骨的纖維結(jié)構(gòu)不良的病理病理學(xué)研究進(jìn)展

骨的纖維結(jié)構(gòu)不良的病理病理學(xué)研究進(jìn)展

骨纖維結(jié)構(gòu)不良（fd）是一種非遺傳疾病，特征是纖維和骨組織腫瘤的增生，也被稱為骨纖維樣生殖器?？杀憩F(xiàn)為單個(gè)骨組織或多骨病損,以畸形、疼痛和病理骨折為特點(diǎn)。約3%的多骨病損患者伴有內(nèi)分泌紊亂,常見為性早熟和皮膚“牛奶咖啡斑”樣病損(McCuneAlbright綜合征),極少數(shù)可出現(xiàn)肉瘤變。然而,大多數(shù)患者無主觀癥狀。依據(jù)影像學(xué)表現(xiàn)和病理學(xué)特點(diǎn)很容易作出FD的診斷,影像學(xué)和骨代謝生化指標(biāo)的改變有助于對(duì)FD預(yù)后的評(píng)估。近10年來,對(duì)FD的研究在病理生理學(xué)方面取得了突破性進(jìn)展,目前已證實(shí)FD的病因在于體細(xì)胞激發(fā)性G蛋白(Gs)α亞基突變,引起細(xì)胞內(nèi)cAMP濃度升高,隨之誘發(fā)成骨細(xì)胞異常增殖、分化和白細(xì)胞介素6(Interleukin-6,IL-6)異常增高,促進(jìn)破骨細(xì)胞性骨吸收,最終導(dǎo)致病損形成。細(xì)胞基因突變gsa由于激發(fā)性G蛋白α亞基(Gsα)基因編碼(GNAS1)突變的發(fā)現(xiàn),為在分子水平上揭示FD成因提供了理論依據(jù)。在正常生理狀態(tài)下,腺苷酸環(huán)化酶(Adenylatecyclase,AC)通過G蛋白偶聯(lián)在細(xì)胞膜激素受體上。G蛋白由α,β和γ亞基組成,在無活性狀態(tài)時(shí),α亞基結(jié)合GDP;當(dāng)配體與受體結(jié)合后,α亞基從β、γ亞基復(fù)合物中解離出來,與GTP結(jié)合呈活性狀態(tài)。這個(gè)過程是可逆的,當(dāng)完成信息傳遞任務(wù)后,α亞基發(fā)揮GTP酶作用,水解GTP為GDP,再重新與β、γ亞基復(fù)合物結(jié)合為無活性狀態(tài)。活性狀態(tài)α亞基移向AC,與AC結(jié)合并激活產(chǎn)生cAMP,從而產(chǎn)生相應(yīng)的生理變化。Gsα的突變最早是在內(nèi)分泌紊亂患者中發(fā)現(xiàn)的。在甲狀腺功能亢進(jìn)和垂體腫瘤患者中,發(fā)現(xiàn)Gsα的變構(gòu)導(dǎo)致內(nèi)分泌組織內(nèi)cAMP集聚,引起細(xì)胞增生和激素分泌,經(jīng)研究進(jìn)一步證實(shí)這是體細(xì)胞Gsα突變的結(jié)果,是因?yàn)檫@些顯性突變抑制了Gsα的GTP酶活性,導(dǎo)致AC活性增加和cAMP水平提高。在McCune-Albright綜合征中,已發(fā)現(xiàn)顯性突變位于Gsα基因的第8外顯子(G※A或C※A突變),同時(shí)也發(fā)現(xiàn)在幾種不同的內(nèi)分泌或其他組織中體細(xì)胞Gsα突變程度不同,因而推測(cè)體細(xì)胞Gsα突變?cè)谂咛ピ缙谛纬?并且呈鑲嵌體狀態(tài)分布,以致于日后產(chǎn)生多種不同的病理改變。這些突變引發(fā)了在Gsα第201位點(diǎn)的精氨酸(R)被半胱氨酸(C)取代(R201C)或被組氨酸(H)替代(R201H),導(dǎo)致Gsα功能改變;其他的突變也相繼被發(fā)現(xiàn),如R201G[4~6]及與Gsα無關(guān)的另類突變等。隨后,DalCin等發(fā)現(xiàn)FD與畸變的染色體重組無關(guān)。Candeliere等[4~6]利用RT-PCR分析也證實(shí)了Gsα突變,并在體外培養(yǎng)的成骨細(xì)胞內(nèi)顯示了R201C和R201H突變的表達(dá),而且在單發(fā)及多發(fā)的FD中,均發(fā)現(xiàn)Gsα突變的存在。Riminucci等進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)在病損內(nèi)并不是所有的骨細(xì)胞都是突變細(xì)胞,突變呈鑲嵌體狀態(tài)分布特點(diǎn)而允許細(xì)胞幸存。Gsα突變不是生殖細(xì)胞突變,而是合子后出現(xiàn)的體細(xì)胞突變,從而推測(cè)在胚胎早期出現(xiàn)的Gsα突變可導(dǎo)致多部位的病理改變,如McCune-Albright綜合征,而晚一些出現(xiàn)的突變可造成更局限性的病變,諸如甲狀腺腺瘤,垂體腺瘤和單發(fā)的FD。