異位骨化治療研究進展

徐瑞軍 陳 松 高悠水 張長青

異位骨化（HO）是機體在正常骨骼系統(tǒng)之外（通常是軟組織）形成成熟骨組織的病理現(xiàn)象，根據(jù)其形成原因可分為原發(fā)性和獲得性兩大類。原發(fā)性HO即進行性纖維發(fā)育不良性骨化（FOP），它是一種常染色體顯性遺傳性疾病。獲得性HO則繼發(fā)于嚴(yán)重創(chuàng)傷（如肌肉損傷、骨折脫位、關(guān)節(jié)大手術(shù)、脊髓炎、腦炎及腦和脊髓系統(tǒng)損傷等）。HO若發(fā)生在關(guān)節(jié)部位，可導(dǎo)致關(guān)節(jié)周圍腫脹、疼痛，神經(jīng)受壓及關(guān)節(jié)活動障礙等；若發(fā)生在脊柱周圍，可導(dǎo)致脊柱活動受限、脊髓受壓損傷等。

HO發(fā)病機制非常復(fù)雜，目前尚未完全明確，近年來對其發(fā)病機制的研究集中于細(xì)胞、分子水平。多數(shù)研究結(jié)果傾向于HO是由于局部炎癥反應(yīng)導(dǎo)致機體釋放骨生成誘導(dǎo)因子，在局部微環(huán)境的作用下，誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞分化為軟骨細(xì)胞，進而通過軟骨內(nèi)成骨導(dǎo)致異位骨形成。

目前臨床上HO的防治主要有非甾體類抗炎藥（NSAID）、雙膦酸鹽等藥物治療，小劑量局部放射療法及手術(shù)切除等。但這些方法大多不是針對HO發(fā)病機制的特異性靶向治療，不能從根源上解決HO的發(fā)生。因此，學(xué)者們一直致力于開發(fā)基于HO發(fā)病機制的靶向治療，處于研究階段的靶向治療有骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP）受體抑制劑、維甲酸受體（RAR）γ激動劑等藥物治療和基因治療等。

1 發(fā)病機制

HO所經(jīng)歷的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與正常骨部分相似，但HO的發(fā)生過程并非嚴(yán)格按照正常成骨過程進行，因此異位骨與正常骨形成亦有所差別［1］。有學(xué)者［2］研究發(fā)現(xiàn)，HO發(fā)病機制為局部軟組織受到骨折脫位、嚴(yán)重顱腦創(chuàng)傷及大手術(shù)等刺激后，產(chǎn)生炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致機體釋放骨生成誘導(dǎo)因子，在局部微環(huán)境的作用下，誘導(dǎo)成骨前體細(xì)胞增殖分化，從而形成異位骨?？傊琀O發(fā)生需具備骨生成誘導(dǎo)因子、前體細(xì)胞和局部微環(huán)境3個條件，在一系列細(xì)胞和信號分子的參與下形成異位骨［3］。

1.1 參與HO發(fā)生的細(xì)胞

軟組織受刺激后，細(xì)胞受損且在組織缺氧的微環(huán)境作用下，淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等炎癥細(xì)胞被募集至結(jié)締組織周圍［4］，激發(fā)受損組織釋放骨生成誘導(dǎo)因子，促使成纖維細(xì)胞增殖分化為成骨前體細(xì)胞［5］，進而形成異位骨。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，血管內(nèi)皮前體細(xì)胞及血管內(nèi)皮細(xì)胞在成纖維細(xì)胞增殖分化、軟骨形成及最終的HO形成中亦起了重要作用。Medici等［6］研究發(fā)現(xiàn)，在大鼠FOP模型中，內(nèi)皮細(xì)胞經(jīng)激活素受體樣激酶（ALK）2（BMPⅠ型受體）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路分化為成纖維細(xì)胞。

