放射性颌骨坏死的病因学研究进展

韩 煜，何 悦

放射治疗是口腔颌面-头颈部恶性肿瘤综合治疗过程中的重要方法，被广泛应用于恶性肿瘤的初期治疗、手术辅助治疗、放化疗结合治疗以及晚期或不可切除的恶性肿瘤的姑息治疗[1-2]，但是放射治疗同样会对位于辐射场内的健康组织造成伤害，这种伤害在头颈部区域尤为明显。放射性颌骨坏死(Osteoradionecrosis of the jaws, ORNJ)是口腔颌面-头颈肿瘤放疗后发生的最严重并发症之一，由Regaud[3]于1922年首次报道，发病率为5%～15%[4-6]，主要表现为口腔颌面部软、硬组织的纤维化、颌骨坏死、死骨暴露、瘘管形成，溢脓，张口受限，面部畸形，伴有剧烈疼痛和恶臭，严重影响患者的生存质量甚至危及生命[7-8]，其病情进展不可逆转且难以治疗，是当代医学面临的一大难题。目前关于ORNJ的病因及发病机制尚不明确，主要有五种学说：“三要素”学说、“三低”学说、组织纤维萎缩学说、微血管栓塞学说和细菌感染学说，本文现将该病的病因学学说综述如下。

1 “三要素”学说

1960年Gowgiel[9]镜下观察ORNJ标本发现了细菌的存在，骨髓腔充满大量炎性细胞，提示细菌可能在ORNJ发病过程中起重要作用。在此基础上Meyer[10]于1970年提出了放疗、创伤和感染的“三要素”学说，认为放射性颌骨坏死是由于放疗引起颌骨组织的活力丧失，各种原因导致的组织创伤为口腔细菌侵入颌骨创造了途径，造成细菌侵入并引起广泛的组织破坏形成经久不愈的感染性疾病，最终导致ORNJ的发生。“三要素”学说强调了创伤的重要性，指出拔牙造成的颌骨损伤以及颌骨手术所产生的尖锐骨突是诱发ORNJ发生的重要原因。该理论也指出，放疗后的颌骨对细菌缺乏抵抗力，细菌侵入颌骨后感染迅速发展导致了放射性骨髓炎的发生，并可蔓延至整段颌骨、死骨暴露、不能愈合。放疗、创伤和感染的“三要素”学说是首次提出的系统的ORNJ病因学理论，提出后的十余年内得到了学者的广泛认同，奠定了抗生素治疗ORNJ的理论基础。但该学说存在一定的局限性，研究者未对病变颌骨组织进行微生物培养或颌骨组织切片进行验证，同时该学说不能解释在乏血管的组织中存在化脓性炎症性组织破坏。

2 “三低”学说

“三要素”学说提出后的临床研究显示，无创伤和感染的自发性ORNJ占全部ORNJ的10%～48%[11-12]，进一步凸显了“三要素”学说的局限性。针对其局限性，Marx[13]对12例放射性颌骨坏死患者的死骨组织进行组织病理学检测，发现显微镜下ORNJ表现为骨细胞及成骨细胞坏死、破骨细胞增多、血管内皮细胞坏死、玻璃样变，并伴小血管栓塞、骨髓腔纤维性变、结缔组织中血管和细胞成分减少，病变区域组织整体呈现出低血管、低细胞、低氧的状态。对坏死骨组织进行需氧菌、厌氧菌和真菌培养，发现仅在颌骨表面检测到轻微的感染，且培养出的微生物种类复杂、无明确的致病菌，而在坏死骨深处未检测到微生物感染、也无法培养出细菌或真菌。

基于以上发现Marx提出了以“低细胞-低氧-低血管密度”为核心的“三低”学说，认为ORNJ主要是由于放射线对辐照区域内组织细胞的直接损伤，细菌感染及创伤在ORNJ的发病过程中只起到污染作用，创伤只是导致ORNJ的一个协同因素。高剂量的放射线引起增生性内动脉炎，诱发组织缺血和缺血性骨坏死，缺血还导致成骨细胞和破骨细胞的死亡，共同造成了“低细胞活性、低血管密度、低氧含量”的环境，由持续性缺氧驱动的组织破坏导致细胞死亡和胶原分解超过细胞复制、胶原合成的速度，使代谢需求超过了机体供给，最终引起慢性不愈的伤口形成。