因此,可以解釋來源于同一分子改變(基因突變)而臨床表現(xiàn)各異的緣由。在結(jié)構(gòu)不良病損的骨髓基質(zhì)中,Gsα突變?cè)诠亲婕?xì)胞內(nèi)表達(dá),并且這些突變表達(dá)頻率多發(fā)的FD高于單發(fā)。Bianco等發(fā)現(xiàn)單一突變細(xì)胞植入裸鼠皮下不能成骨,可能是由于突變導(dǎo)致細(xì)胞死亡的結(jié)果,只有突變和非突變細(xì)胞混合在一起時(shí),才能形成結(jié)構(gòu)不良的病灶,故推測(cè)FD病損的形成與發(fā)展需要有突變和非突變的細(xì)胞同時(shí)存在。cs突變相關(guān)機(jī)制和細(xì)胞生物學(xué)檢測(cè)目前研究發(fā)現(xiàn)FD的發(fā)病機(jī)制有多種途徑。從理論上推測(cè),活化的Gsα突變應(yīng)誘導(dǎo)AC的激活而增加cAMP的集聚,從而引發(fā)相應(yīng)的病理學(xué)效應(yīng)。在實(shí)驗(yàn)研究中,許多學(xué)者在McCune-Albright綜合征成骨細(xì)胞內(nèi)的確發(fā)現(xiàn)了Gsα突變,誘導(dǎo)cAMP濃度異常增高,導(dǎo)致成骨細(xì)胞異常分化。此效應(yīng)與cAMP信號(hào)傳遞途徑緊密相關(guān)?，F(xiàn)已知由cAMP的增高傳遞信號(hào)的這條途徑嚴(yán)格地控制基因表達(dá):由cAMP的增高激活蛋白激酶A(PKA),然后磷酸化屬于cAMP應(yīng)答元件結(jié)合蛋白(CREB)家族成員的某些轉(zhuǎn)錄因子,再引導(dǎo)這些蛋白與DNA的結(jié)構(gòu)域(被稱為在靶基因啟動(dòng)子上的cAMP應(yīng)答元件,CRE)結(jié)合,促進(jìn)DNA轉(zhuǎn)錄。例如,在腦垂體細(xì)胞內(nèi)由Gsα突變活化導(dǎo)致cAMP增高,引起PKA活性增強(qiáng)可刺激催乳素和生長(zhǎng)激素的啟動(dòng)子活性,加速其基因表達(dá),最終引起催乳素和生長(zhǎng)激素分泌過多。在成骨細(xì)胞中,由Gsα突變誘導(dǎo)cAMP增高可引起多種效應(yīng),最快的效應(yīng)是受累的細(xì)胞收縮,這可能是由于cAMP在細(xì)胞骨架蛋白中迅速解離效應(yīng)引起的。如啟動(dòng)子含有CRE的骨橋蛋白,在Gsα突變細(xì)胞內(nèi)cAMP增高也可引起骨基質(zhì)蛋白表達(dá)的降低。cAMP增高也與溶骨性骨吸收有關(guān),在嚴(yán)重的甲狀旁腺亢進(jìn)的患者中可以觀察到這種局限性骨吸收,因?yàn)檫^高的甲狀旁腺激素誘導(dǎo)破骨細(xì)胞內(nèi)的cAMP升高,產(chǎn)生較多的骨吸收因子,引起破骨細(xì)胞性骨吸收。cAMP水平增高可通過激活PKA途徑導(dǎo)致癌基因c-fos過度表達(dá),引起相應(yīng)的病理變化。c-fos是一種蛋白質(zhì),與Jun家族蛋白結(jié)合形成異源二聚體,能和多個(gè)基因啟動(dòng)子的特異序列結(jié)合。c-fos啟動(dòng)子含有CRE,可以推測(cè)它也是FDGsα突變產(chǎn)生病理效應(yīng)的潛在目標(biāo)。在體外實(shí)驗(yàn)中,Sassone-Corsi等證實(shí)了由Gsα突變誘導(dǎo)的c-fos過度表達(dá)。在內(nèi)分泌細(xì)胞內(nèi),Gsα突變誘導(dǎo)c-fos轉(zhuǎn)錄的激活物包括有多種序列,如CRE和SRE。在骨組織中,Gsα突變?cè)黾觕-fos及c-jun表達(dá),c-jun與c-fos結(jié)合形成AP-1異源二聚體復(fù)合物;在內(nèi)分泌細(xì)胞內(nèi),Gsα突變也可增加c-jun和JunB的表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)在FD病損中,c-fos及c-jun表達(dá)均增加,同時(shí)又可誘導(dǎo)由AP-1控制的基因異常表達(dá)。AP-1家族成員是調(diào)節(jié)骨形成的重要因子,例如c-fos缺乏或過度表達(dá)在轉(zhuǎn)基因鼠體內(nèi)可出現(xiàn)嚴(yán)重的骨異常,c-fos過度表達(dá)導(dǎo)致骨形成增加,這些骨類似于結(jié)構(gòu)不良的骨病損。