糖皮质激素(glucocorticoid，GC)广泛应用于临床多种疾病如严重感染、免疫系统疾病、肾病、血液病等的治疗，其临床功效十分重要，而由于长期大剂量GC应用所致的不良反应如感染扩散、代谢紊乱、肌肉骨骼病变等近年来不断受到重视。GC应用会导致骨骼受到不同程度的影响，不仅是目前有所重视的骨质疏松，还包括骨坏死、骨骼生长发育障碍等骨骼病变，长期大量应用GC其骨折发生率可达30%~50%，骨坏死的发病率则为9%~40%，而其所致生长发育期人群的骨骼生长发育障碍也较为常见^{[1, 2]}。本文对近年来有关GC所致骨骼病变的研究作一综述。

骨质疏松症(osteoporosis，OP)是以骨量减少和骨微结构退化伴骨脆性增加和易发生骨折为特征的一种全身性骨骼疾病^[3]。糖皮质激素所致骨质疏松(glucocorticoid induced osteoporosis，GIOP)居继发性OP发病率第1位，研究表明长期应用GC患者骨量丢失呈双相性，第1年骨量丢失速率可达3%~5%，以后则以每年0.5%~1.0%的速率发生流失^[4]。GIOP骨量流失在皮质骨及松质骨均可发生，但在松质骨更为明显，因此其继发骨折多位于松质骨丰富的脊柱、髋关节、桡骨远端等部位。GIOP的发病机制目前认为与GC引起的多种细胞(成骨细胞、破骨细胞、骨细胞及骨髓基质细胞等)结构功能受损、钙磷代谢紊乱、肌肉容量和肌力下降及性腺功能抑制等有关

多种骨细胞包括成骨细胞、骨细胞、骨髓基质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells， BMSCs)上均存在GC受体，但GC主要是通过影响成骨细胞致OP的发生，GC可抑制成骨细胞增值分化及诱导其凋亡，并使成骨细胞功能低下，最终促成GIOP成骨不足状况的发生，因此目前倾向将GIOP称为成骨细胞性疾病^[5]。Wnt信号通路是成骨代谢中研究较多且较成熟的经典信号通路，研究表明，GC可通过激活糖原合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase 3 beta，GSK 3β)及上调Wnt抑制因子DKK-1的合成来抑制Wnt信号通路，从而促进成骨细胞的凋亡及影响其分化^[6]。Hakeda^[7]研究表明在GIOP中，破骨细胞生成亦减少，但破骨细胞的活性明显增强及生存期明显延长，使其数量不减反增，值得注意的是，GC主要通过提高成骨细胞细胞核因子κB受体活化因子配体(receptor activator for nuclear factor κB ligand， RANKL)的过度表达、减少骨保护蛋白(osteoprotegerin，OPG)的表达及抑制破骨细胞前体细胞β干扰素的合成而促成上述变化。BMSCs的分化异常也参与了GIOP的发病，研究发现GC可通过上调PPARγ2 mRNA和下调Cbfa1/Runx2 mRNA的表达而诱导BMSCs的成脂分化，并抑制其向成骨细胞分化，从而导致成骨细胞生成不足的发生^[8]。

Robert^[2]研究表明GC可抑制胰岛素样生长因子-1(insulin like growth factor 1， IGF-1，可刺激成骨细胞的增生和胶原合成)及转化生长因子β(transforming growth factor beta， TGF-β，可增强成骨细胞的增生和骨基质蛋白的合成)的分泌而影响成骨细胞增值及其功能。GC在骨内的代谢异常同样参与GIOP的发生，11β-羟类固醇脱氢酶(11 beta hydroxysteroid dehydrogenase， 11β-HSD)已被证明可在受体前水平调节糖皮质激素的作用，这种酶被发现存在于几乎所有的糖皮质激素靶组织，包括骨骼组织，研究表明GC可抑制IGF-1和生长激素(growth hormone， GH)的分泌，而IGF-1和GH对1型11β-羟类固醇脱氢酶(11β-HSD1，可单相催化GC分解为无活性代谢产物)的正常表达具有重要作用，11β-HSD1表达缺陷增加了骨骼内GC的堆积，这无疑扩大了GC对骨骼的影响效应^{[9, 10, 11]}。

