放射性頜骨壞死的病因?qū)W研究進(jìn)展

韓 煜，何 悅

放射治療是口腔頜面-頭頸部惡性腫瘤綜合治療過程中的重要方法，被廣泛應(yīng)用于惡性腫瘤的初期治療、手術(shù)輔助治療、放化療結(jié)合治療以及晚期或不可切除的惡性腫瘤的姑息治療[1-2]，但是放射治療同樣會對位于輻射場內(nèi)的健康組織造成傷害，這種傷害在頭頸部區(qū)域尤為明顯。放射性頜骨壞死(Osteoradionecrosis of the jaws, ORNJ)是口腔頜面-頭頸腫瘤放療后發(fā)生的最嚴(yán)重并發(fā)癥之一，由Regaud[3]于1922年首次報道，發(fā)病率為5%～15%[4-6]，主要表現(xiàn)為口腔頜面部軟、硬組織的纖維化、頜骨壞死、死骨暴露、瘺管形成，溢膿，張口受限，面部畸形，伴有劇烈疼痛和惡臭，嚴(yán)重影響患者的生存質(zhì)量甚至危及生命[7-8]，其病情進(jìn)展不可逆轉(zhuǎn)且難以治療，是當(dāng)代醫(yī)學(xué)面臨的一大難題。目前關(guān)于ORNJ的病因及發(fā)病機(jī)制尚不明確，主要有五種學(xué)說：“三要素”學(xué)說、“三低”學(xué)說、組織纖維萎縮學(xué)說、微血管栓塞學(xué)說和細(xì)菌感染學(xué)說，本文現(xiàn)將該病的病因?qū)W學(xué)說綜述如下。

1 “三要素”學(xué)說

1960年Gowgiel[9]鏡下觀察ORNJ標(biāo)本發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌的存在，骨髓腔充滿大量炎性細(xì)胞，提示細(xì)菌可能在ORNJ發(fā)病過程中起重要作用。在此基礎(chǔ)上Meyer[10]于1970年提出了放療、創(chuàng)傷和感染的“三要素”學(xué)說，認(rèn)為放射性頜骨壞死是由于放療引起頜骨組織的活力喪失，各種原因?qū)е碌慕M織創(chuàng)傷為口腔細(xì)菌侵入頜骨創(chuàng)造了途徑，造成細(xì)菌侵入并引起廣泛的組織破壞形成經(jīng)久不愈的感染性疾病，最終導(dǎo)致ORNJ的發(fā)生?！叭亍睂W(xué)說強(qiáng)調(diào)了創(chuàng)傷的重要性，指出拔牙造成的頜骨損傷以及頜骨手術(shù)所產(chǎn)生的尖銳骨突是誘發(fā)ORNJ發(fā)生的重要原因。該理論也指出，放療后的頜骨對細(xì)菌缺乏抵抗力，細(xì)菌侵入頜骨后感染迅速發(fā)展導(dǎo)致了放射性骨髓炎的發(fā)生，并可蔓延至整段頜骨、死骨暴露、不能愈合。放療、創(chuàng)傷和感染的“三要素”學(xué)說是首次提出的系統(tǒng)的ORNJ病因?qū)W理論，提出后的十余年內(nèi)得到了學(xué)者的廣泛認(rèn)同，奠定了抗生素治療ORNJ的理論基礎(chǔ)。但該學(xué)說存在一定的局限性，研究者未對病變頜骨組織進(jìn)行微生物培養(yǎng)或頜骨組織切片進(jìn)行驗(yàn)證，同時該學(xué)說不能解釋在乏血管的組織中存在化膿性炎癥性組織破壞。

