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编号:10272156
甲基强的松龙治疗关节创伤性滑膜炎机理探讨
http://www.100md.com 《中国运动医学杂志》 1998年第3期
     作者:于长隆

    单位:北京医科大学运动医学研究所(100083) 于长隆

    关键词:甲基强的松龙;滑膜细胞;细胞培养

    中国运动医学杂志980311 提要 采用人关节滑膜细胞体外培养的方法,研究甲基强的松龙对滑膜细胞生物学特性的影响。结果发现:细胞接触甲基强的松龙在20天、20-80微克/毫升条件下,细胞的分裂速度明显加快,细胞外基质蛋白质分泌减少,形态由梭形向多角形转变,电镜下细胞内骨骼由发达转为不发达,细胞内开始合成胶原纤维,细胞内发达的粗面内质网和线粒体说明细胞并非处于退变。此外,本实验证明细胞接触药物时间较短不能改变细胞的生物学性状。

    An Exploration to the Mechanism of Treatment of Articular Traumatic
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    Synovitis with Methyl-prednisolone

    Yu Changlong

    Institute of Sports Medicine, Beijing Medical University

    By means of human articular synovial cell culture, the influences of methyl-prednisolone on biological properties of synovial cell were studied. Results showed that under the condition of exposure of methyl-prednisolone at 20-80 μg/ml for 20 days, synovial cells proliferated much faster than control;the secretion of extra-cellular matrix protein decreased; cell changed from spindle to polygonal in shape morphologically under the converted microscope. TEM showed cell skeletal system from well-developed to undeveloped; cells started synthesizing collagen fibers. However, well developed rough endoplasmic network and mitochondria indicated that such cell was not degenerated. Besides, cells exposed to methyl-prednisolone for a short period of time did not change their biological behavior.
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    Keys words: methyl-prednisolone, synovial cell, cell culture

    类固醇类激素对机体有广泛的作用。糖皮质类固醇激素除对全身代谢影响外,局部使用有抑炎、抗水肿、抗变态反应等作用。在运动医学临床经常使用这类药物对滑膜炎症作局部封闭,有明显的消退炎症作用。对关节急性创伤性滑膜炎甚至某些慢性滑膜炎,也经常使用糖皮质类固醇类药物如强的松龙或甲基强的松龙等进行关节腔内注射,对炎症的消退、水肿的减轻、疼痛的缓解都有一定的作用[1,2]

    虽然在临床上应用此类药物治疗关节内滑膜炎症收到一定效果,但是,关于此类药物对滑膜细胞的作用机理的了解仍不够清楚,特别是关节内滑膜细胞在此类药物作用下发生了何种变化,至今未见报道。本文采用滑膜细胞体外培养的方法,将人关节滑膜细胞直接暴露在含甲基强的松龙的培养液中,观察细胞生物学性状的改变,旨在为此种临床方法提供理论根据。
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    1 材料与方法

    人滑膜细胞来自关节手术时所切取的滑膜标本。关节手术的原因主要是韧带断裂修复或人工关节替代。没有关节恶性肿瘤或感染,以及各种特异的滑膜疾患,如绒毛结节性、色素沉着性滑膜炎;滑膜软骨瘤病等。取出滑膜后,用生理盐水将滑膜漂洗干净,仔细剪取滑膜组织,舍弃滑膜下结缔组织。用0.2%胰蛋白酶处理30分钟,得到游离滑膜细胞后,用台盼蓝染色证实死亡细胞少于1%,按每培养瓶内接种30万细胞种于75cm2培养瓶。培养液为改良的DMEM加10%胎牛血清(美国GIBCO公司),含0.1%青霉素及链霉素。细胞置于含5%CO2的培养箱中培养。72小时后,细胞贴壁完成后,每48小时更换1次培养液,约于1周左右细胞形成单层,传代1次后,重新接种于25cm2培养瓶内,每瓶30万细胞,开始实验。实验分组如下:

    实验1:滑膜细胞传代后,分别加入4种不同的培养液:
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    (1)对照组:不加任何药物,培养液成分同上;

    (2)培养液成分同上,再加入20微克/毫升甲基强的松龙;

    (3)培养液成分同上,加入40微克/毫升甲基强的松龙;

    (4)培养液成分同上,加入80微克/毫升甲基强的松龙;

    每种培养液各培养5瓶细胞,培养时间为20天。

    实验2:滑膜细胞传代后,4种培养液培养细胞方式同上,但细胞培养时间为4天。

    实验3:采用在体外培养已42天,传代6次的滑膜细胞。培养液分2种,一种为对照,培养液中不加甲基强的松龙;另一种在培养液中加40微克/毫升甲基强的松龙。培养时间分别为4天和20天。

, 百拇医药     对以上4组滑膜细胞除每日在倒置显微镜观察细胞形态学变化外,培养结束后收获细胞,测定每瓶细胞的DNA总含量。测定方法见前[3]

