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为探究特发性股骨头坏死（ONFH）与股骨头小梁骨微观结构、组织学特征及转录组特征改变的关联，研究人员对比 ONFH 患者和原发性骨关节炎（OA）患者股骨头及转子间区小梁骨样本。结果发现 ONFH 患者股骨头小梁骨有显著改变，这为 ONFH 病理生理学机制研究及髋关节置换术选择提供依据。
在骨科疾病的研究领域中，股骨头坏死（Osteonecrosis of the femoral head，ONFH）一直是备受关注的难题。这是一种在年轻人全髋关节置换术（Total hip arthroplasty，THA）中常见的疾病，其特征是骨细胞因局部缺血而死亡。全球范围内，ONFH 的发病率呈上升趋势，给患者带来极大痛苦，严重影响生活质量。目前，虽然已知创伤、大量使用皮质类固醇和酗酒是常见的致病因素，但仍有相当数量的病例病因不明，属于特发性 ONFH。由于早期获取患者骨样本困难，且缺乏能真实模拟疾病的动物模型，非创伤性 ONFH 的病理基础尚未完全明确。多数关于 ONFH 起始机制的假说都指向软骨下骨血供改变，疾病早期会在负重区形成坏死区域，随后股骨头塌陷，还常伴有骨髓水肿。以往研究多存在样本选择问题，如使用糖皮质激素诱导的 ONFH 患者样本，或对患者临床特征描述有限、混合不同病因病例等，导致特发性 ONFH 患者小梁骨改变的分子机制难以明确。为深入探究这一难题，来自西班牙马德里拉巴斯大学医院 - IdiPAZ 研究所（Grupo de Fisiopatología ósea y Biomateriales, Instituto de Investigación del Hospital Universitario La Paz-IdiPAZ）、生物工程、生物材料和纳米医学生物医学研究中心（Centro de Investigación Biomédica en Red de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina-CIBERBBN）等机构的研究人员展开了相关研究。他们的研究成果发表在《Scientific Reports》上，为理解特发性 ONFH 的发病机制带来新曙光。
研究人员开展此项研究，主要运用了以下关键技术方法：首先是样本采集，收集 2019 年 1 月至 2022 年 12 月在该机构接受 THA 的患者样本，其中 ONFH 组 15 例为特发性 Ficat 和 Arlet 分期 IV 期患者，OA 组 14 例为原发性髋关节 OA 患者，且两组患者年龄和性别匹配。采集股骨头和转子间区的小梁骨样本，部分用于成像技术，部分用于转录组分析。其次是微观计算机断层扫描（μCT）技术，对样本进行扫描，分析小梁骨厚度（Tb.Th）、间距（Tb.Sp）等形态计量指标。还有苏木精 - 伊红染色及成像技术，观察样本组织学特征并量化相关指标。最后通过微阵列分析差异基因表达，对基因信号进行处理和分析，并通过逆转录 - 定量聚合酶链反应分析（RT-qPCR）验证部分基因。
研究结果如下：
- 患者特征：两组患者在体重、BMI、疾病持续时间等多方面无显著差异，且皮质厚度指数（CTI）均大于 0.4，Dorr B 型股骨频率相似。
- 小梁骨微观结构：通过 μCT 成像分析，发现 ONFH 和 OA 患者股骨头的 Tb.Th、Tb.N、BV/TV、Conn.D 和 DA 均低于转子间区，Tb.Sp 则更高。且 ONFH 患者股骨头的 Tb.Th、BV/TV 和 DA 比 OA 患者更低，ONFH 患者转子间区的 Conn.D 比 OA 患者低。
- 组织学检查：苏木精 - 伊红染色结果显示，ONFH 和 OA 患者股骨头的空骨陷窝百分比均高于转子间区，且 ONFH 患者股骨头空骨陷窝数量显著多于 OA 组。ONFH 患者股骨头小梁表面骨细胞数量多于转子间区，且比 OA 患者股骨头的骨细胞更丰富。
- 转录组分析：ONFH 患者股骨头与转子间区小梁骨的基因表达谱差异明显，且与 OA 患者不同。ONFH 患者股骨头有 2362 个蛋白编码基因转录水平变化至少 1.5 倍，OA 患者仅有 460 个基因受显著影响。对 ONFH 患者股骨头特有的差异表达基因分析发现，上调基因与超氧阴离子生成、细胞分裂等有关，下调基因与血管生成、细胞黏附等有关。此外，还发现一些基因在 ONFH 患者股骨头与 OA 患者或自身转子间区存在差异表达。
在研究结论和讨论部分，此次研究对比了特征相似的 ONFH 和 OA 患者，减少了混杂因素。研究表明，ONFH 患者股骨头小梁骨存在骨丢失，微观结构改变与矿化能力降低有关。同时，空骨陷窝数量增加可能与周围髓质坏死有关，骨细胞增多反映了修复过程。转录组分析发现，ONFH 患者股骨头小梁骨基因表达与炎症、免疫反应、血管生成和骨形成等过程密切相关。部分基因如 CCL5、CCL18 的上调和 KIF3A 的下调，可能对骨重塑和骨适应性产生影响。不过，该研究也存在一定局限性，如样本量有限、对照组选择可能存在干扰、仅针对终末期 ONFH 患者等。总体而言，该研究首次揭示了特发性 ONFH 患者股骨头宏观健康区域的微观结构、组织学特征和转录组特征改变，为晚期 ONFH 患者股骨头骨改变程度提供新见解，有助于外科医生选择合适的髋关节置换术式，推动了 ONFH 研究领域的发展，为后续研究指明方向，具有重要的临床意义和科研价值。
