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编号:10280696
骨关节病滑膜细胞凋亡和癌基因表达*
http://www.100md.com 《中国运动医学杂志》 1998年第4期
     作者:吕红斌 朱 洁 胡建中 王嘉芙

    单位:吕红斌 朱 洁 胡建中 王嘉芙 (湖南医科大学湘雅医院(长沙 410008))

    关键词:细胞凋亡;癌基因;滑膜;骨关节病

    中国运动医学杂志980403 提要 为了探索骨关节病在细胞和分子水平上的发病机理,观察了骨关节病的关节滑膜细胞的凋亡和癌基因表达。采用DNA末端转移酶介导的凋亡细胞原位检测技术,检测正常滑膜和病理滑膜细胞程序化死亡,同时,采用免疫组化法观察p53,erbB-2和PCNA在滑膜细胞中的表达。结果发现骨关节病中有77.8%出现滑膜细胞凋亡,与正常对照有明显差别。病理组中癌基因表达p53阳性占71.4%,erbB-2阳性占71.4%,PCNA在正常和病理滑膜细胞中均呈阴性表达。说明细胞凋亡和多种癌基因的产物有关,p53和erbB-2对细胞凋亡有调节作用。

    Apoptosis and Oncogenes Expression of Synovial Cells in
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    Osteoarthrosis

    Lu Hongbin,Zhu Jie,Hu Jianzhong,Wang Jiafu

    Xiangya Hospital,Hunan Medical University,Changsha 410008

    In order to study the molecular mechanism of osteoarthrosis,we used the ApopTag in situ Apoptosis Detection kit to detect the apoptosis of synovial cells.The immunohistochemical methods were applied to observe the oncogenes expression of synovial cells in osteoarthrosis.
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    The results showed that the rate of appoptosis findings was 77.8%,and the p53 positive expression was 71.4%,and the erbB-2 was 71.4% in synovial cells of osteoarthrosis. Negative expression of PCNA was both in normal and pathologic synovium.

    The results suggested that there may be relationship between apoptosis and oncogenes expression. p53 and erbB-2 may be regulatory factors to apoptosis of synovial cells in osteoarthrosis.

, 百拇医药     Key words:apoptosis,oncogene,synovium,osteoarthrosis

    骨关节病是关节系统滑膜、滑液、软骨和软骨下骨的形态和功能的改变。其产生的原因有衰老因素、遗传因素、创伤因素、过度使用因素以及全身性疾病在关节系统的表现和归宿,极大地影响患者的生活质量,有必要从细胞水平和分子水平阐明本病的发生机理,为治疗和预防提供科学根据。细胞凋亡是人体内一种特定的生理和病理的临界状态,在某些情况下有利于细胞的正常替代和功能,属于生理状态,有时又是疾病的一种表现,则属于病理状态,无论它属于何种状态,加强对其认识,找出其调控因素,对认识人体正常功能和疾病状态均有很大价值。鉴于细胞凋亡的复杂性和短暂性,常规的光镜观察是不够的,而且观察方法及判断上均存在一些主观因素。本文采用DNA末端转移酶介导的凋亡细胞原位检测技术,观察关节滑膜细胞的程序化死亡,同时采用免疫组化法观察p53、erbB-2以及增殖细胞核抗原(PCNA)在滑膜细胞中的过度表达,阐述细胞凋亡和癌基因表达在骨关节病中的意义。
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    1 材料与方法

    1.1 材料

    1.1.1 病例选择

    实验组:骨关节病组,取自根据临床表现、X线、术中所见及HE染色符合骨关节病诊断的病人关节滑膜,共9例,其中男6例,女3例,年龄40—66岁。标本来源于髋关节的有8例,踝关节1例。其中7例细胞凋亡阳性的检测了癌基因表达。