2 “三低”學(xué)說

“三要素”學(xué)說提出后的臨床研究顯示，無創(chuàng)傷和感染的自發(fā)性O(shè)RNJ占全部ORNJ的10%～48%[11-12]，進(jìn)一步凸顯了“三要素”學(xué)說的局限性。針對其局限性，Marx[13]對12例放射性頜骨壞死患者的死骨組織進(jìn)行組織病理學(xué)檢測，發(fā)現(xiàn)顯微鏡下ORNJ表現(xiàn)為骨細(xì)胞及成骨細(xì)胞壞死、破骨細(xì)胞增多、血管內(nèi)皮細(xì)胞壞死、玻璃樣變，并伴小血管栓塞、骨髓腔纖維性變、結(jié)締組織中血管和細(xì)胞成分減少，病變區(qū)域組織整體呈現(xiàn)出低血管、低細(xì)胞、低氧的狀態(tài)。對壞死骨組織進(jìn)行需氧菌、厭氧菌和真菌培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)僅在頜骨表面檢測到輕微的感染，且培養(yǎng)出的微生物種類復(fù)雜、無明確的致病菌，而在壞死骨深處未檢測到微生物感染、也無法培養(yǎng)出細(xì)菌或真菌。

基于以上發(fā)現(xiàn)Marx提出了以“低細(xì)胞-低氧-低血管密度”為核心的“三低”學(xué)說，認(rèn)為ORNJ主要是由于放射線對輻照區(qū)域內(nèi)組織細(xì)胞的直接損傷，細(xì)菌感染及創(chuàng)傷在ORNJ的發(fā)病過程中只起到污染作用，創(chuàng)傷只是導(dǎo)致ORNJ的一個協(xié)同因素。高劑量的放射線引起增生性內(nèi)動脈炎，誘發(fā)組織缺血和缺血性骨壞死，缺血還導(dǎo)致成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的死亡，共同造成了“低細(xì)胞活性、低血管密度、低氧含量”的環(huán)境，由持續(xù)性缺氧驅(qū)動的組織破壞導(dǎo)致細(xì)胞死亡和膠原分解超過細(xì)胞復(fù)制、膠原合成的速度，使代謝需求超過了機(jī)體供給，最終引起慢性不愈的傷口形成。

“三低”學(xué)說的提出是ORNJ發(fā)病機(jī)制研究歷史中的一座里程碑，長期在學(xué)術(shù)界居于主導(dǎo)地位，基于該學(xué)說提出的高壓氧(hyperbaric oxygen, HBO)治療也長期作為ORNJ的標(biāo)準(zhǔn)保守治療方式，其治療作用在很長一段時間里得到了廣泛認(rèn)可。同年Marx[14]根據(jù)患者對高壓氧治療的臨床效果將ORNJ分為Ⅰ～Ⅲ三期，為頜骨放射性骨壞死的研究做出了巨大貢獻(xiàn)。最初有關(guān)HBO治療ORNJ的研究多取得了積極的結(jié)果[15-16]，但近年來高壓氧治療的確切療效逐漸受到不同程度的質(zhì)疑[17-20]，Annane等[21]進(jìn)行的一項(xiàng)多中心、隨機(jī)、雙盲、安慰劑對照試驗(yàn)臨床試驗(yàn)結(jié)果顯示，重度下頜骨放射性骨壞死患者沒有從高壓氧治療中獲益，甚至因?yàn)镠BO組比安慰劑對照組效果更差(治愈率分別為19%和32%)而提前終止?！叭汀睂W(xué)說的統(tǒng)治地位已受到挑戰(zhàn)。

