創(chuàng)傷性異位骨化的發(fā)病機(jī)制及診療進(jìn)展

曾 恒，占新華 綜述 牛云飛 審校

創(chuàng)傷性異位骨化(traumatic heterotopic ossification，THO)是指創(chuàng)傷后在非骨骼組織(肌肉、肌腱及其他軟組織)內(nèi)形成病理性骨組織，常發(fā)生于關(guān)節(jié)置換術(shù)后，髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后發(fā)病率高達(dá)約30%。THO大部分沒有明顯的臨床癥狀，少部分患者會引起局部腫脹、疼痛，關(guān)節(jié)活動受限，嚴(yán)重影響患者生活。THO的發(fā)生機(jī)制尚不完全清楚，在治療上也存在很大爭議，本文主要就THO的發(fā)病機(jī)制及診療進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 發(fā)病機(jī)制

目前，對THO發(fā)病機(jī)制的認(rèn)識尚不完全清楚，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為THO的形成須具備3個條件；成骨的前體細(xì)胞、成骨誘導(dǎo)物及其信號傳導(dǎo)通路、局部微環(huán)境。局部組織在長期慢性炎性刺激以及靜脈瘀滯的條件下，正常骨組織細(xì)胞向周圍軟組織釋放多種成骨誘導(dǎo)因子，原始的間充質(zhì)干細(xì)胞(msenchymal stem cells，MSCs)及其他細(xì)胞在成骨誘導(dǎo)因子的刺激下分化為成骨細(xì)胞，從而形成成熟板層狀新生骨。Foley等依據(jù)組織學(xué)變化將THO分為六個階段；(1)血管周圍淋巴細(xì)胞浸潤；(2)淋巴細(xì)胞遷移到軟組織；(3)反應(yīng)性纖維增生；(4)新生血管的形成；(5)軟骨形成；(6)軟骨內(nèi)骨化。

1.1 成骨前體細(xì)胞 THO過程需要能分化為成骨或軟骨的前體細(xì)胞，近年來，細(xì)胞譜系示蹤技術(shù)及細(xì)胞植入技術(shù)的應(yīng)用為穩(wěn)定追蹤細(xì)胞群及評估細(xì)胞成骨能力提供了有效途徑。目前MSCs、內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維/成脂肪祖細(xì)胞、肌衛(wèi)星細(xì)胞、肌腱/肌腱祖細(xì)胞等在THO過程中扮演的角色得到了越來越多的認(rèn)識。軟組織遭受創(chuàng)傷刺激后，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)胞等炎性細(xì)胞被募集至結(jié)締組織周圍，激發(fā)受損組織釋放骨生成誘導(dǎo)因子。MSCs被認(rèn)為是參與形成THO的主要細(xì)胞群，未定向MSCs在成骨誘導(dǎo)因子刺激下改變了原始的分化方向，繼而轉(zhuǎn)向分化為軟骨細(xì)胞及骨細(xì)胞。Lounev等利用Cre-loxP細(xì)胞譜系示蹤技術(shù)，發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)記物(Tie2陽性)在骨形成蛋白-2/4在成骨的各個階段均存在。這為可能參與成骨提供了證據(jù)。Medici等發(fā)現(xiàn)，THO的軟骨及成骨組織具有內(nèi)皮起源特性，血管內(nèi)皮細(xì)胞通過上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)換從而產(chǎn)生MSCs，進(jìn)而在局部炎性反應(yīng)及組織缺氧微環(huán)境下MSCs分化為成骨細(xì)胞。此外動物模型實(shí)驗(yàn)證明造血干細(xì)胞也具備有分化為成骨細(xì)胞的潛能，因此也可能是引起THO的前體細(xì)胞之一。