    对照组:正常组,取自因车祸或骨肿瘤截肢病人的关节滑膜,共6例,其中男5例,女1例,年龄14—50岁。标本来源于膝关节的3例,髋关节2例,肘关节1例。其中4例检测了癌基因表达。

    1.1.2 主要试剂

    原位细胞凋亡检测试剂盒系美国Oncor公司产品,蛋白酶K系德国E.Merck公司产品,p53,erbB-2,PCNA检测试剂为福州迈新公司出品。
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    1.2 方法

    1.2.1 标本制作

    所在标本均于10%Formalin固定,常规石蜡包埋,连续切片,玻片粘附剂(Slide Adhesive,Pacific Trade Service Co.USA)贴片,52℃烘48h供光镜检查用。所有标本均同时做HE染色。

    1.2.2 染色方法

    参照试剂盒说明书并稍加改进后进行。在预试验中对影响结果的一些重要步骤设不同的组,从而选取最佳实验条件。

    具体步骤如下:(1)切片脱蜡至水;(2)2%H2O2阻断内源性过氧化物酶20min;(3)20μg/ml蛋白酶K消化15min;(4)加平衡液室温孵育5min,吸干平衡液;(5)加TdT酶工作液,加盖塑料盖片于37℃孵育1h,除去盖片;(6)加停止/清洗缓冲液,室温孵育5min;(7)微波振荡5min;(8)加过氧化物酶标记的抗地高辛抗体,37℃孵育45min;(9)DAB显色;(10)水洗、苏木素衬染、脱水、透明、封片。
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    对照:(1)用小鼠小肠粘膜上皮细胞作细胞凋亡阳性对照;(2)用PBS分别代替TdT酶工作液和抗体作阴性对照。

    1.2.3 滑膜的3种癌基因表达

    取骨关节病患者的病变关节滑膜7例,正常对照4例,常规方法将滑膜用福尔马林固定,石腊包埋切片厚度为3μ,分别采用p53,erbB-2和PCNA染色。

    1.2.4 结果评估

    凋亡细胞经原位TdT法标记后细胞核呈棕黄或棕褐色,少许细胞浆内有淡着色。小鼠小肠粘膜绒毛顶端细胞呈强阳性。

    2 结果

    2.1 实验组:骨关节病滑膜细胞增生明显,绒毛少或消失,血管增生明显并向表层浸润,纤维组织内可见多量的成纤维细胞、淋巴细胞、浆细胞。凋亡细胞主要位于表层,有时表层细胞几乎全部为阳性,向下2—4层细胞有些也呈阳性反应(封三彩图1)。凋亡细胞有时呈簇状分布倾向(封三彩图2)。血管内皮细胞有些也呈阳性反应(封三彩图3)。9例标本中阳性数为7例,占77.8%。
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    图1.滑膜细胞凋亡在浅层及深层均存在。 × 400

    Fig.1 Apoptosis of the synovial cells in the superficial and deep layer of the synovial membrane

    图2.滑膜细胞凋亡位于增生的滑膜深层、阳隆细胞呈簇状聚合。

    Fig.2 Apoptosis in the deep synovium and positive cells were aggregated

    图3.增生的滑膜血管壁周围有阳性凋亡细胞呈簇状聚合。
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    Fig.3 There are positive apoptosis around the vascular wall in proliferating synovial membrane

    对照组:正常滑膜的切片上可见多个绒毛突起,脂肪细胞多见,滑膜细胞数较实验组明显减少,6例中都未见凋亡细胞散在分布于滑膜细胞中。

    2.2 实验组中p53和erbB-2阳性表达的例数各占71.4%(封三彩图4、5)。对照组则各占50%,x2检验,两组均有显著性差异(P<0.05)。PCNA实验组及对照组均为阴性反应。

    图4.滑膜细胞P53阳性表达多位于滑膜的浅表面,深层有增生的血管。× 200

    Fig.4 p53 was overexpression on the superficial synovial membrane,and deep layer have vascular proliferation
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    图5.滑膜的erbB-2阳性表达,以浅表面染色最深。× 400

