成骨不全治療研究進展

石長貴，張 穎，袁 文

成骨不全(osteogenesis imperfecta，OI)又稱脆骨病。是一組以骨骼脆性增加及膠原代謝紊亂為特征的全身性結(jié)締組織疾病。其病變不僅限于骨骼，還常常累及其他結(jié)締組織如眼、耳、皮膚、牙齒等，其特點是骨脆性增加、骨關(guān)節(jié)進行性畸形、藍鞏膜、牙本質(zhì)發(fā)育不全、聽力下降及皮膚異常。90%的OI 是編碼Ⅰ型膠原的基因COL1A1 或COL1A2 發(fā)生突變而引起的常染色體顯性遺傳疾病，其余成骨不全則主要是由于調(diào)節(jié)Ⅰ型膠原基因轉(zhuǎn)錄或翻譯的基因(CRTAP、LEPRE1、PPIB、SERPINH1、FKBP10 等)發(fā)生突變所致［1-2］。OI 的治療需多學(xué)科綜合治療，主要包括藥物治療、手術(shù)矯形、康復(fù)治療、干細胞應(yīng)用、基因沉默等，臨床具有治愈難，療程長，患者痛苦等特點。

1 藥物治療

1.1 雙磷酸鹽

OI 的藥物治療主要包括雙磷酸鹽、甲狀旁腺素、生長激素、降鈣素、維生素等。長期臨床效果觀察發(fā)現(xiàn)雙膦酸鹽是治療OI 患者最有效的藥物，治療效果主要包括:增加骨密度(bone mineral density，BMD)、減輕骨痛、降低骨轉(zhuǎn)換率、改善生活質(zhì)量和減少骨折發(fā)生率等［3-4］。周期性靜脈注射帕米膦酸鹽是目前治療兒童輕重型OI 患者最常用的方法，其安全性及短期療效已被大量研究所證實，但其長期療效仍在研究中。相比帕米膦酸鹽，新型研制的唑來膦酸不僅效應(yīng)更強、而且注射時間短，但其安全性和有效性還未得到證實。Barros 等［5］將23 名兒童OI 患者隨機分為2 組，分別給予帕米膦酸鈉和唑來膦酸治療，結(jié)果發(fā)現(xiàn)2 組患者腰椎BMD 顯著升高，骨折發(fā)生率顯著降低，2 組差異不顯著，表明唑來膦酸可改善OI 患者的臨床癥狀及骨密度，且有效性與帕米膦酸鈉相似。而Glorieux 等［6］研究發(fā)現(xiàn)與帕米膦酸鈉相比，唑來膦酸不僅能更顯著增加腰椎BMD，且在降低骨轉(zhuǎn)換率方面效應(yīng)更強，因此認為唑來膦酸治療兒童OI 可能比帕米膦酸鈉更有效。關(guān)于唑來膦酸的國際多中心藥物試驗正在進行，未來唑來膦酸有可能取代帕米膦酸鈉成為治療OI 的首選藥物。雖然雙膦酸鹽已被證實對OI 患者有效，但其治療的最適劑量與時間、最佳給藥途徑、最佳藥物選擇等問題尚無統(tǒng)一標準，仍有待進一步研究。

1.2 生長激素

生長激素能刺激成骨細胞，增加Ⅰ型膠原的合成以及促進長骨的生長，因而被證實對OI 患者有效。Marini 等［7］對Ⅲ/Ⅳ型OI 患者給予生長激素治療，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Ⅳ型OI 患者生長率顯著增加，且生長率與治療年限呈線形增長;患者骨組織形態(tài)和脊椎雙能X 線骨密度儀檢查也顯著改善。與雙膦酸鹽相反，生長激素可增加患者的骨轉(zhuǎn)換率，但由于OI患者本身即有較高的骨轉(zhuǎn)換率，因此生長激素可能會促進患者畸形的進展，聯(lián)合應(yīng)用兩種藥物可有效避免這一不良反應(yīng)。Antoniazzi 等［8］研究發(fā)現(xiàn)與單用奈立膦酸鈉對比，聯(lián)合應(yīng)用生長激素與奈立膦酸鈉能顯著增加骨量和生長率以及減少骨折發(fā)生率。因此，多種藥物聯(lián)合治療是未來治療OI 的一種趨勢。