3 放射誘導(dǎo)纖維萎縮學(xué)說

近年來對ORNJ的研究發(fā)現(xiàn)，在ORNJ發(fā)生過程中放射線對細(xì)胞的損傷早于輻照區(qū)域內(nèi)的血管病變，2004年Delanian等[22]提出了放射誘導(dǎo)組織纖維萎縮(radiation-induced fibroatrophic theory, RIF)的新觀點(diǎn)。根據(jù)RIF學(xué)說，ORNJ包括連續(xù)進(jìn)展的三個階段：①纖維化前期：常在放療后幾個月出現(xiàn)，臨床上無明顯癥狀，內(nèi)皮細(xì)胞改變?yōu)楸酒谥饕慕M織學(xué)變化，放射線導(dǎo)致局部組織、內(nèi)皮細(xì)胞等的損傷，受損的組織細(xì)胞釋放大量的氧自由基(reactive oxygen species，ROS)，產(chǎn)生趨化因子吸引白細(xì)胞到達(dá)損傷部位，引發(fā)一系列的急性炎癥反應(yīng)，從而促使多核細(xì)胞及其他巨噬細(xì)胞產(chǎn)生更多的ROS，導(dǎo)致血管內(nèi)皮破壞、血管栓塞、局部缺血、最后組織壞死。內(nèi)皮細(xì)胞天然屏障破壞后，結(jié)締組織直接暴露，激活間質(zhì)細(xì)胞成纖維活性。②纖維化期：常發(fā)生在放療后幾年內(nèi)，由于失去血管內(nèi)皮細(xì)胞屏障，各種細(xì)胞因子滲入，ROS介導(dǎo)的細(xì)胞因子釋放，如轉(zhuǎn)化生長因子-β1、腫瘤壞死因子-α、成纖維細(xì)胞生長因子-β、結(jié)締組織生長因子、白細(xì)胞介素-1、白細(xì)胞介素-4、白細(xì)胞介素-6 等，促使成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞，使肌成纖維細(xì)胞表型持續(xù)存在。這些肌成纖維細(xì)胞異常增殖、大量分泌細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix, ECM)成分，ECM過度沉積、不斷吞噬周圍組織。此期組織學(xué)檢查中可見片狀活躍的RIF區(qū)域，紊亂的細(xì)胞外基質(zhì)中包含大量激活的成纖維細(xì)胞或肌成纖維細(xì)胞，乏細(xì)胞區(qū)域可見致密硬化的細(xì)胞外基質(zhì)中包含衰老的纖維細(xì)胞。③纖維萎縮期：可持續(xù)至放療后5～30年，此期肌成纖維細(xì)胞最終也凋亡、消失，細(xì)胞外基質(zhì)濃縮和改建，形成少細(xì)胞、少血管且纖維化的頜骨，頜骨壞死最終形成。

RIF學(xué)說提出后逐漸得到了學(xué)者們的肯定和推崇，已成為目前ORNJ發(fā)病機(jī)制的主流學(xué)說[23-25]。隨后，何悅等[26]提出了放射誘導(dǎo)的纖維萎縮機(jī)制在放射性頜骨壞死的發(fā)生、發(fā)展過程中起著重要作用的觀點(diǎn)，認(rèn)為在頜骨及其周圍組織中存在上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、骨髓基質(zhì)干細(xì)胞等肌成纖維細(xì)胞(myofibroblast, MFB)的分化來源，而肌成纖維細(xì)胞的抗凋亡特性及異常分泌細(xì)胞外基質(zhì)成分的能力可能是頜骨放射性骨壞死起源的重要原因之一；宗春琳等[27]認(rèn)為MFB可能是放射性頜骨壞死的關(guān)鍵效應(yīng)細(xì)胞，MFB長期快速增生，產(chǎn)生大量的細(xì)胞外基質(zhì)蛋白、分泌膠原并造成組織張力升高，使受放射區(qū)域組織合成和降解平衡被破壞，骨間質(zhì)減少而被低活性的纖維組織所替代最終在各種物理化學(xué)刺激影響下發(fā)生放射性頜骨壞死，這種影響可能持續(xù)至放療后幾十年，進(jìn)一步補(bǔ)充完善了RIF學(xué)說。

Delanian等[28]根據(jù)本理論提出了己酮可可堿聯(lián)合生育酚的抗纖維化治療方案并在一項(xiàng)Ⅱ期臨床試驗(yàn)中進(jìn)行了初步驗(yàn)證，為ORNJ的臨床治療提供了新的方向。最新meta分析結(jié)果顯示使用上述藥物治療方案治療ORNJ時，完全恢復(fù)或顯著改善的比例計算為62.7%(標(biāo)準(zhǔn)差3.4%，95%置信區(qū)間55.8%～69.1%)，28%的患者疾病無進(jìn)展且不需要進(jìn)一步的手術(shù)治療，僅在7%的病例中疾病進(jìn)展、需要進(jìn)行手術(shù)干預(yù)，提示己酮可可堿聯(lián)合生育酚的抗纖維化治療方案對ORNJ是有效的[17]，近年來多項(xiàng)有關(guān)抗纖維化治療ORNJ的臨床研究同樣顯示出積極的治療效果[29-33]，也更進(jìn)一步證明了RIF學(xué)說的可靠性。