1.2 成骨誘導(dǎo)因子及信號傳導(dǎo)通路 THO的病理過程大致可以分為兩個步驟；(1)結(jié)締組織產(chǎn)生炎性反應(yīng)和破壞；(2)成骨和軟骨的形成。異位骨化過程中存在許多重要信號傳導(dǎo)通路，目前報道參與這一過程的主要分子有骨形成發(fā)生蛋白(bone morphogenetic proteins，BMP)、缺氧誘導(dǎo)因子1-α(hypoxia inducible factor1-α,HIF1-α)、轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)、維甲酸受體 (retinoic acid receptor，RAR )、炎性因子、骨硬化蛋白等。BMP是轉(zhuǎn)化生長因子家族超成員信號調(diào)節(jié)蛋白，廣泛參與細(xì)胞調(diào)節(jié)活動，BMP能使Smad(1、5、8)蛋白磷酸化，磷酸化后的Smad(1、5、8)蛋白在細(xì)胞核內(nèi)與Smad4結(jié)合形成復(fù)合物誘導(dǎo)前體細(xì)胞轉(zhuǎn)化為骨組織，BMP在整個THO過程中起著非常關(guān)鍵的作用。Yoshida等發(fā)現(xiàn)，Tob蛋白是BMP-Smad信號通路的負(fù)性調(diào)節(jié)劑，Tob蛋白與Smad(1、5、8)受體結(jié)合，通過抑制Smad蛋白調(diào)節(jié)受體的活性而負(fù)向調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞的增殖和分化，這也表明了BMP-Smad信號通路的重要性。

1.3 局部組織微環(huán)境 組織微環(huán)境的改變也是THO的重要影響因素，創(chuàng)傷后局部血管破壞造成缺氧環(huán)境，這些改變了HIF-1α的穩(wěn)定性，并由此產(chǎn)生血管內(nèi)皮生長因子、堿性成纖維細(xì)胞生長因子、血小板衍生的生長因子和血管生成素-2等多種血管生成因子，從而使血管內(nèi)皮細(xì)胞運(yùn)動、聚集和增殖，因而THO的形成機(jī)制可能是由于微環(huán)境缺氧條件下，局部炎性反應(yīng)導(dǎo)致組織釋放成骨誘導(dǎo)因子誘導(dǎo)成骨前體細(xì)胞形成異位骨化。炎性因子與THO的形成有著緊密聯(lián)系，組織損傷后引發(fā)炎性因子釋放從而誘導(dǎo)局部發(fā)生炎性反應(yīng)，致使BMP、TGF-β等成骨誘導(dǎo)因子水平增高，進(jìn)而誘導(dǎo)成骨前體細(xì)胞分化及血管生成，活化的TGF-β可招募MSCs等成骨前體細(xì)胞參與局部THO的形成。

2 診 斷

大多數(shù)THO無明顯臨床癥狀，部分表現(xiàn)為創(chuàng)傷后關(guān)節(jié)活動受限，極少數(shù)THO可引起疼痛、局部腫脹及關(guān)節(jié)僵硬等癥狀，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量。

2.1 影像學(xué)檢查 目前臨床上對于THO的診斷主要依靠影像學(xué)檢查，X線是應(yīng)用最廣泛、最經(jīng)濟(jì)有效的檢查手段，但早期異位骨化沒有明確的骨小梁形成，僅顯示為模糊的鈣化灶區(qū)域，因此在骨化初期X線不能觀察到THO 的形成。CT可以顯示THO的位置和形態(tài)，在發(fā)現(xiàn)微小骨化病灶上優(yōu)于X線，檢出率也顯著高于X線，但CT診斷出THO時成熟板層骨已形成，因此對于早期診斷意義不大。MRI對軟組織有較強(qiáng)的分辨率，在MRI圖像上可觀察到早期異位骨化，表現(xiàn)為 T加權(quán)相上局灶性等低信號，在T加權(quán)相上表現(xiàn)為低信號灶及周圍水腫區(qū)域的高信號，但MRI對骨組織的顯影不及X線和CT，早期不成熟的HO往往與血腫、腫塊或感染灶相類似，聯(lián)合MRI和CT表現(xiàn)可以更有利于明確診斷。

2.2 核醫(yī)學(xué)檢查 THO的診斷常常滯后于臨床表現(xiàn)，三相核素骨掃描是檢測異位骨化最敏感的檢測方法，最早可在損傷后2周內(nèi)顯示，可以監(jiān)測異位骨組織的骨代謝活動，甚至通過定量監(jiān)測示蹤劑攝取率來判斷骨組織成熟度和成骨活躍性，以此來選擇最佳手術(shù)時機(jī)。單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描/CT對異位骨化的檢測也是十分敏感的，能夠提供更為精準(zhǔn)的定位及病變性質(zhì)，然而由于核醫(yī)學(xué)檢查價格昂貴，且需要注射放射性藥物，因此限制了其在臨床上的使用。Hastings和Graham根據(jù)臨床和影像學(xué)表現(xiàn)，將肘關(guān)節(jié)異位骨化分為3級(表1)。