“三低”学说的提出是ORNJ发病机制研究历史中的一座里程碑，长期在学术界居于主导地位，基于该学说提出的高压氧(hyperbaric oxygen, HBO)治疗也长期作为ORNJ的标准保守治疗方式，其治疗作用在很长一段时间里得到了广泛认可。同年Marx[14]根据患者对高压氧治疗的临床效果将ORNJ分为Ⅰ～Ⅲ三期，为颌骨放射性骨坏死的研究做出了巨大贡献。最初有关HBO治疗ORNJ的研究多取得了积极的结果[15-16]，但近年来高压氧治疗的确切疗效逐渐受到不同程度的质疑[17-20]，Annane等[21]进行的一项多中心、随机、双盲、安慰剂对照试验临床试验结果显示，重度下颌骨放射性骨坏死患者没有从高压氧治疗中获益，甚至因为HBO组比安慰剂对照组效果更差(治愈率分别为19%和32%)而提前终止。“三低”学说的统治地位已受到挑战。

3 放射诱导纤维萎缩学说

近年来对ORNJ的研究发现，在ORNJ发生过程中放射线对细胞的损伤早于辐照区域内的血管病变，2004年Delanian等[22]提出了放射诱导组织纤维萎缩(radiation-induced fibroatrophic theory, RIF)的新观点。根据RIF学说，ORNJ包括连续进展的三个阶段：①纤维化前期：常在放疗后几个月出现，临床上无明显症状，内皮细胞改变为本期主要的组织学变化，放射线导致局部组织、内皮细胞等的损伤，受损的组织细胞释放大量的氧自由基(reactive oxygen species，ROS)，产生趋化因子吸引白细胞到达损伤部位，引发一系列的急性炎症反应，从而促使多核细胞及其他巨噬细胞产生更多的ROS，导致血管内皮破坏、血管栓塞、局部缺血、最后组织坏死。内皮细胞天然屏障破坏后，结缔组织直接暴露，激活间质细胞成纤维活性。②纤维化期：常发生在放疗后几年内，由于失去血管内皮细胞屏障，各种细胞因子渗入，ROS介导的细胞因子释放，如转化生长因子-β1、肿瘤坏死因子-α、成纤维细胞生长因子-β、结缔组织生长因子、白细胞介素-1、白细胞介素-4、白细胞介素-6 等，促使成纤维细胞转化为肌成纤维细胞，使肌成纤维细胞表型持续存在。这些肌成纤维细胞异常增殖、大量分泌细胞外基质(extracellular matrix, ECM)成分，ECM过度沉积、不断吞噬周围组织。此期组织学检查中可见片状活跃的RIF区域，紊乱的细胞外基质中包含大量激活的成纤维细胞或肌成纤维细胞，乏细胞区域可见致密硬化的细胞外基质中包含衰老的纤维细胞。③纤维萎缩期：可持续至放疗后5～30年，此期肌成纤维细胞最终也凋亡、消失，细胞外基质浓缩和改建，形成少细胞、少血管且纤维化的颌骨，颌骨坏死最终形成。

RIF学说提出后逐渐得到了学者们的肯定和推崇，已成为目前ORNJ发病机制的主流学说[23-25]。随后，何悦等[26]提出了放射诱导的纤维萎缩机制在放射性颌骨坏死的发生、发展过程中起着重要作用的观点，认为在颌骨及其周围组织中存在上皮细胞、内皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞、骨髓基质干细胞等肌成纤维细胞(myofibroblast, MFB)的分化来源，而肌成纤维细胞的抗凋亡特性及异常分泌细胞外基质成分的能力可能是颌骨放射性骨坏死起源的重要原因之一；宗春琳等[27]认为MFB可能是放射性颌骨坏死的关键效应细胞，MFB长期快速增生，产生大量的细胞外基质蛋白、分泌胶原并造成组织张力升高，使受放射区域组织合成和降解平衡被破坏，骨间质减少而被低活性的纤维组织所替代最终在各种物理化学刺激影响下发生放射性颌骨坏死，这种影响可能持续至放疗后几十年，进一步补充完善了RIF学说。