    实验4:细胞传代后,将细胞接种在Petri碟中,每碟30万细胞。培养液分别为对照组不含甲基强的松龙,实验组加入40微克/毫升甲基强的松龙。培养时间20天,培养结束后,将细胞固定后,Epon包埋,经超薄切片,染色,观察细胞超微结构变化。

    实验5:滑膜细胞传代后,使用2种培养液:对照组不含强的松龙,实验组含40微克/毫升甲基强的松龙。培养时间为20天。每组培养5瓶细胞。培养结束前4小时,将培养液弃去,用PBS液洗细胞2次后,加入不含小牛血清,不含甲硫氨酸的改良DMEM培养液及50微居里/毫升的S35-甲硫氨酸,继续培养4小时,然后收获细胞。细胞收获后,进行细胞外基质蛋白质,胞浆蛋白质,染色体蛋白质及核质蛋白质的分离,分离方法见前[4]。蛋白质分离后,用液闪法对各节段蛋白质进行定量测定。
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    2 实验结果

    2.1 形态学观察:正常滑膜细胞在体外培养时,倒置显微镜下细胞呈梭形,大多数细胞在形态上类似于成纤维细胞,传代次数越多,细胞的梭形外观就越明显。传代后,细胞在30分钟内就开始分泌细胞外基质蛋白质,重新贴壁生长。

    滑膜细胞在与甲基强的松龙接触4天时,在倒置显微镜下未见到形态上的显著变化。但在接触20天组,从15天左右起形态上产生明显变化。表现为:(1)细胞的数量远多于对照组;(2)细胞的形态大多数从梭形变为多角形;(3)细胞在传代后分泌基质蛋白质速度减慢,表现为当对照组细胞已贴壁完成时,实验组细胞刚刚开始分泌基质蛋白质,贴壁时间明显延长。但在细胞贴壁后,细胞的分裂速度远快于对照组。

    在电子显微镜下,正常滑膜细胞形态为星芒状,细胞核有多数小突起,细胞有丰富的微绒毛和发达的细胞内骨骼系统,细胞内无胶原纤维合成。实验组细胞的胞核形态为椭圆形,很少有突起。发达的粗面内质网和丰富的线粒体说明细胞代谢旺盛,并非处于退变状态。细胞内骨骼系统远不如对照组发达,微绒毛罕见。细胞内有大量胶原纤维合成。
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    2.2 DNA含量测定:本实验共有5组进行DNA含量测定。实验结果显示:

    (1)实验1的测定结果为甲基强的松龙,剂量在20-80微克/毫升之间,接触细胞时间为20天,均有刺激体外培养滑膜细胞分裂的作用。在20,40和80微克/毫升不同剂量,DNA含量分别为对照组的245%,290%和148%。差别均有显著性(p<0.01);而药物的刺激作用又以20及40微克/毫升较80微克/毫升为明显,差别有显著性(p<0.05)。

    (2)实验2的测定结果表明甲基强的松龙剂量在20-80微克/毫升之间,接触细胞时间为4天时,未发现有刺激体外培养滑膜细胞分裂的作用(p>0.20)。

    (3)实验3的测定结果表明甲基强的松龙对在体外培养时间较长,传代次数较多的滑膜细胞,虽仍有一定的刺激细胞分裂作用,在20,40和80微克/毫升不同剂量,DNA含量分别为对照组的140%,138%和110%,前2个与对照组相比差别有显著性(p<0.05)。但与实验1,2的刺激作用相比,新鲜培养的滑膜细胞对甲基强的松龙的反应远强于在体外培养时间较长的滑膜细胞。(p<0.01)。
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    (4)实验5的测定结果发现各节段蛋白质标记量与对照组相比,均有明显升高,其中:细胞外基质蛋白质,胞浆蛋白质,染色体蛋白质和核质蛋白质分别比对照组增加170%,200%,268%和265%(p<0.01)。但与细胞总数相比,细胞外基质蛋白质及胞浆蛋白质实际较对照组有所下降,分别为对照组的59%和69%(p<0.05);而染色体蛋白质和核质蛋白质与对照组相比无明显下降(p>0.10)。

    3 讨论

    人滑膜细胞在较长时间接触甲基强的松龙后,表现出细胞生物学性状的改变,这已在本实验中得到证实。首先是细胞分裂速度明显加快,实验1和3的细胞DNA测定说明了这一点。此外,实验1中作者用细胞计数法测得对照组细胞倍数增长天数为11.7天,实验组加入20、40和80微克/毫升甲基强的松龙后分别为7.0×5.5和9.0天。