表1 創(chuàng)傷性異位骨化Hastings和Graham分級

2.3 超聲檢查 超聲對局部軟組織損傷和鈣化比較敏感，能很好地將THO與血腫、血栓等區(qū)分，早期未成熟的THO可表現(xiàn)為周圍軟組織腫脹，病變區(qū)域可出現(xiàn)不連續(xù)、邊界不清的混合高、低混合回聲，典型表現(xiàn)為云狀改變，賀倩倩等利用小鼠模型描述了THO不同發(fā)展階段的聲像特征，驗(yàn)證了彩色多普勒超聲可以早期診斷THO，而且可以連續(xù)觀察異位骨組織的成熟過程。超聲具有便攜方便、價格低廉、檢查方式簡單的優(yōu)勢，給早期診斷及評價異位骨化提供了良好的檢查方法。

2.4 實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn) 目前尚未發(fā)現(xiàn)有效的證據(jù)支持實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)可以作為診斷的指標(biāo)，但具有提示作用，組織損傷期間血清堿性磷酸鹽水平顯著升高，因此其在預(yù)測THO上的作用價值一直被研究者們懷疑，然而目前尚無研究顯示出有效的證據(jù)支持。趙航和肖海軍發(fā)現(xiàn)，骨硬化蛋白低于179.49 ng/L，BMP-4高于273.69 ng/L時提示異位骨化形成的風(fēng)險極高，骨硬化蛋白和BMP-4對THO的診斷提示有著較高的特異度和敏感度。

3 預(yù)防與治療

THO的治療方式大體可以分為預(yù)防性治療和手術(shù)切除，非甾體抗炎藥和放射性治療是目前應(yīng)用最廣、最有效的預(yù)防，常用藥物包括吲哚美辛、布洛芬及雙氯芬酸鈉等。手術(shù)切除是唯一根治性治療方式。

3.1 藥物治療

3.1.1 非甾體抗炎藥 非甾體類抗炎藥(non-steroidal anti-inflammatory drugs，NSAIDs)是目前最常用的預(yù)防性治療藥物，其機(jī)制是抑制環(huán)氧化酶阻止前列腺素合成從而減輕全身及局部炎性反應(yīng)，繼而抑制炎性細(xì)胞分泌成骨誘導(dǎo)因子。口服NSAIDs可以預(yù)防THO的發(fā)生，但同時也會引起各種胃腸道不良反應(yīng)，如胃潰瘍、胃穿孔等的發(fā)生增加。吲哚美辛在體外可以抑制成骨細(xì)胞的活性，同時不對傷口愈合產(chǎn)生負(fù)面影響，因此體外局部運(yùn)用NSAIDs可能是預(yù)防THO的最佳方法，同時避免了各種胃腸道不良反應(yīng)。Zhu等經(jīng)Mate分析發(fā)現(xiàn)選擇性和非選擇性非甾體抗炎藥對預(yù)防全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)并發(fā)THO具有相同的效果。Migliorini等通過貝葉斯網(wǎng)絡(luò)薈萃分析隨機(jī)臨床試驗(yàn)(RCTs)比較了所有可用的NSAIDs預(yù)防全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后THO的發(fā)生，26項(xiàng)研究6396例病例被納入，涉及的藥物有雙氯芬酸鈉、萘普生、塞來昔布等，其結(jié)果表明塞來昔布預(yù)防效果最好。作者對近年來所報道取得良好預(yù)防效果常用NSAIDs劑量及療程列舉如表2。

表2 創(chuàng)傷性異位骨化常用NSAIDs劑量及療程

3.1.2 其他藥物 四磷酸鹽的作用機(jī)制是抑制非晶形磷酸鈣轉(zhuǎn)化成磷酸鈣，從而減慢骨礦化過程，但不能阻止骨基質(zhì)形成，即僅能延遲而不能阻止THO的骨化過程，因而停藥后容易復(fù)發(fā)。成骨分化是一個高度依賴ATP的過程，AMP激活蛋白激酶(AMPK)是一種細(xì)胞內(nèi)的能量穩(wěn)態(tài)傳感器，AMPK在能量不足時被激活，能量過剩時則被抑制。Lin等發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍可抑制BMP6誘導(dǎo)的成骨細(xì)胞Smad1/5磷酸化，同時上調(diào)Smad6的表達(dá)及激活A(yù)MPK，預(yù)防THO的產(chǎn)生。