4 微血管栓塞學(xué)說

血管減少和組織纖維化是終末期ORNJ的共同特征，多年來一直有學(xué)者主張微血管栓塞學(xué)說，認(rèn)為在骨組織經(jīng)輻射后受損的同時，血管也因輻射發(fā)生一系列形態(tài)及功能上的變化，并成為導(dǎo)致ORNJ發(fā)生的重要原因之一。放射治療后的早期，頜骨內(nèi)的血管內(nèi)膜腫脹，局部血流速率增加將骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞帶到受照射的骨骼區(qū)域[34]，后期則因血管壁增厚和內(nèi)皮增生突向管腔，造成血管狹窄和閉塞，導(dǎo)致局部血供銳減或終止，加速ORNJ的進(jìn)展。有學(xué)者通過構(gòu)建放射性頜骨壞死動物模型發(fā)現(xiàn)放療對血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷導(dǎo)致局部血流減少在放射性頜骨壞死的發(fā)生、發(fā)展過程中起著關(guān)鍵作用，研究發(fā)現(xiàn)放療后15 d頜骨內(nèi)血管的血流降至正常組織的50%以下，微血管損傷的發(fā)生早于骨重塑功能的喪失和骨破壞的出現(xiàn)，這一結(jié)果說明表明微血管損傷可能在ORNJ的發(fā)生中起關(guān)鍵作用[35]。

5 細(xì)菌感染學(xué)說

Marx[13]由于未能在壞死骨深處檢測到微生物感染，而在“三低”學(xué)說中提出ORNJ是一種無菌性壞死、細(xì)菌感染僅在ORNJ中起表面污染作用的觀點(diǎn)，多年來被廣泛認(rèn)可。然而隨著微生物檢測手段及技術(shù)的進(jìn)步，這一觀點(diǎn)也受到了挑戰(zhàn)。Store等[36]通過DNA-DNA雜交技術(shù)對12例無骨質(zhì)外露、骨膜完整的放射性壞死下頜骨深髓標(biāo)本進(jìn)行了細(xì)菌檢測并在所有樣本中均檢測到了大量細(xì)菌DNA，以厭氧菌為主，其中牙齦卟啉單胞菌濃度最高，其次是具核梭桿菌多形亞種，并在所有樣本中均檢測到了放線菌、直腸彎曲菌和侵蝕艾肯菌。作者提出細(xì)菌感染可能是導(dǎo)致ORNJ的另一種組織破壞機(jī)制，輻照后的頜骨喪失了對細(xì)菌的抵抗能力，并且輻射會在骨骼內(nèi)引發(fā)一種髓內(nèi)的炎性反應(yīng)，擴(kuò)散后形成“放射性骨髓炎”，以厭氧菌為主的細(xì)菌髓內(nèi)感染，可能在ORNJ的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮遠(yuǎn)比表面污染物更重要的作用。

綜上所述，ORNJ的確切發(fā)病機(jī)制目前仍不明確，“三低”學(xué)說是曾經(jīng)較為普遍接受的理論但存在一定局限性；“三要素”學(xué)說在“三低”學(xué)說提出后曾一度被推翻，但在細(xì)菌感染學(xué)說的補(bǔ)充下再次得到一定認(rèn)可；微血管栓塞學(xué)說提出微血管損傷可能在ORNJ的發(fā)生中起關(guān)鍵作用；RIF學(xué)說是目前能更好解釋ORNJ病理生理過程的學(xué)說，其認(rèn)為放射線引起成纖維細(xì)胞與肌成纖維細(xì)胞過度增殖與分化、細(xì)胞外基質(zhì)過度沉積與改建、并最終導(dǎo)致骨壞死的發(fā)生，相關(guān)細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)研究也支持該理論，但是ORNJ發(fā)病過程中肌成纖維細(xì)胞的來源及其分子調(diào)控機(jī)制研究較少，仍有待于進(jìn)一步深入的研究。