2 手術(shù)治療

2.1 長骨畸形及骨折的治療

由于OI 患者骨脆性大，且同時伴有長骨弓狀畸形，長骨畸形不僅影響患者的功能，而且導(dǎo)致骨折反復(fù)發(fā)生。對于穩(wěn)定性骨折，主要考慮石膏、夾板固定或骨牽引等非手術(shù)方式治療;手術(shù)治療主要針對移位和不穩(wěn)定性骨折，包括髓內(nèi)釘、骨切開術(shù)、鋼板固定及外固定支架。髓內(nèi)釘置入骨髓腔不僅可對齊和穩(wěn)定骨折、縮短愈合時間，還能矯正畸形預(yù)防骨折反復(fù)發(fā)生，主要用于Ⅲ/Ⅳ型OI 患者。置入髓內(nèi)釘移位是手術(shù)后常見并發(fā)癥，常伴有骨骼、關(guān)節(jié)的穿孔，El-Adl 等［9］回顧2 組分別置入可伸縮髓內(nèi)釘(telescoping intramedullary rod，TIMR)和非伸縮髓內(nèi)釘治療骨折的患者，結(jié)果發(fā)現(xiàn)TIMR 移位發(fā)生率顯著低于非伸縮髓內(nèi)釘，且TIMR 組患者運動狀態(tài)更佳。盡管TIMR 可降低移位率，但患者仍存在再發(fā)生骨折的風(fēng)險，尤其在骨重建度小、截骨點或髓內(nèi)釘兩端的位置［10］。為評價TIMR 的遠期療效及并發(fā)癥，Nicolaou 等［11］對22 例接受TIMR 治療后隨訪13 年的OI 患者進行回顧分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)患者運動能力顯著改善，所有髓內(nèi)釘均隨患者生長而延長，髓內(nèi)釘二次置入率50%，穿過膝踝的髓內(nèi)釘并未引起不良癥狀的發(fā)生。隨著骨骼生長，延長性較非延長性髓內(nèi)釘能作用更長時間，且移位率更低，但延長性髓內(nèi)釘手術(shù)過程復(fù)雜，并可能增加四肢骨質(zhì)疏松程度，而且并發(fā)癥較多，尤其對于年齡＜5 歲的孩子危險性更大。2 種髓內(nèi)釘如何選擇主要取決于患者年齡、特定條件以及外科醫(yī)師的經(jīng)驗。

2.2 脊柱側(cè)凸矯正

脊椎側(cè)凸是OI 患者常見的并發(fā)癥，常導(dǎo)致患者疼痛、活動障礙，嚴重者可影響呼吸功能危及生命。外固定矯形支架能緩解疼痛及腰椎后凸，并加強活動能力，但可導(dǎo)致胸廓變形，且對防止側(cè)凸進展效果不大，并可能進一步加重肺功能。脊柱側(cè)凸Cobb角＞30°且年齡為11～12 歲的OI 患者，需要臨床隨訪及定期X 線檢查，如果側(cè)凸進展明顯，則應(yīng)及時進行矯形手術(shù)，并且術(shù)后應(yīng)保持脊柱穩(wěn)定［12］。脊柱穩(wěn)定情況下持續(xù)使用halo 式支架可防止側(cè)凸進展，有時甚至減小側(cè)凸角度，從而有效改善患者呼吸功能以及減輕疼痛［13］。對于兒童OI 患者，如脊椎側(cè)凸Cobb 角＞50°，待青春期后施行手術(shù)治療效果更好。

2.3 聽力缺失的恢復(fù)治療

成人OI 患者常發(fā)生聽力缺失，起初僅是傳導(dǎo)性聽力缺失，隨著疾病進展，感覺性聽力缺失也逐漸出現(xiàn)，因此建議青春期后每3～5 年需對OI 患者的聽力進行監(jiān)測。針對聽力缺失的治療，疾病開始僅需應(yīng)用助聽器即可達到治療效果，隨著聽力缺失進一步加重，患者需行鐙骨切除術(shù)，其治療效果較好。Swinnen 等［14］對22 例行鐙骨手術(shù)治療的OI 患者進行隨訪觀察，結(jié)果顯示患者不僅術(shù)后短期聽力明顯改善，且長期隨訪發(fā)現(xiàn)(平均時間達16 年)，聽力恢復(fù)效果仍然顯著，由此可見，鐙骨手術(shù)治療對聽力恢復(fù)的療效可維持數(shù)年。