GC可造成钙磷肠道吸收率降低和肾脏排泄率增加，从而导致低血钙及骨矿化障碍，长期低血钙会继发甲状旁腺功能亢进及甲状旁腺素敏感性增加，甲状旁腺功能持续亢进则会导致骨骼的进一步破坏^[1]。

维生素D是调节骨代谢至关重要的激素，美国全国健康和营养检查调查(三)表明，GC使用者(近30 d内使用)的血清25OHD较未使用者降低的风险升高50%^[12]。另一项最新的荟萃分析得出了一致的结论：成人GC使用者血清25OHD较健康对照组平均低0.5 ng/mL^[13]。目前关于GC如何影响维生素D代谢的机制研究较少，有待进一步阐明。性激素是影响骨代谢的重要激素，目前多认为雌激素主要作用为抑制破骨，而雄激素则主要促进成骨，两者正常分泌在维持骨量上具有重要作用。研究发现，过多的GC不仅可抑制下丘脑-垂体轴促性腺激素释放激素和促性腺激素的分泌，而且可直接作用于性腺致其功能低下，另外长期大量使用GC会引起肾上腺皮质萎缩，而正常的肾上腺皮质可分泌少量性激素，以上共同导致性激素分泌不足的发生^{[14, 15]}。

骨坏死是人体骨骼各种活组织成份的坏死，发生于骨骺或软骨下者称为骨缺血性坏死，发生于干骺端或骨干者称为骨梗死。GC是非创伤性骨坏死发生的首要病因，约占总数1/3左右，且发病具有年轻化的特点，其中一部分人需要进行关节置换，给患者带来了沉重的身体、精神及经济负担^[16]。目前认为GC所致骨坏死与微循环障碍、细胞损伤、基因异常、骨质疏松及神经损伤等有关，各种机制共同作用，促成了骨坏死的发生。

骨骼局部的血液供给障碍和血管损伤通常被认为是骨坏死发生的基本因素，骨内高压、脂肪栓塞、血管内皮细胞损伤和血液高凝状态是GC导致微循环障碍的主要机制。研究表明，GC可诱导BMSCs向脂肪细胞分化，导致骨内脂肪细胞大量堆积，继而造成髓内血窦、毛细血管、静脉受压而发生血流受阻，继发骨内压升高及血供减少^{[7, 17]}。Jones^[18]发现GC可引起脂肪过度分解而继发高脂血症，过多的血脂不仅可沉积于骨髓内脂肪细胞致其过度肥大，且是血液高凝状态、脂肪栓塞、微血栓形成及血管内皮细胞的损伤的高危因素。凝血异常是微循环障碍的重要组成部分，现已发现GC所致骨坏死存在多项凝血标志物的异常。血浆组织型纤维蛋白溶酶原激活物(tissue type plasminogen activator， t-PA)和血浆纤维酶原激活剂抑制剂1(plasminogen activator inhibitor 1， PAI-1)是血液纤溶系统中最为重要的一对调节因子，研究发现，GC所致骨坏死患者存在t-PA活性降低和PAI-1活性升高，提示其血液呈高凝状态^[19]。 Oinuma等^[20]发现GC所致骨坏死者血清凝血标志物纤溶酶-α2-纤溶抑制剂复合物(plasmin alpha 2 plasmin inhibitor complex， PIC)较正常者明显升高。Wu等^[21]则发现GC可升高兔血清中血管内皮源性微粒体和血小板源性微粒体的浓度，这提示GC所致骨坏死存在血管内皮细胞损伤及高凝血状态。另外，GC应用可加重原发病所引起的前凝血状态，诱发微血栓形成，加速内皮损伤进程。

