异位骨化治疗研究进展

徐瑞军 陈 松 高悠水 张长青

异位骨化（HO）是机体在正常骨骼系统之外（通常是软组织）形成成熟骨组织的病理现象，根据其形成原因可分为原发性和获得性两大类。原发性HO即进行性纤维发育不良性骨化（FOP），它是一种常染色体显性遗传性疾病。获得性HO则继发于严重创伤（如肌肉损伤、骨折脱位、关节大手术、脊髓炎、脑炎及脑和脊髓系统损伤等）。HO若发生在关节部位，可导致关节周围肿胀、疼痛，神经受压及关节活动障碍等；若发生在脊柱周围，可导致脊柱活动受限、脊髓受压损伤等。

HO发病机制非常复杂，目前尚未完全明确，近年来对其发病机制的研究集中于细胞、分子水平。多数研究结果倾向于HO是由于局部炎症反应导致机体释放骨生成诱导因子，在局部微环境的作用下，诱导成纤维细胞分化为软骨细胞，进而通过软骨内成骨导致异位骨形成。

目前临床上HO的防治主要有非甾体类抗炎药（NSAID）、双膦酸盐等药物治疗，小剂量局部放射疗法及手术切除等。但这些方法大多不是针对HO发病机制的特异性靶向治疗，不能从根源上解决HO的发生。因此，学者们一直致力于开发基于HO发病机制的靶向治疗，处于研究阶段的靶向治疗有骨形态发生蛋白（BMP）受体抑制剂、维甲酸受体（RAR）γ激动剂等药物治疗和基因治疗等。

1 发病机制

HO所经历的信号转导通路与正常骨部分相似，但HO的发生过程并非严格按照正常成骨过程进行，因此异位骨与正常骨形成亦有所差别［1］。有学者［2］研究发现，HO发病机制为局部软组织受到骨折脱位、严重颅脑创伤及大手术等刺激后，产生炎症反应，导致机体释放骨生成诱导因子，在局部微环境的作用下，诱导成骨前体细胞增殖分化，从而形成异位骨。总之，HO发生需具备骨生成诱导因子、前体细胞和局部微环境3个条件，在一系列细胞和信号分子的参与下形成异位骨［3］。

1.1 参与HO发生的细胞

软组织受刺激后，细胞受损且在组织缺氧的微环境作用下，淋巴细胞、巨噬细胞等炎症细胞被募集至结缔组织周围［4］，激发受损组织释放骨生成诱导因子，促使成纤维细胞增殖分化为成骨前体细胞［5］，进而形成异位骨。有学者研究发现，血管内皮前体细胞及血管内皮细胞在成纤维细胞增殖分化、软骨形成及最终的HO形成中亦起了重要作用。Medici等［6］研究发现，在大鼠FOP模型中，内皮细胞经激活素受体样激酶（ALK）2（BMPⅠ型受体）信号转导通路分化为成纤维细胞。

1.2 参与HO发生的分子

参与HO发生的分子目前尚未明确。基因系谱研究发现，HO发生与编码ACVR1（ALK2）的基因上单核苷酸（R206H）突变有关［7］，这种突变导致BMP受体即使在没有配体的情况下也可被激活。Yu等［8］研究发现，BMPⅠ型受体拮抗剂可有效阻止R206H突变大鼠HO发生；在大鼠HO模型中激素也可有效阻止HO发生，这提示炎症信号转导通路及BMP介导的信号转导通路在HO发生中均为必须。学者们进一步研究发现，Smad4和Runx2在HO形成过程中起到重要作用。Smad4是BMP介导的HO信号转导通路中的重要信号分子，可结合至转录因子SP1上，对成骨过程中基因转录和翻译进行调控［9］。Runx2可调控骨钙蛋白基因启动子的激活过程，从而调节骨钙蛋白表达［10］。近年研究发现神经递质也参与HO发生。Salisbury等［11］研究发现，在由BMP介导的大鼠HO模型中，HO发生部位存有高浓度的神经肽P物质，此物质可有效阻止HO发生。

2 预防与治疗

2.1 药物预防

目前临床上最常用的预防HO发生的药物为NSAID，其作用机制是抑制介导炎症反应的前列腺素的产生。经典的NSAID药物如阿司匹林、布洛芬、吲哚美辛等在预防HO形成的同时，也抑制了介导正常生理过程的前列腺素的产生，而选择性环氧化酶（COX）2抑制剂则可选择性抑制介导炎症反应的前列腺素的产生［12－13］。有研究［14－15］认为，前列腺素其实也是BMP介导的HO发生的信号分子。但NSAID药物只能预防HO的发生，而不能阻止已发生的HO进展，同时由于NSAID药物引起的消化道溃疡、血小板减少及肾毒性作用等不良反应也限制了其应用［16］。研究发现，长期应用NSAID还可增加心血管事件［17］，且可延迟骨折愈合［18］，因此有基础性心血管疾病及伴有骨折的HO患者在应用NSAID药物时需慎重。