3 細胞及基因治療

3.1 干細胞移植

藥物及手術(shù)治療僅能改善患者的癥狀，但不能改變患者潛在的骨脆性與膠原缺陷，間充質(zhì)干細胞是一類具有多向分化潛能的組織干細胞，在特定的誘導(dǎo)條件下，可以分化為成熟的成骨細胞，產(chǎn)生正常的骨基質(zhì)。早有研究發(fā)現(xiàn)，給兒童OI 患者植入同種異體骨髓或骨髓間充質(zhì)干細胞，可增加患者的骨含量、降低骨折發(fā)生率以及提高患者生長速度，盡管移植率較低(2%)［15-17］。相比成人間充質(zhì)干細胞(mesenchymalstem cell，MSC)，胎兒MSC 具有更大的增殖潛能，且增殖快衰老慢，更易分化成為成骨細胞。Le Blanc 等［18］給1 例孕齡30 周的OI 胎兒子宮內(nèi)移植孕10 周的胎兒肝源性MSC，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該OI患者出生后生長發(fā)育正常;骨形態(tài)顯示骨小梁排列規(guī)整、成骨細胞形態(tài)正常;檢測移植細胞染色體移植率達7%。由于人體試驗缺乏對照，且不能多部位活組織檢查評價移植情況，這些局限性導(dǎo)致結(jié)果難以說明問題。Li 等［19］進行動物實驗進一步評價干細胞治療OI 的效果，給處于發(fā)育過程中的oim 鼠移植骨髓源性MSCs，結(jié)果發(fā)現(xiàn)骨髓、骨小梁及皮質(zhì)骨均有移植細胞的分布，且這些細胞能表達成骨細胞特異基因并產(chǎn)生正常Ⅰ型膠原。給Brtl 鼠(一種OI鼠模型)子宮內(nèi)移植健康成鼠骨髓，檢測同樣發(fā)現(xiàn)移植細胞能分化成為成熟的成骨細胞，產(chǎn)生正常的骨基質(zhì)，從而有效提高骨強度以及改善骨機械特性［20］。由于供受體之間存在免疫排斥，移植同種異體細胞可能會誘導(dǎo)機體產(chǎn)生免疫反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)胎兒免疫系統(tǒng)發(fā)育在妊娠第二期(孕3～6 個月)才能產(chǎn)生異源免疫反應(yīng)［21］，基于此理論，Guillot 等［22］給成骨不全小鼠(oim)子宮內(nèi)移植妊娠第一期人胎血MSCs(human fetal MSCs，hfMSCs)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)oim 鼠不僅骨折發(fā)生率顯著降低(66%)，且骨強度、長度及皮質(zhì)厚度均顯著增加;移植細胞多集中在骨組織，尤其是骨形成和骨重建活躍的骨折區(qū)域，移植率可達幾倍。進一步研究產(chǎn)生這些效應(yīng)的細胞機制發(fā)現(xiàn)移植細胞分化成為成熟的成骨細胞，產(chǎn)生oim 小鼠所缺乏Ⅰ型膠原α2 鏈，形成正常的Ⅰ型膠原，使得骨組織中羥脯氨酸的含量減少，骨基質(zhì)中磷磷灰石晶體結(jié)構(gòu)隨之發(fā)生改變，進而骨基質(zhì)硬度增加，骨脆性得到改善，因而減少了移植鼠骨折的發(fā)生［23］。然而，目前關(guān)于干細胞治療OI 的主要局限性在于移植率較低。研究發(fā)現(xiàn)hfMSCs 遷移至骨或骨髓主要依賴于CXCR4-SDF1 信號通路，調(diào)控CXCR4 的表達可顯著增加干細胞的遷移。檢測顯示hfMSCs 細胞質(zhì)和細胞核內(nèi)本身即有CXCR4 的高表達，但僅少部分在干細胞表面表達，Jones 等［24］通過SDF1 引發(fā)，上調(diào)CXCR4 在hfMSCs 細胞表面的表達，增加移植細胞中CXCR4 +細胞比例，結(jié)果發(fā)現(xiàn)無論是oim 鼠還是野生型鼠細胞遷移能力均顯著提高，骨及骨髓區(qū)域的干細胞移植率至少增加3 倍。