Delanian等[28]根据本理论提出了己酮可可碱联合生育酚的抗纤维化治疗方案并在一项Ⅱ期临床试验中进行了初步验证，为ORNJ的临床治疗提供了新的方向。最新meta分析结果显示使用上述药物治疗方案治疗ORNJ时，完全恢复或显著改善的比例计算为62.7%(标准差3.4%，95%置信区间55.8%～69.1%)，28%的患者疾病无进展且不需要进一步的手术治疗，仅在7%的病例中疾病进展、需要进行手术干预，提示己酮可可碱联合生育酚的抗纤维化治疗方案对ORNJ是有效的[17]，近年来多项有关抗纤维化治疗ORNJ的临床研究同样显示出积极的治疗效果[29-33]，也更进一步证明了RIF学说的可靠性。

4 微血管栓塞学说

血管减少和组织纤维化是终末期ORNJ的共同特征，多年来一直有学者主张微血管栓塞学说，认为在骨组织经辐射后受损的同时，血管也因辐射发生一系列形态及功能上的变化，并成为导致ORNJ发生的重要原因之一。放射治疗后的早期，颌骨内的血管内膜肿胀，局部血流速率增加将骨髓间充质干细胞带到受照射的骨骼区域[34]，后期则因血管壁增厚和内皮增生突向管腔，造成血管狭窄和闭塞，导致局部血供锐减或终止，加速ORNJ的进展。有学者通过构建放射性颌骨坏死动物模型发现放疗对血管内皮细胞的损伤导致局部血流减少在放射性颌骨坏死的发生、发展过程中起着关键作用，研究发现放疗后15 d颌骨内血管的血流降至正常组织的50%以下，微血管损伤的发生早于骨重塑功能的丧失和骨破坏的出现，这一结果说明表明微血管损伤可能在ORNJ的发生中起关键作用[35]。

5 细菌感染学说

Marx[13]由于未能在坏死骨深处检测到微生物感染，而在“三低”学说中提出ORNJ是一种无菌性坏死、细菌感染仅在ORNJ中起表面污染作用的观点，多年来被广泛认可。然而随着微生物检测手段及技术的进步，这一观点也受到了挑战。Store等[36]通过DNA-DNA杂交技术对12例无骨质外露、骨膜完整的放射性坏死下颌骨深髓标本进行了细菌检测并在所有样本中均检测到了大量细菌DNA，以厌氧菌为主，其中牙龈卟啉单胞菌浓度最高，其次是具核梭杆菌多形亚种，并在所有样本中均检测到了放线菌、直肠弯曲菌和侵蚀艾肯菌。作者提出细菌感染可能是导致ORNJ的另一种组织破坏机制，辐照后的颌骨丧失了对细菌的抵抗能力，并且辐射会在骨骼内引发一种髓内的炎性反应，扩散后形成“放射性骨髓炎”，以厌氧菌为主的细菌髓内感染，可能在ORNJ的发生、发展中发挥远比表面污染物更重要的作用。

综上所述，ORNJ的确切发病机制目前仍不明确，“三低”学说是曾经较为普遍接受的理论但存在一定局限性；“三要素”学说在“三低”学说提出后曾一度被推翻，但在细菌感染学说的补充下再次得到一定认可；微血管栓塞学说提出微血管损伤可能在ORNJ的发生中起关键作用；RIF学说是目前能更好解释ORNJ病理生理过程的学说，其认为放射线引起成纤维细胞与肌成纤维细胞过度增殖与分化、细胞外基质过度沉积与改建、并最终导致骨坏死的发生，相关细胞生物学和分子生物学研究也支持该理论，但是ORNJ发病过程中肌成纤维细胞的来源及其分子调控机制研究较少，仍有待于进一步深入的研究。