受體復合體的形成[62]。Ko等[63]發現AIONFH患者骨組織Bad和Dkk1基因表達及血清Dkk1豐度均顯著高于股骨頸骨折患者，提示骨細胞凋亡與Dkk1表達增強相關。這些研究結果表明，Wnt信號通路在AIONFH發病機制中發揮重要作用。還有研究表明，酒精可通過調節AMPK途徑影響膽固醇和血脂的穩態，并通過AMPK和PI3K/AKT/HIF-1α信號通路影響BMSCs的分化方向[64-67]。此外，多種間接途徑，包括雌激素、生長激素-IGF、甲狀旁腺素-維生素D軸，都可能介導長期飲酒對骨組織的有害影響[68-69]。
COUP-TFⅡ是核受體超家族成員之一，抑制Wnt和RUNX2的活性，激活PPARγ和Sox9的表達，從而促進BMSCs向脂肪細胞和軟骨細胞譜系分化[70-71]。相反的，miR-194作為COUP-TFⅡ的關鍵負調節因子也參與了BMSCs的成骨過程[72]。而Wang等[73]的研究首次證實了COUP-TFⅡ表達增加介導了BMSCs分化失衡并向ONFH發展，可能為ONFH的治療提供新靶點。Li等[74]發現通過下調PPARγ和上調降鈣素基因相關肽表達，可有效抑制BMSCs成脂分化，促進成骨分化，降低AIONFH發生率。因此，我們認為酒精可通過刺激COUP-TFⅡ/PPARγ/Wnt軸造成BMSCs的成骨-成脂分化紊亂，從而促進AIONFH的發生。
1.4 非編碼RNA的作用
miRNA通過參與破骨細胞、成骨細胞和骨細胞的增殖、分化和凋亡，影響血管生成及BMSCs成脂分化等途徑，在ONFH等骨相關疾病中發揮重要作用[75]。Hong等[76]利用基因芯片技術研究了AIONFH患者血清中差異表達的miRNA，發現AIONFH患者血清和骨組織中miR-127-3p、miR-628-3p和miR-1表達下調，而miR-885-5p、miR-483-3p和miR-483-5p表達上調，且相關的預測靶基因IGF-2、PDGFA、RUNX2、PTEN和VEGF等也可能發生了改變，提示miRNA的變化可作為AIONFH早期診斷標志物和潛在治療靶點。
在非創傷性ONFH患者中，環狀RNA（circular RNA，circRNA）在血漿和股骨頭局部表達增加與影像學進展和髖關節功能變差有關，因此circRNA可以作為潛在的生物標志物，反映疾病嚴重程度和預測預后[77]。Guo等[78]通過對比AIONFH患者與正常人群血液中Carmen基因差異，發現Carmen基因多態性與45歲以下人群AIONFH風險成負相關。而Li等[79]通過全基因組轉錄組分析發現，長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）的表達特征可以區分AIONFH與其他類型的ONFH，提示lncRNA可能成為AIONFH診斷和治療的潛在生物標志物。
錢曉芬等[80]通過對AIONFH患者外周血進行基因測序，篩選出具有差異表達的mRNA和lncRNA，構建了包含3個lncRNA（SNHG3、MUC19、LINC00476）、5個miRNA（hsa-miR-146b-5p、hsa-miR-139-5p、hsa-miR-126-3p、hsa-miR-193a-3p、hsa-miR-135a-5p）和11個mRNA（PEX5、ACTR3B、CHMP4B、CSMD1、MTRF1、ZNF3、HTR7、NR5A2、SYT14、CASK、ING5）的競爭性內源RNA網絡，涉及干細胞分化、炎癥反應、神經內分泌、基因多態性等多種生物學過程，為進一步研究AIONFH分子機制及治療靶點提供了新思路。
1.5 酒精代謝相關生化指標
研究表明，外周血和器官中的乙醇脫氫酶（alcohol dehydrogenase，ADH）和乙醛脫氫酶（acetaldehyde dehydrogenase，ALDH）的遺傳變異會導致AIONFH[81]。Li等[79]通過對晚期AIONFH患者全基因組進行測序，發現一種編碼ADH的ADH1B基因顯著上調，且ADH1B蛋白主要在AIONFH患者股骨頭的血管平滑肌細胞、基質細胞和脂肪細胞中表達，而ALDH的表達沒有明顯改變。ALDH2作為酒精代謝過程中的關鍵酶，能將乙醛氧化成無毒乙酸，而只存在于東亞人群中的ALDH2*504Lys變異使ALDH2活性降低，增加了酒精的有害作用[82]。上述研究提示過量飲酒人群的股骨頭局部可能積累了過量乙醛，而乙醛蓄積的細胞毒性可以直接影響血管和細胞外基質，導致血管平滑肌細胞結構損傷和功能障礙，從而導致AIONFH發生。因此，降低局部過量乙醛引起的細胞毒性可能是一種有前景的AIONFH治療措施。
Hamada等[83]通過檢測AIONFH患者血液，發現血清γ-谷氨酰轉移酶（γ-glutamyltransferase，GGT）顯著升高，以臨界值36.5 U/L作為AIONFH的診斷標準，靈敏度為76%，特異度為80%。研究表明，持續酗酒可導致單側ONFH患者對側股骨頭受累[84]。因此，在患有單側ONFH且伴有高“GGT”水平的情況下，無論患者自述飲酒行為是否達到AIONFH診斷標準，都應囑其戒酒，以預防對側股骨頭發生壞死。
1.6 免疫細胞