    Fig.5 erbB-2 was overexpression on superficiality of the synovial membrane

    表1 滑膜细胞癌基因表达(阳性表达例数/检查例数)

    Tab. 1 oncogenes expression of synovial membrane(No. of positive/No. of examination)

    p53

    erbB-2

    PCNA

    实验组
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    Experiment group

    5/7(71.4%)

    5/7(71.4%)

    0/7

    对照组

    Control group

    2/4(50%)

    2/4(50%)

    0/4

    p值

    <0.05

    <0.05
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    3 讨论

    从分子水平阐明不同疾病的发病机理是当今医学领域中的重要研究内容,在这方面骨关节病的研究有着重要的地位。本研究采用凋亡细胞检测试剂盒,通过直接免疫过氧化物酶检测地高辛标记的基因组DNA,检测滑膜固定标本的凋亡细胞和细胞核DNA链断裂的特异性标记,这是判断细胞凋亡及核DNA损伤的重要方法。骨关节病的始动因素包括遗传、衰老和损伤,可抑制软骨基质蛋白多糖的合成,促进蛋白多糖、透明质酸和胶原的降解。业已证明,采用不同的方法能检测 生理的、物理的、化学的因素所造成的DNA损伤,如单链断裂、双链断裂、糖基氧化、碱基丢失以及DNA链交联等[1]。在关节功能体系中,滑膜是最敏感的组织,其中有大量的血液供给和丰富的神经分布,除了A型细胞和B型细胞外,还有纤维母细胞等,在骨关节病时,滑膜细胞及结缔组织增生,在这些诸多细胞中,能分泌不同物质,改变关节液的成分,细胞活动的不同周期和线粒体的损害均可引起滑膜细胞凋亡和组织变性,导致关节软骨的全面毁坏。我们在研究中发现骨关节病的滑膜中77.8%出现典型的凋亡细胞,而且细胞凋亡与某些癌基因有关。Cutolo等报告[2]在风湿性关节炎的滑膜细胞象肿瘤细胞那样,出现明显增生和局部浸润,这种现象似乎被一组原癌基因所控制,在细胞凋亡的早期代谢改变和增生的时候非常相似,凋亡细胞主要位于滑膜浅层的细胞,阳性细胞在50%以内。c-jun、c-myc、c-fos、肿瘤蛋白能限制滑膜细胞附着到软骨和骨毁坏的地方。最近研究报告,培养的滑膜巨噬细胞用雄激素处理后,出现明显的上调,进一步证明了雄性激素对滑膜细胞凋亡和原癌基因表达的影响,也为风湿性关节炎和其他部位的风湿性疾病的发病原因和治疗方法提供新的思路。
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    机体内外环境的改变,产生一些死亡信号,通过一系列的传导途径,被某些敏感的细胞接受,启动细胞凋亡因子,使细胞内死亡信号和增殖信号互相传导,形成复杂的信息传导网。研究指出,细胞凋亡和多种细胞内信使以及多种癌基因的产物有关。对细胞凋亡具有调节作用的基因主要有bc1-2、c-myc、p53和ras等[3、4]。本研究发现,p53和erbB-2过度表达与骨关节病的慢性创伤性滑膜炎症有密切关系,阳性表达分别占71.4%。p53是介导细胞周期的阀门,能触发细胞凋亡,它的临床意义决定于基因序列突变所处的类型和位置,野生型p53作为直接的凋亡基因,导致细胞凋亡,正常的P53过度表达产物,通过细胞凋亡介导细胞快速死亡,DNA损伤因子也可介导野生型p53表达增加。Matsumoto[5]等报告骨关节病的滑膜细胞未见凋亡细胞,风湿性关节病滑膜纤维母细胞凋亡,在细胞分裂的周期中看到不同的超微结构改变,而且凋亡的滑膜纤维母细胞的增生和浸润性生长,损伤了细胞周期的调控,改变了细胞增生和生理性死亡的平衡状态。该作者认为在细胞凋亡及其凋亡细胞调控分子fas和bc1-2的作用下,出现了滑膜纤维母细胞的超微结构改变。大多数RA纤维母细胞出现翻译,3%处于不同的凋亡状态。fas抗原表达限于细胞分裂的第一期。相反,滑膜纤维母细胞限于滑膜的浅层,即不出现凋亡也无fas抗原表达,有些滑膜浅表层则出现细胞死亡抑制基因bc1-2阳性表达。
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    erb-2原癌基因编码在细胞膜糖蛋白,有酪氨酸激酶活性,它的结构同源于上皮生长因子受体,erbB-2过度表达可能促进或加速变态细胞沿细胞外组成基底成分的基质蔓延生长,是乳腺癌等预后不佳的表达基因。Tan[6]等报告C-erbB-2过度表达,增加乳腺癌细胞内源性蛋白,从而增加乳腺癌代谢,导致代谢性损害。同时,能引起某些抗癌的化学药物的耐药性,是临床预后不佳的症侯。Visscher[7]等研究了肺癌的结果指出,分化好很少浸润的支气管肺泡肿瘤,多为阳性表达,分化不好的腺癌erbB-2多为阴性表达,说明肺的腺癌可能有特殊不同的基因病现象。Pegoraro[8]等采用两种不同cDNA探针检测232例乳腺癌标本,发现erbB-2与其他临床预后指征无任何关系,而且不同人种肿瘤的erbB-2表达也无关系,本研究发现erbB-2与p53有相同的过度表达,说明erbB-2也参于滑膜细胞凋亡的调控,其作用机理尚待进一步探索。