1.2 參與HO發(fā)生的分子

參與HO發(fā)生的分子目前尚未明確。基因系譜研究發(fā)現(xiàn)，HO發(fā)生與編碼ACVR1（ALK2）的基因上單核苷酸（R206H）突變有關(guān)［7］，這種突變導(dǎo)致BMP受體即使在沒有配體的情況下也可被激活。Yu等［8］研究發(fā)現(xiàn)，BMPⅠ型受體拮抗劑可有效阻止R206H突變大鼠HO發(fā)生；在大鼠HO模型中激素也可有效阻止HO發(fā)生，這提示炎癥信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路及BMP介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在HO發(fā)生中均為必須。學(xué)者們進一步研究發(fā)現(xiàn)，Smad4和Runx2在HO形成過程中起到重要作用。Smad4是BMP介導(dǎo)的HO信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的重要信號分子，可結(jié)合至轉(zhuǎn)錄因子SP1上，對成骨過程中基因轉(zhuǎn)錄和翻譯進行調(diào)控［9］。Runx2可調(diào)控骨鈣蛋白基因啟動子的激活過程，從而調(diào)節(jié)骨鈣蛋白表達［10］。近年研究發(fā)現(xiàn)神經(jīng)遞質(zhì)也參與HO發(fā)生。Salisbury等［11］研究發(fā)現(xiàn)，在由BMP介導(dǎo)的大鼠HO模型中，HO發(fā)生部位存有高濃度的神經(jīng)肽P物質(zhì)，此物質(zhì)可有效阻止HO發(fā)生。

2 預(yù)防與治療

2.1 藥物預(yù)防

目前臨床上最常用的預(yù)防HO發(fā)生的藥物為NSAID，其作用機制是抑制介導(dǎo)炎癥反應(yīng)的前列腺素的產(chǎn)生。經(jīng)典的NSAID藥物如阿司匹林、布洛芬、吲哚美辛等在預(yù)防HO形成的同時，也抑制了介導(dǎo)正常生理過程的前列腺素的產(chǎn)生，而選擇性環(huán)氧化酶（COX）2抑制劑則可選擇性抑制介導(dǎo)炎癥反應(yīng)的前列腺素的產(chǎn)生［12－13］。有研究［14－15］認(rèn)為，前列腺素其實也是BMP介導(dǎo)的HO發(fā)生的信號分子。但NSAID藥物只能預(yù)防HO的發(fā)生，而不能阻止已發(fā)生的HO進展，同時由于NSAID藥物引起的消化道潰瘍、血小板減少及腎毒性作用等不良反應(yīng)也限制了其應(yīng)用［16］。研究發(fā)現(xiàn)，長期應(yīng)用NSAID還可增加心血管事件［17］，且可延遲骨折愈合［18］，因此有基礎(chǔ)性心血管疾病及伴有骨折的HO患者在應(yīng)用NSAID藥物時需慎重。

雙膦酸鹽預(yù)防HO發(fā)生的作用機制是抑制骨化過程中磷酸鈣轉(zhuǎn)化成羥磷灰石，從而阻止骨基質(zhì)鈣化過程，但由于該類藥物不能阻止骨基質(zhì)合成，故在停藥后HO會繼續(xù)發(fā)展［19］，因此該類藥物目前在臨床上應(yīng)用較少。

2.2 放射療法

小劑量局部放射療法是目前常用的預(yù)防HO發(fā)生的方法之一，它的機制是抑制間充質(zhì)干細(xì)胞顆粒化過程，但其射線有致癌作用。目前尚無采用放射療法預(yù)防HO后射線致癌的病例報道，可能是由于使用該方法的大多是老年人，使用及隨訪時間不夠長的緣故［20－21］。此外，放射療法還可導(dǎo)致骨折延遲愈合或不愈合，據(jù)報道其發(fā)生率為12%～30%［22］。

2.3 手術(shù)治療

手術(shù)切除是HO最直接的治療手段，但手術(shù)時間選擇非常重要，過早進行手術(shù)可能會引起HO復(fù)發(fā)，手術(shù)過晚則可導(dǎo)致受累關(guān)節(jié)活動受限。Shehab等［23］提出，HO手術(shù)治療需滿足血堿性磷酸酶（AKP）正常，無局部紅腫、發(fā)熱等急性期炎癥表現(xiàn)，骨掃描顯示正常或接近正常等。Garland［24］則提出了不同病因HO的手術(shù)時間，即創(chuàng)傷后HO為6個月、脊髓損傷后HO為12個月、腦外傷后HO為18個月。

2.4 特異性靶向治療

目前藥物治療及放射療法只能預(yù)防HO的發(fā)生，當(dāng)HO形成后這些方法并不能阻止HO的進一步發(fā)展。而目前尚處于研究階段的靶向藥物可在HO晚期產(chǎn)生作用，抑制軟骨和成熟骨組織產(chǎn)生。