3.2 基因沉默療法

隨著分子生物學(xué)的進展，OI 的基因治療也逐漸開始受到關(guān)注。目前基因療法治療OI 的主要技術(shù)是等位基因特異性沉默。Wang 等［25］以Ⅰ型膠原突變基因或轉(zhuǎn)錄體mRNA 為靶點，通過脂質(zhì)介導(dǎo)將反義寡聚脫氧核苷酸導(dǎo)入細胞，并與目標基因或mRNA靶向結(jié)合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)突變基因表達的mRNA和Ⅰ型膠原蛋白均被顯著抑制。然而寡核苷酸靶向治療缺乏特異性，常導(dǎo)致正常等位基因表達的mRNA 也有所降低。核酶以其特異性識別位點能選擇性消化降解RNA，COL1A1 基因突變可導(dǎo)致相應(yīng)基因片段引入新的核酶結(jié)合位點，核酶能特異性識別該位點，使得mRNA 表達水平降低［26］。因此，核酶較寡核苷酸更具特異性。另外，利用RNA 干擾技術(shù)設(shè)計非依賴突變的RNAi，特異性結(jié)合COL1A1 突變基因轉(zhuǎn)錄體內(nèi)SNP 序列，同樣可使異常Ⅰ型膠原產(chǎn)生減少，達到沉默突變基因的目的［27］。目前用于研究OI 基因治療的鼠模型有:oim、brtl、crtap-/-、Mov-13、OASIS-/-，但不同的反義引物技術(shù)(寡核苷酸類、核酶、siRNA)均缺乏對突變轉(zhuǎn)錄體的特異性，反義引物分子的穩(wěn)定性也是一大問題，因此，反義引物抑制療法還僅限于體外研究。

3.3 基因介導(dǎo)聯(lián)合干細胞治療

Chamberlain 等［28］發(fā)現(xiàn)腺相關(guān)病毒靶向載體可干擾OI 患者MSCs 中的突變基因COL1A1，實驗利用病毒載體將IRES-neo-pA 插入到COL1A1 基因的外顯子1(exon 1)中，從而有效抑制COL1A1 基因的表達，同時誘導(dǎo)COL1A1 基因啟動子中的neo 基因表達，結(jié)果顯示病毒靶向MSCs 能產(chǎn)生正常的Ⅰ型膠原并促進骨形成。由于COL1A1 基因突變的雜合OI 患者有輕度的臨床表型，而COL1A2 基因突變的雜合OI 患者表型正常，因此更適合臨床試驗研究?；诖耍髡咭酝瑯拥姆椒ǜ蓴_MSCs 中突變基因COL1A2 的外顯子2(exon 2)，結(jié)果也同樣發(fā)現(xiàn)被導(dǎo)入腺病毒的MSCs 能產(chǎn)生正常的Ⅰ型膠原并有效成骨［29］。然而該方法需要移植細胞大量擴增才能達到顯著療效，而基因介入的MSCs 增殖能力有限，并不能提供增殖產(chǎn)生足夠數(shù)量能產(chǎn)生正常Ⅰ型膠原的細胞。誘導(dǎo)多能干細胞(induced pluripotent stem cells，iPSCs)在分化和移植之前能大量擴增，且具有成骨潛能，因此可有效克服MSCs 的局限性。利用FV 或LV 病毒載體感染已插入IRES-neo-pA 片段的MSCs，可使MSCs 誘導(dǎo)成為iPSCs，而iPSCs 又可進一步增殖分化成為iMSCs。檢測發(fā)現(xiàn)基因介入iMSCs能產(chǎn)生正常的Ⅰ型膠原并有效成骨，且與基因介入MSCs 相比，iMSCs 增殖能力更強、衰老更慢［30］。

4 小結(jié)及展望

綜上所述，藥物治療尤其是雙膦酸鹽是OI 治療的常規(guī);手術(shù)固定和矯形主要針對骨折、脊柱側(cè)凸、聽力缺失等癥狀，以改善患者生活質(zhì)量為目的;細胞及基因療法還處于研究中，是一種有希望能治愈OI的方法。OI 的治療選擇主要依賴于患者疾病程度及年齡，所有治療的目的均在于使患者獲得長期的功能恢復(fù)以及最大的生活自理能力。短期來看，OI的治療仍是以雙膦酸鹽為基礎(chǔ)，可能聯(lián)合應(yīng)用其他藥物，如生長激素。未來關(guān)于OI 的治療研究還需在干細胞與基因治療方面突破，只有這樣才能最終治愈該疾病。

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