3.2 放射性治療 THO形成過程中，周圍軟組織中MSCs首先轉(zhuǎn)化為骨祖細(xì)胞，骨祖細(xì)胞增殖并分化為骨和軟骨細(xì)胞，利用骨祖細(xì)胞的放射敏感性，低劑量輻射作用可以預(yù)防THO的發(fā)生。放射性治療是對高?；颊哂行У念A(yù)防性治療手段，但射線具有致癌作用，因此放療預(yù)防THO存在一定風(fēng)險。Cai等對選擇性NSAIDs、非選擇性NSAIDs及放療對全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)(THA)后預(yù)防THO的療效進(jìn)行Mate分析，發(fā)現(xiàn)放療是預(yù)防全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后THO總體(Brooker Ⅳ、Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ級)發(fā)生率降低最有效的治療方式。Morcos等發(fā)現(xiàn)，對于THA后未接受預(yù)防性治療已經(jīng)發(fā)展為THO的患者，低劑量放療也能有效防止THO進(jìn)一步發(fā)展。目前推薦創(chuàng)傷后72 h內(nèi)行單次7～8 Gy劑量單次局部放療方案，該放射劑量也可以有效預(yù)防THO的進(jìn)展，特別是高?；颊呤走x7 Gy的單一劑量，也有報道稱放射劑量20～24 Gy預(yù)防效果最佳，多次照射預(yù)防比單次效果好，術(shù)前照射也能取得有效預(yù)防。

3.3 小分子生物制劑 THO是在一定微環(huán)境和調(diào)控因子作用下，由一系列成骨前體細(xì)胞分化為骨細(xì)胞的病理過程。該過程受到諸多信號分子調(diào)控，通過受體激動劑或抑制劑靶向調(diào)控信號通路實(shí)現(xiàn)預(yù)防和治療THO是近年來的研究熱點(diǎn)。BMP-Smad信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路受體拮抗劑能降低BMP，減少骨基質(zhì)的產(chǎn)生，從而抑制THO?；谶@一原理，Strong等在高能量爆炸致傷大鼠模型上研究ALK3-Fc(BMP配體-陷阱)在軟組織內(nèi)抑制間充質(zhì)祖細(xì)胞早期和晚期成骨分化的作用，發(fā)現(xiàn)ALK3-Fc抑制了炎性反應(yīng)相關(guān)基因表達(dá)，用ALK3-Fc處理的大鼠模型間充質(zhì)祖細(xì)胞成骨分化顯著減少，這就說明ALK3-Fc能預(yù)防THO的發(fā)生。維甲酸受體(retinoic acid receptor，RAR)是軟骨形成的抑制性受體，以三種亞型(RARα、RARβ和RARγ)存在，維生素A能非選擇性激動RAR而抑制軟骨的形成。Shimono等研究證實(shí)三種受體亞型中RARγ起主要作用，RARγ通過降低Smad 1/5/8蛋白磷酸化并致使其在蛋白酶體中被破壞從而減少BMP的信號傳導(dǎo)，繼而減少M(fèi)SCs分化成具有成骨潛能的細(xì)胞。另一種針對BMP-Smad信號通路預(yù)防THO的策略是降低ATP或ADP形式中可用磷酸水平，減少局部可利用能量，如局部應(yīng)用腺苷三磷酸雙磷酸酶水解ATP和ADP以抑制THO的發(fā)生。Mao等利用小鼠模型發(fā)現(xiàn)苦參堿抑制TGF-β誘導(dǎo)的Smad2/3磷酸化從而降低了THO的發(fā)生率。然而，針對信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的預(yù)防治療研究基本處于動物模型階段，尚未開展臨床試驗(yàn)。