血管内皮细胞结构功能良好是维持正常循环的必要条件，路玉峰等^[22]应用mRNA芯片表达基因筛选结果发现加入GC培养的股骨头骨微血管内皮细胞的ICAM-1、ET-1 受体、PAI-1、血管紧张素II受体较对照组明显上调，eNOS、ET-1、PGI2 合成酶、VEGF、PGE合成酶及PGE受体表达明显下调，提示GC可促进人股骨头骨微血管内皮细胞分泌缩血管因子、促凝血的因子及相关受体的表达，降低舒张血管因子及相应受体的表达。血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)是对血管新生、修复和血管功能具有重要作用的调节因子，Varoga等^[23]对GC所致股骨头坏死患者的股骨头不同区域的VEGF浓度进行了测定，发现与正常对照组相比，坏死区的VEGF浓度明显降低，半月区(坏死区周围2 mm围成的半月形区域)的VEGF明显升高，而周围区(坏死区周围10 mm的区域)的VEGF浓度则与正常组无明显差异，这提示坏死区存在严重的血管内皮细胞损伤，而半月区则进行着活跃的坏死修复活动。另外，内皮细胞的损伤可引起血小板的活化聚集，继而形成微血栓影响微循环。Robert^[24]通过多项研究认为骨细胞-腔隙小管系统是骨内感应传递物质信息的微通道，而糖皮质激素可阻碍其正常运行，继而导致骨内物质流动性减少以及骨组织对力等信号感应能力下降，为骨内细胞损伤和骨坏死的发生提供一定条件。

GIOP的细胞损伤机制同样参与了GC所致骨坏死的发生，但GIOP多是全身性病变，而GC所致骨坏死则易发于血循环欠佳的局部，循环损伤致细胞所处环境缺血缺氧较为严重，因此其细胞凋亡方式具有特殊性，且伴有一定量细胞坏死的发生。肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor， TNF-α)是细胞凋亡的重要调节因子，Liu等^[25]对100例激素性股骨头坏死患者的股骨头标本进行研究发现，骨坏死的发生与缺血缺氧相关的TNF-α浓度上升有关。 Okada等^[26]研究发现，GC应用与低氧状态同时存在可增加股骨头血管内皮细胞内的缺氧诱导因子(hypoxia inducible factor 1， HIF-1α)含量，继而造成血管内皮细胞的细胞周期阻滞甚至凋亡。另一些研究发现GC所致的缺血、缺氧情况下p38促分裂原活化蛋白(p38 mitogen activated protein kinase， p38MAPK)途径激活及成骨细胞的PI3K/Akt信号通路活动增强，从而促进成骨细胞凋亡和细胞周期阻滞，另外在缺氧条件下，成骨细胞表面的GC受体活性可发生上调^{[27, 28]}。Shusuk等^[29]则通过体外细胞培养证实GC可显著提高骨细胞Dkk-1的表达而致其凋亡，而合并缺氧则会使其发生显著坏死。GC应用所继发的全身及局部脂代谢紊乱亦可引起骨细胞内脂肪堆积而影响其功能，严重者可使其发生凋亡甚至坏死^[30]。

基因可通过参与调控凝血机制、血管内皮细胞功能、细胞凋亡、个体对激素的敏感性等方面而对GC所致骨坏死的发生起一定作用。Cheng 等^[31]对GC所致股骨头坏死患者的基因定量分析发现，与正常对照组相比，其共有44种基因表达异常，这说明多基因异常参与其发病。最新一项荟萃分析^[32]显示PAI-1 4G/5G和ABCB1 C3435T多态性可能是GC所致骨坏死发生的危险因素，而 MTHFR C677T和ABCB1 G2677T/A多态性与GC所致骨坏死风险之间无显著联系。

骨组织内存在着丰富的神经组织，其可通过分泌各种神经肽(主要为CGRP、SP、VIP、NPY等)来影响相关细胞(成骨细胞、破骨细胞、血管内皮细胞、骨髓干细胞等)的功能，而相关细胞亦可分泌神经营养因子(neurotrophin， NT)对支配它的神经元起营养作用，神经功能的正常对骨代谢及骨内微循环都有一定的影响。最新研究表明，GC可降低兔股骨头中的降钙素基因相关肽(calcitonin gene related peptide， GGRP)、P物质(substance P， SP)、神经生长因子(nerve growth factor， NGF)含量，同时升高神经肽Y (neuropeptide，NPY)，总的效应是促成骨破坏的发生^[33]。目前有关GC所致骨坏死基因和神经损伤的发病机制研究尚不完善，进一步研究值得开展。