2.4.1 BMP受體抑制劑

BMP在軟骨和成熟骨的形成過程中起重要作用，BMP與BMPⅡ型受體結(jié)合可激活BMPⅠ型受體（如 ALK2、ALK3、ALK6），從而磷酸化Smad蛋白，進而對控制骨細(xì)胞生長和分化的基因進行調(diào)控。通過BMP受體拮抗劑或抑制劑來阻止BMP介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是治療HO的有效方法。Yu等［8］研究發(fā)現(xiàn)，對大鼠HO模型在建模后7 d開始用高效ALK2抑制劑LDN－193189治療，建模后30 d時有2／3的大鼠HO得到有效抑制，其余大鼠HO也有所減少，且在撤藥后HO未復(fù)發(fā)或反彈；進一步分析顯示，LDN－193189可顯著抑制乙酰輔酶A羧化酶磷酸化，從而抑制BMP受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路；認(rèn)為BMP受體抑制劑可作為治療HO的靶向藥物。

2.4.2 RAR激動劑

維甲酸（RA）在臨床上常用于抑制軟骨形成［1，25］，由于軟骨生成是 HO形成的先決條件，異維甲酸（13－順式維甲酸）已用于治療FOP的臨床試驗，具體療效還在研究中，可以肯定的是，穩(wěn)定持續(xù)地服用異維甲酸可在一定程度上減少HO發(fā)生，但它在臨床試驗中出現(xiàn)體重減輕、脫發(fā)、關(guān)節(jié)軟骨損傷等不良反應(yīng)［26－27］。研究發(fā)現(xiàn)，異維甲酸可非特異地激活RARα、RARβ和RARγ；推測異維甲酸抑制HO發(fā)生和產(chǎn)生不良反應(yīng)是由這3種不同受體介導(dǎo)的。實驗研究發(fā)現(xiàn)，選擇性RARγ激動劑具有很強的抑制軟骨前體細(xì)胞增殖分化及抑制軟骨細(xì)胞產(chǎn)生的作用，其機制是直接抑制BMP信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的Smad蛋白，同時調(diào)控許多參與HO過程的轉(zhuǎn)錄因子。Kaplan等［26］研究發(fā)現(xiàn)，在敲除RARγ基因的細(xì)胞中并未出現(xiàn)抑制軟骨生成的現(xiàn)象，也證實RARγ激動劑抑制軟骨生成的作用是通過RARγ實現(xiàn)的。進一步研究發(fā)現(xiàn)，選擇性RARγ激動劑對骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSC）及軟骨前體細(xì)胞系軟骨形成均有抑制作用，因此局部和循環(huán)間充質(zhì)干細(xì)胞都可成為特異性RARγ激動劑作用的靶細(xì)胞，從而使RARγ激動劑成為新型強效治療HO的候選藥物［27］，目前處于研究階段的parovalotene是RARγ激動劑的典型代表，它是一種強有力的治療HO的候選藥物。

2.4.3 基因治療

有研究應(yīng)用DNA重組、基因干擾等治療HO。Hannallah等［28］采用逆轉(zhuǎn)錄病毒作為載體，將BMP拮抗劑Noggin基因重組至HO大鼠肌細(xì)胞中，有效抑制了大鼠HO的發(fā)生。Xue等［29］分別采用非病毒載體介導(dǎo)的siRNA對HO大鼠Smad4、Runx2基因進行干擾，發(fā)現(xiàn)HO大鼠異位骨體積明顯減?。ǚ謩e為92%和93%），且兩者對HO的抑制作用無統(tǒng)計學(xué)差異。

3 結(jié)語

HO作為臨床骨科常見疾病，其預(yù)防與治療一直受到關(guān)注，目前其預(yù)防與治療還停留在抗炎藥物、小劑量局部放射治療及手術(shù)治療等。但這些方法均有各自不足之處，為了能更好地預(yù)防與治療HO，學(xué)者們對HO發(fā)生機制進行深入研究。雖然HO靶向治療還處于實驗研究或臨床研究階段，到其真正應(yīng)用于臨床尚需完善改進，但隨著對HO發(fā)病機制進一步闡明，各種針對HO發(fā)病機制的細(xì)胞及分子水平的特異性靶向治療也將應(yīng)用于臨床，從而更好地進行HO治療。

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