    增殖分裂加快后的滑膜细胞从形态上看,逐渐丧失了滑膜细胞的特征。无论从光镜还是电镜的结果都证实了细胞形态的变化。但是细胞内丰富的线粒体和发达的粗面内质网都说明这种细胞并非是退变的细胞,而是有着旺盛的代谢功能。因此,甲基强的松龙不是使滑膜细胞逐渐发生退变或者杀死细胞从而使细胞停止分泌滑液,最终达到治愈滑膜炎症的目的。它极有可能是使滑膜细胞逐渐丧失原有的细胞生物学特性,反分化为幼稚阶段的结缔组织细胞,然后再分化为其他类型的结缔组织细胞。本实验电镜标本显示甲基强的松龙在接触滑膜细胞20天时,细胞内出现大量胶原纤维合成。这就说明细胞向成纤维细胞的转化过程。
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    细胞内支架-微丝及微管系统对细胞的形态有非常重要的作用,内支架的改变可使细胞形态发生变化。本实验在电镜下见到实验组细胞的微丝,微管系统远不如对照组发达,可能最终导致细胞形态的变化。当然,细胞外基质蛋白质对细胞的形态也有影响,本实验发现在甲基强的松龙接触滑膜细胞20天时,细胞外基质蛋白质的分泌几乎下降了一半,这可能也是细胞形态改变的一个原因。但还有待进一步的证实。

    临床上使用甲基强的松龙时,发现混悬剂的效果远优于水剂。水剂的易吸收特性使药物接触细胞时间大大缩短,而混悬剂则由于佐剂的难于吸收从而使药物与细胞的接触时间大大延长。本实验药物接触细胞4天并未发现细胞生物学性状的改变也说明药物接触细胞时间过短不可能使细胞发生改变。从而支持了临床使用混悬剂的合理性。有人已证实甲基强的松龙的佐剂对滑膜组织无任何药理作用[5],因此,混悬剂与水剂的差别不应是由于药物的佐剂所引起,而是由于药物作用时间的长短造成的。

    细胞体外培养方法可以使细胞处于人为的环境,从而简化了影响因素。这种方法广泛地应用于研究细胞生物学及药物对细胞的影响。但是,由于体外培养细胞所处的环境与实际体内的内环境有很大的不同,因此,不能将体外培养的结果视同细胞在体内的实际情况。既往培养细胞的经验指出:细胞在体外培养条件下长期生活,将不可能永久保持原有的生物学性状,细胞将发生反分化[6]。本实验应用在体外培养条件下已生活42天,已经6次传代的滑膜细胞,观察甲基强的松龙对其的影响,发现虽然仍可看到细胞有增殖现象,但是远不如作用于新鲜分离的滑膜细胞。由此可见,在研究环境因素对细胞生物学性状影响时,如果运用体外培养方法,应该使用新鲜分离的细胞,而不采用在体外生存较长时间的细胞,尽可能避免体外培养对细胞带来的负面影响。
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    4 小结

    4.1 甲基强的松龙对培养的人关节滑膜细胞达20天时,确能改变滑膜细胞的生物学性状,表现为细胞分裂加速;形态从梭形变为多角形;细胞分泌细胞外基质蛋白质减少;细胞丧失了发达的内骨骼系统等。但是,超微结构的研究证明这种细胞并非是退化细胞或死细胞。因此,甲基强的松龙对培养的滑膜细胞的作用主要是通过改变细胞的生物学性状,非常可能是促使滑膜细胞反分化,使其丧失滑膜细胞的特性,停止分泌滑液,从而对关节的滑膜炎症起到治疗作用,而不是使滑膜细胞退变或杀死细胞。

    4.2 甲基强的松龙对人滑膜细胞的作用与接触时间的长短有关,短暂接触不能改变细胞的生物学特性。

    4.3 甲基强的松龙对长期处于培养环境的人关节滑膜细胞作用远不如对新鲜分离的滑膜细胞为明显。

    (作者简介:于长隆,男54岁,北京医科大学运动医学研究所研究员,所长)
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    5 参考文献

    1.Gallagher J A, et al. Effects of glucocorticoids and anabolic steroids on cells derived from human skeletal and articular tissue in vitro, Adv. Exp. Med. Biol., 1984,171:279-291

    2.曲绵域等.实用运动医学.北京科学技术出版社,1996,北京p511-513

    3.于长隆等.低浓度人血清对关节软骨细胞体外培养的影响,中国运动医学杂志.1989,8:3:149-155

    4.Reiter T, et al. Shape -dependent regulation of cytoskeletal protein systhesis in anchorage-dependent and anchorage-independent cells, J Cell Sci., 1985,76:17-33

    5.Ohira T, et al. Hydroxyapatite deposition in articular cartilage by intra-articular injection of methylprodnisolone, J. Bone and Joint Surgery, 1986,68A:509-520

    6.于长隆等.关节软骨细胞体外培养时生物学性状的变化.中国运动医学杂志,1986,4:218-221

    (1998.05.08收稿), 百拇医药