人工关节无菌性松动(以下简称无菌性松动)是导致关节置换术失败的主要原因之一,其发病主要是多种类型细胞和多种细胞因子共同作用引起骨溶解所导致的,但目前该疾病发生的病理机制尚未完全清楚。在磨损微粒诱导的小鼠颅骨骨溶解模型中,我们观察到小鼠颅骨的成骨细胞中自噬斑点较对照组显著增多,提示磨损微粒可诱导成骨细胞自噬水平的上升。为验证这一现象,我们在体外用磨损微粒直接刺激成骨细胞,并采用western blot检测自噬标志蛋白 LC3(microtubule-associated protein 1 light chain 3)的表达、免疫荧光观察自噬斑点的水平、透射电镜直接观察自噬体及自噬溶酶体的形成,结果证实磨损微粒显著提高了成骨细胞自噬水平。鉴于成骨细胞凋亡是骨溶解的重要原因之一,而很多研究表明自噬与凋亡关系密切,我们探讨了自噬在磨损微粒刺激成骨细胞过程中的作用。流式细胞术结果显示,磨损微粒可浓度依赖性地增加成骨细胞凋亡,而自噬抑制剂3-MA(3-methyladenine)或干扰RNA(siATG5)可减低磨损微粒引起的细胞凋亡,这些结果说明自噬参与了磨损微粒刺激的成骨细胞凋亡的发生。在分子机理研究中,应用小分子抑制剂或干扰RNA等手段得到的数据提示,磨损微粒可能通过ERN1/MAPK8(endoplasmic reticulum to nucleus signaling 1/mitogen-activated protein kinase8)诱导自噬水平的升高,自噬通过调节BAX(BCL2-associated X protein)的表达,促进了成骨细胞凋亡。在动物实验中,抑制自噬可减少磨损微粒引起的成骨细胞凋亡以及功能抑制,减轻骨溶解。通过调控自噬水平进而影响成骨细胞的存活与功能,代表了一种全新的人工关节无菌性松动治疗的策略。骨细胞是骨骼系统中数量最多的细胞,可独立地调控骨吸收和骨形成。过去对人工关节无菌性松动中骨细胞的作用研究较少,在本实验中,我们对骨细胞在本疾病发病过程中作用进行了探讨。骨细胞上清液可抑制小鼠骨髓巨噬细胞(BMMs,bone marrow macrophages)向破骨细胞的分化,而磨损微粒刺激骨细胞后,其上清液的这种抑制破骨细胞分化作用减轻。进一步研究显示,磨损微粒可减少骨细胞分泌的破骨细胞分化抑制因子IFN-β(interferon-β),而功能模拟及抑制试验也证实,骨细胞分泌IFN-β水平的下降是对破骨细胞分化抑制作用减低的关键因素。在机制研究中,实验发现自噬参与了 IFN-β水平的降低;抑制自噬可部分恢复骨细胞上清液对破骨细胞分化的抑制作用。本项研究提示了无菌性松动发病的一种新的机制。过去的研究中,我们发现无菌性松动患者界膜组织中内质网应激(ER stress,endoplasmic reticulum stress)蛋白表达显著上调,考虑到成纤维细胞是界膜组织中的主要细胞类型之一,我们在体外和体内实验中探讨了成纤维细胞内质网应激对无菌性松动发病的影响。在人体界膜组织以及动物模型的颅骨增生软组织中,内质网应激标志蛋白均显著上升。细胞实验中,磨损微粒刺激成纤维细胞内质网应激标志蛋白上调,并且内质网应激下游蛋白XBPls(spliced X-box binding protein 1)也升高。采用小分子抑制剂和干扰RNA的实验结果显示,ER stress/XBP1s参与了磨损微粒引起的成纤维细胞RANKL(receptor activator of nuclear factor(NF)-κB ligand)表达的上调。在动物实验中,抑制 ER stress/XBP1s可减少磨损微粒刺激的破骨细胞形成,减轻骨溶解。总之,这部分结果揭示了无菌性松动发生的一种新机制,即磨损微粒通过ER stress/XBP1s途径引起成纤维细胞RANKL表达上调,促进骨溶解的发生,抑制ER stress/XBP1s可能成为治疗无菌性松动的新方法。