骨骼生长发育是人体生长发育的重要组成部分，国外有统计表明约10%的人在生长发育期使用过GC，而国内对北京等4个城市72 家医院儿科GC使用情况的分析表明，各家医院使用率为2.57%~13.20%，且均存在不同程度GC不合理使用的问题，这使其成为影响骨骼生长发育最为常见的药物^[34]。近年多项研究表明，短期应用GC虽然会导致暂时性的生长抑制，但并不会影响最终身高水平^{[35, 36, 37]}，一般认为这与GC延迟生长板衰老及停用后的追赶生长有关，而GC长期大量应用则可明显抑制骨骼生长发育并影响患者最终身高，其发生机制目前认为与GC对生长板的直接损伤、影响多种生长调节激素和因子正常分泌及骨量丢失等有关。GIOP相关机制在GC所致骨骼生长发育障碍的发生中起到基础性的作用，前已详述。

骨骼生长发育主要发生于生长板，Smink等^[38]发现应用地塞米松20 μg/d口服7 d后的小鼠胫骨生长板宽度只有正常对照组的84.7%，且生长板增生层及前肥大层中的IGF-Ⅰ浓度明显下降，提示地塞米松可通过影响软骨细胞IGF-Ⅰ的分泌而达到生长抑制的作用。Jux等^[39]进一步阐明了地塞米松可在抑制GH诱导的局部IGF-Ⅰ旁分泌的同时，相应的减少GH及IGF-Ⅰ的受体表达，且这种作用与激素剂量成正相关。VEGF也是软骨板生长的必要调节因子，其对生长板内血管的长入及生长板骨化具有重要作用，Joost等^[40]在氢化可的松、强的松龙及地塞米松各3种浓度(10 nmol/L、100 nmol/L、1 000 nmol/L)下培养生长板软骨细胞，发现3种各浓度GC培养组织中的VEGF浓度均降低，其中同浓度下VEGF浓度地塞米松组下降最为明显，强的松龙组次之，氢化可的松组下降相对较小，而同种GC随浓度上升VEGF浓度逐渐下降。生长板软骨细胞凋亡在GC引起的生长抑制中亦发挥重要作用，Mushtaq等^[41]对生长发育期的ATDC5系软骨细胞进行培养，将其暴露在各浓度(10^-8 mol/L、10^-7 mol/L及10^-6 mol/L) 地塞米松及泼尼松龙中10 d，发现两种激素在3种浓度下软骨细胞数量平均减少28% vs. 20%、增值量平均减少27% vs. 24%、蛋白多糖基质的合成量平均下降47% vs. 43%及碱性磷酸酶的活性平均上升106% vs. 62%，并发现在激素撤除后各方面均可不同程度恢复，但在10^-6 mol/L地塞米松暴露下14 d则会引起细胞增生能力、蛋白多糖分泌及碱性磷酸酶活性不可逆损伤。Farasat等^[42]通过动物体内试验发现地塞米松可促使生长板软骨细胞发生凋亡，且这种作用明显影响了老鼠的骨骼生长，另外还发现GC诱导产生的促凋亡蛋白Bax在细胞凋亡的发生中起关键作用。Chrysis等^[43]对大鼠应用地塞米松5 mg/(kg·d)7 d后发现其生长板增生层细胞凋亡数量较正常组升高18倍，并猜想生长板增殖区或休息区的细胞凋亡是长期大量应用GC后发生不完全追赶生长现象的机制。

骨骼生长发育受多种激素调控，主要包括GH、性激素、甲状腺激素、GC、IGF等，其中自身分泌的生理量GC可促进骨骼生长发育，但外源性尤其是超生理剂量的GC应用不仅可直接损伤骨骼生长发育，且可通过影响多种激素的分泌而间接发挥生长抑制作用。GH是骨骼发育最为重要的调控激素，研究表明GC长期应用可降低生长激素分泌水平，其发生机制目前认为与GC抑制下丘脑-垂体轴的生长激素释放激素的分泌有关^{[44, 45]}。GC应用导致性激素分泌降低的机制已在GIOP部分阐明，而关于GC是否通过影响甲状腺激素分泌而影响骨骼生长发育的研究目前尚属空白，进一步研究值得开展。

综上所述，GC所致骨骼病变主要包括骨质疏松、骨坏死和骨骼生长发育障碍，其发病是由GC所引起的多种骨代谢调控因子异常、血管神经损伤及骨内多种细胞损伤等共同参与的病理过程，此过程如何形成时间与空间上的连续性目前尚未明确。曾有GC所致骨坏死的“瀑布式”细胞凋亡假说，但更明确完整的病理过程值得进一步探究。