    从本研究结果来看,可以得出这样结论,骨关节病的滑膜细胞存在着细胞凋亡,与某些癌基因p53,erbB-2过度表达有关,PCNA在正常滑膜和病理滑膜中均呈阴性表达,提示与滑膜细胞凋亡无关。
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    *卫生部青年科研基金资助(94-2-074)

    参考文献

    1.Ansari B,Coates PJ,Greenstein BD,et al. In situ end-labelling detects DNA strand breaks in apoptosis and other physiological and pathological states. J. Pathology 1993,170:1-8.

    2.Cutolo M,Sulli A,Barone A,et al. Sex hormones,proto-oncogene expression and apoptosis:their effects on rheumatoid synovial tissue.Clin Exp Rheumatol.1996,14:87-94.
, 百拇医药
    3.Hacker G,Vaux DL. The medical significance of physiological cell death.Med Res Rev.1995,15:299-311.

    4.Susin SA,Zamzami N, Castedo M,et al. Bc1-2 inhibits the mitochondrial releaseof an apoptogenic protease. J Exp Med 1996,184:1331-1341.

    5.Matsumoto S,Muller-Ladner U, Gay RE, et al. Ultrastructural demonstration of apoptosis,Fas and Bc1-2 expression of rheumatoid synovial fibroblasts. J. Rheumatol.1996,23:1345-1352.
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    6.Tan M,Yao J,Yu D. Overexpression of the c-erbB-2 gene enhanced intrinsic metastasis potential in human breast cancer cells without increasing their transformation abilities.Cancer Res. 1997,57:1199-1205.

    7.Visscher DW,Yadrandji S,Tabaczka P,et al. Clinicopathologic analysis of K-ras,p53,and ERBB-2 gene alterations in pulmonary adenocarcinoma. Diagnostic Molecular Pathology.1997,6:64-69.

    8.Pegoraro RJ, Lanning PA, Rom L.Variations in c-erbB-2 proto-oncogene status in breast cancer tumors as detected by two different cDNA probes.Diagnostic Molecular Pathology.1996,5:181-186.

    (1998.01.10收稿), 百拇医药