双膦酸盐预防HO发生的作用机制是抑制骨化过程中磷酸钙转化成羟磷灰石，从而阻止骨基质钙化过程，但由于该类药物不能阻止骨基质合成，故在停药后HO会继续发展［19］，因此该类药物目前在临床上应用较少。

2.2 放射疗法

小剂量局部放射疗法是目前常用的预防HO发生的方法之一，它的机制是抑制间充质干细胞颗粒化过程，但其射线有致癌作用。目前尚无采用放射疗法预防HO后射线致癌的病例报道，可能是由于使用该方法的大多是老年人，使用及随访时间不够长的缘故［20－21］。此外，放射疗法还可导致骨折延迟愈合或不愈合，据报道其发生率为12%～30%［22］。

2.3 手术治疗

手术切除是HO最直接的治疗手段，但手术时间选择非常重要，过早进行手术可能会引起HO复发，手术过晚则可导致受累关节活动受限。Shehab等［23］提出，HO手术治疗需满足血碱性磷酸酶（AKP）正常，无局部红肿、发热等急性期炎症表现，骨扫描显示正常或接近正常等。Garland［24］则提出了不同病因HO的手术时间，即创伤后HO为6个月、脊髓损伤后HO为12个月、脑外伤后HO为18个月。

2.4 特异性靶向治疗

目前药物治疗及放射疗法只能预防HO的发生，当HO形成后这些方法并不能阻止HO的进一步发展。而目前尚处于研究阶段的靶向药物可在HO晚期产生作用，抑制软骨和成熟骨组织产生。

2.4.1 BMP受体抑制剂

BMP在软骨和成熟骨的形成过程中起重要作用，BMP与BMPⅡ型受体结合可激活BMPⅠ型受体（如 ALK2、ALK3、ALK6），从而磷酸化Smad蛋白，进而对控制骨细胞生长和分化的基因进行调控。通过BMP受体拮抗剂或抑制剂来阻止BMP介导的信号转导通路是治疗HO的有效方法。Yu等［8］研究发现，对大鼠HO模型在建模后7 d开始用高效ALK2抑制剂LDN－193189治疗，建模后30 d时有2／3的大鼠HO得到有效抑制，其余大鼠HO也有所减少，且在撤药后HO未复发或反弹；进一步分析显示，LDN－193189可显著抑制乙酰辅酶A羧化酶磷酸化，从而抑制BMP受体介导的信号转导通路；认为BMP受体抑制剂可作为治疗HO的靶向药物。

2.4.2 RAR激动剂

维甲酸（RA）在临床上常用于抑制软骨形成［1，25］，由于软骨生成是 HO形成的先决条件，异维甲酸（13－顺式维甲酸）已用于治疗FOP的临床试验，具体疗效还在研究中，可以肯定的是，稳定持续地服用异维甲酸可在一定程度上减少HO发生，但它在临床试验中出现体重减轻、脱发、关节软骨损伤等不良反应［26－27］。研究发现，异维甲酸可非特异地激活RARα、RARβ和RARγ；推测异维甲酸抑制HO发生和产生不良反应是由这3种不同受体介导的。实验研究发现，选择性RARγ激动剂具有很强的抑制软骨前体细胞增殖分化及抑制软骨细胞产生的作用，其机制是直接抑制BMP信号转导通路中的Smad蛋白，同时调控许多参与HO过程的转录因子。Kaplan等［26］研究发现，在敲除RARγ基因的细胞中并未出现抑制软骨生成的现象，也证实RARγ激动剂抑制软骨生成的作用是通过RARγ实现的。进一步研究发现，选择性RARγ激动剂对骨髓间充质干细胞（BMSC）及软骨前体细胞系软骨形成均有抑制作用，因此局部和循环间充质干细胞都可成为特异性RARγ激动剂作用的靶细胞，从而使RARγ激动剂成为新型强效治疗HO的候选药物［27］，目前处于研究阶段的parovalotene是RARγ激动剂的典型代表，它是一种强有力的治疗HO的候选药物。

2.4.3 基因治疗

有研究应用DNA重组、基因干扰等治疗HO。Hannallah等［28］采用逆转录病毒作为载体，将BMP拮抗剂Noggin基因重组至HO大鼠肌细胞中，有效抑制了大鼠HO的发生。Xue等［29］分别采用非病毒载体介导的siRNA对HO大鼠Smad4、Runx2基因进行干扰，发现HO大鼠异位骨体积明显减小（分别为92%和93%），且两者对HO的抑制作用无统计学差异。

3 结语

HO作为临床骨科常见疾病，其预防与治疗一直受到关注，目前其预防与治疗还停留在抗炎药物、小剂量局部放射治疗及手术治疗等。但这些方法均有各自不足之处，为了能更好地预防与治疗HO，学者们对HO发生机制进行深入研究。虽然HO靶向治疗还处于实验研究或临床研究阶段，到其真正应用于临床尚需完善改进，但随着对HO发病机制进一步阐明，各种针对HO发病机制的细胞及分子水平的特异性靶向治疗也将应用于临床，从而更好地进行HO治疗。

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