Wang等[61]的研究揭示了酒精與骨免疫的關系，即酒精通過激活T淋巴細胞來促進破骨細胞因子（如IL-17、RANKL）的分泌，通過減少B淋巴細胞下調OPG。而Ma等[85]通過對ONFH患者外周血T、B淋巴細胞亞群分析，發現AIONFH患者的淋巴細胞總數和T淋巴細胞均顯著低于特發性ONFH患者，且T淋巴細胞百分比降低與骨壞死分期進展相關，提示T、B淋巴細胞等免疫調節細胞在AIONFH發病機制中起重要作用。
2 疾病進展相關因素
Yang等[86]的一項病例對照研究發現，ABO血型與ONFH發生無相關性，但與ONFH的進展密切相關，其中A型血患者進展最快，O型血患者進展最慢。Liu等[87]發現非創傷性ONFH患者血漿血管活性腸肽濃度明顯低于正常人，且與Ficat分期、疼痛視覺模擬評分（VAS）、TNF-α及IL-1β水平成負相關，與Harris評分成正相關，這提示血漿血管活性腸肽濃度降低與影像學進展和臨床嚴重程度相關，可作為ONFH早期診斷標志物。Wu等[31]發現S100鈣結合蛋白A9水平隨著ONFH的Ficat和Arlet分期進展而升高，并與患者激素用藥史和飲酒史相關。Ma等[85]發現在不同分期AIONFH患者外周血中，國際骨循環研究協會（ARCO） Ⅳ期者的T淋巴細胞百分比明顯低于Ⅱ、Ⅲ期患者。鄭小龍等[88]比較了AIONFH患者和正常人血液中骨轉換標志物的差異，發現AIONFH患者骨轉換標志物均明顯升高，其中Ⅰ型膠原氨基端延長肽與分期進展成正相關，提示其在一定程度上可以反映AIONFH發展進程。
相關研究報道，低氧相關轉錄因子BHLHE40和CREB3L1及其調控子在纖維軟骨細胞中具有特異性活性[89-90]。Liao等[26]發現AIONFH患者股骨頭中存在大量纖維軟骨細胞以及ACKR1+ECs，并且隨著疾病進展而增加，提示骨髓微環境中低氧程度加劇及內皮細胞ACKR1表達水平增加與AIONFH進展密切相關。
Liu等[13]發現RETN基因rs3745368位點多態性與AIONFH的臨床分期相關。Guo等[15]發現MIR137HG基因rs9440302和rs7554283位點多態性可以顯著增加ARCO Ⅲ、Ⅳ期AIONFH患者易感性。Yan等[16]通過脂質組學分析發現3，4-二羥基苯甲酸可能是疾病進展的預測因子。
3 潛在藥物及治療靶點
阿侖膦酸鈉等雙磷酸鹽類藥物已被證明對于ONFH有效[91-93]。普伐他汀作為常見的降脂藥物，臨床尚未用于ONFH患者，但基于AIONFH動物模型中的研究已證實其有益作用[94-97]。此外，辛伐他汀聯合阿侖膦酸鈉可抑制TLR4/NF-κB信號通路，抑制炎癥反應，上調脂聯素和骨鈣素表達水平，對AIONFH有治療作用[98]。
研究表明，甜菜堿可促進成骨細胞胞質鈣內流、ERK激活和IGF-1產生，抑制mTOR信號通路，從而促進成骨基因表達，減輕AIONFH大鼠股骨頭的骨壞死性損害[58, 99]。而大黃酸、蛇床子素、蟲草素以及新型Akt激活劑SC-79可作用于Wnt/β-catenin信號通路，逆轉酒精不利影響，可以作為預防AIONFH進展的潛在治療方法[60, 100-102]。Wang等[103]發現葛根素可以抑制BMSCs向成脂細胞分化，降低PPARγ基因表達，從而預防AIONFH。有研究報道，麝香酮具有血管擴張和血管生成作用，可誘導CYP450、CYP1A2和CYP3A11酶的表達[104-107]，提高這些酶的水平有利于酒精代謝，也有助于降低AIONFH發生率。此外，Guo等[108]的研究還證實了麝香酮可通過促進ALP活性和Ⅰ型膠原、骨鈣素基因的表達，發揮對AIONFH的保護作用。
Chen等[109]的細胞和動物實驗發現敲除DKK1基因可促進BMSCs成骨并抑制脂肪生成，且在大鼠股骨頭注射DKK1基因敲除的慢病毒可有效延緩AIONFH進展，因此靶向DKK1激活Wnt/β-Catenin通路可能是一種預防AIONFH的潛在治療策略。杜振寧等[110]的細胞實驗探討了血紅素氧合酶1（heme oxygenase 1，HO-1）和BMP-2對酒精作用下成骨細胞凋亡的影響，結果發現成骨細胞中過表達HO-1可降低酒精作用后成骨細胞凋亡率，同時上調HO-1和BMP-2表達后上述作用更明顯，提示聯合使用HO-1和BMP-2可能對AIONFH的骨修復具有有益作用。
4 結語與展望
過量飲酒可導致ONFH，其中涉及的機制復雜，目前還未完全闡明。脂質代謝紊亂、內皮功能障礙、骨穩態失衡等參與的發病機制是近年來主要研究方向，其中遺傳學層面，包括基因多態性以及非編碼RNA等，也被證明參與了AIONFH發生發展。
雖然關于AIONFH發生機制的研究呈增多趨勢，但目前依然缺乏延緩疾病進展的有效手段。研究表明，持續酗酒可導致單側ONFH患者對側股骨頭受累[84]。因此，戒酒是防止疾病發生發展的有效手段。目前對于AIONFH的早期診斷主要基于影像學改變，缺乏先于影像學改變的診斷方法，飲酒人群的血液學指標變化是否可以預測AIONFH發生值得繼續探討。
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 陳偉：文獻收集、分析總結、撰寫文章；卿黎明、唐舉玉：綜述構思設計；卿黎明、吳攀峰：文章校對