3.4 基因治療 Runx2基因表達(dá)是MSCs向成骨細(xì)胞譜系表達(dá)的必需條件，成骨細(xì)胞的早期分化主要受Runx2的表達(dá)調(diào)控，如果成骨細(xì)胞中缺失Runx2基因，其早期分化將完全被抑制。Tu等發(fā)現(xiàn)，miR-203通過作用于靶標(biāo)Runx2在體內(nèi)具有抑制異位骨化的作用。Mishra等將siRNA包埋并遞送至多功能細(xì)胞C2C12中，siRNA沉默Runx2的表達(dá)，從而抑制了THO的形成。

3.5 手術(shù)治療 當(dāng)THO患者具有顯著臨床癥狀，影響患者關(guān)節(jié)功能活動時，應(yīng)當(dāng)采取手術(shù)切除。手術(shù)治療是THO最直接最有效的治療方式，可以部分甚至完全恢復(fù)受累關(guān)節(jié)的功能，但僅限于成熟THO，對于手術(shù)時機(jī)存在較多爭議，多數(shù)研究建議在術(shù)后6～8個月切除，有專家認(rèn)為，盡早切除THO是安全有效的，而且能預(yù)防復(fù)發(fā)，實(shí)現(xiàn)更好地功能恢復(fù)，術(shù)前等待的時間越長導(dǎo)致的殘疾就會越嚴(yán)重。然而，手術(shù)治療THO花費(fèi)較高，且容易反復(fù)。Cole等記錄并回顧性分析14年髖關(guān)節(jié)術(shù)后THO切除患者原發(fā)傷、THO的危險因素以及術(shù)后THO的切除時間等，其結(jié)果表明早期手術(shù)切除THO可有效減少復(fù)發(fā)。然而并非所有的異位骨化都適用于手術(shù)切除，原發(fā)性異位骨化禁止采用使用手術(shù)治療，否則將會加重病情，甚至造成關(guān)節(jié)永久性功能活動喪失。

3.6 中醫(yī)藥治療 中醫(yī)學(xué)認(rèn)為，THO多為組織損傷或術(shù)后致使筋脈損傷從而氣滯血瘀、經(jīng)脈痹阻或致血溢脈外，衛(wèi)外不固，風(fēng)寒濕邪乘虛而入，筋骨痹阻。治法當(dāng)以補(bǔ)氣活血、化瘀止痛、軟堅(jiān)散結(jié)為主。臨床上可選擇中藥內(nèi)服、中藥熏洗、小針刀松解等預(yù)防THO。張慧法等使用活血止痛湯[當(dāng)歸12 g, 川芎5 g, 赤芍6 g, 桃仁6 g, 大黃10 g, 丹皮6 g, 枳殼6 g, 地鱉蟲15 g, 乳香6 g, 沒藥6 g, 三七粉3 g(沖服),陳皮6 g, 澤蘭瀉各10 g,玄胡10 g]活血通絡(luò)、行瘀止痛、利水消腫，每日1劑, 2～3次口服, 連服15 d，其在預(yù)防HO發(fā)生率方面與布洛芬效果相當(dāng)，最重要的是活血止痛湯胃腸道不良反應(yīng)發(fā)生率顯著低于布洛芬。楊文雪等從分子水平證實(shí)中藥補(bǔ)腎舒脊顆粒能顯著降低BMP-7，同時正向調(diào)節(jié)骨硬化蛋白水平，有效控制組織中的炎性因子水平，補(bǔ)腎舒脊顆粒對骨化因子的改善效果甚至優(yōu)于塞來昔布。

綜上所述，THO是常見的骨科疾病，特別是關(guān)節(jié)置換術(shù)后多發(fā)，目前THO的確診主要依靠影像學(xué)檢查，口服NSAIDs及放療可以實(shí)現(xiàn)有效預(yù)防，對于成熟THO，手術(shù)切除是唯一有效治療方式，但存在較高復(fù)發(fā)風(fēng)險；有研究報道小劑量單次照射(6～7 Gy)聯(lián)合口服吲哚美辛(25 mg tid 療程，6周)可以實(shí)現(xiàn)良好的復(fù)發(fā)預(yù)防效果，切除術(shù)后復(fù)發(fā)率僅為1.3%。目前臨床上暫無統(tǒng)一的預(yù)防和治療方案，幾種常見的預(yù)防與治療方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。