在體外AP-1控制有關(guān)成骨細(xì)胞分化的基因,c-fos調(diào)節(jié)骨鈣蛋白和骨橋蛋白的基因表達(dá),因?yàn)樗鼈兊膯?dòng)子都含有AP-1位點(diǎn)。通過原位雜交和免疫組化技術(shù)分析顯示:c-fosmRNA和c-fos蛋白水平在Gsα突變FD骨病損中增高。因此,c-fos過度表達(dá)可能參與了導(dǎo)致骨病損形成的分子學(xué)機(jī)制。c-fos通常在人骨肉瘤細(xì)胞中過度表達(dá),而且實(shí)驗(yàn)研究顯示:c-fos在鼠的成骨細(xì)胞內(nèi)可以誘導(dǎo)癌基因轉(zhuǎn)變,所以c-fos過度表達(dá)可能為導(dǎo)致某些FD惡變的誘因。目前已發(fā)現(xiàn)由cAMP引起c-fos蛋白增加可誘導(dǎo)細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞增殖循環(huán)G1期,這與c-fos在不成熟的成骨細(xì)胞內(nèi)表達(dá)是一致的,而且它控制成骨細(xì)胞增殖和分化。因而,推測(cè)c-fos和AP-1家族成員表達(dá)增高引起成骨細(xì)胞增殖和不正常分化。除此之外,在FD病損區(qū)還存在著局限性溶骨破壞,目前研究發(fā)現(xiàn)至少有兩種細(xì)胞因子可能與之有關(guān)。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)Gsα突變(R201H)的骨祖細(xì)胞內(nèi)IL-6水平持續(xù)增高,另外在病損中低分化細(xì)胞也可以產(chǎn)生更多的IL-6,如前所述,Gsα突變可以提高cAMP水平,而cAMP水平提高又可造成細(xì)胞的低分化。相反,在突變的細(xì)胞中抑制cAMP水平增高可降低IL-6。因此有人提出Gsα突變誘導(dǎo)cAMP濃度升高,導(dǎo)致IL-6過度表達(dá)。Motomura等通過實(shí)驗(yàn)也證實(shí)Gsα突變轉(zhuǎn)染后的成骨細(xì)胞可誘導(dǎo)IL-6增加這一推測(cè)。IL-6基因啟動(dòng)子含有CRE以及AP-1和NF-kB結(jié)合位點(diǎn),Gsα突變?cè)黾覣P-1、核因子NF-IL-6、NF-kB和CREB在IL-6基因啟動(dòng)子上的結(jié)合,因而引起突變的成骨細(xì)胞細(xì)胞因子IL-6表達(dá)增加,加速破骨細(xì)胞形成,活性增強(qiáng)可引起破骨細(xì)胞性骨吸收。在其他以骨吸收為特征的疾病中,如絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松和Peget's病,也發(fā)現(xiàn)了IL-6可刺激破骨細(xì)胞分化和增加骨吸收,進(jìn)一步證實(shí)了IL-6在FD溶骨區(qū)內(nèi)可以增強(qiáng)骨吸收的作用。值得關(guān)注的是糖皮質(zhì)激素可以降低細(xì)胞產(chǎn)生的IL-6,減少骨吸收,并且能促進(jìn)成骨細(xì)胞的分化與成熟,為臨床上治療FD提供了新的線索。在結(jié)構(gòu)不良細(xì)胞內(nèi),IL-11的增加也曾被發(fā)現(xiàn),提示它可能與本病的溶骨病損有關(guān)。最新資料表明,由基質(zhì)細(xì)胞和成骨細(xì)胞產(chǎn)生的某些局部分子在破骨細(xì)胞分化和骨吸收方面起著重要作用,參與由細(xì)胞因子,如IL-6、IL-11引起的骨吸收,推測(cè)這些分子很可能是在IL-6、IL-11誘導(dǎo)骨吸收過程中最后一個(gè)環(huán)節(jié)上發(fā)揮作用。FD在細(xì)胞學(xué)上的改變還可能涉及其他的機(jī)制。有兩項(xiàng)研究報(bào)告顯示在單發(fā)和McCune-Albright綜合征的成骨細(xì)胞中性激素受體增多,因而增加了雌激素表達(dá)水平,這種現(xiàn)象與這些病例內(nèi)分泌狀態(tài)無關(guān),只反映性激素受體調(diào)節(jié)異常,這種異常可能與編織骨的形成有關(guān)。因?yàn)榇萍に卦谀撤N程度上可通過增加局部生長(zhǎng)因子,如IGF-1和TGF-β的表達(dá)來刺激成骨細(xì)胞的增殖。IGF-1和TGF-β是控制骨化的重要因子。然而,這些生長(zhǎng)因子的表達(dá)是否在FD中呈現(xiàn)局限性增加,目前尚無結(jié)論。近來有報(bào)道:在McCune-Albright綜合征的成骨細(xì)胞內(nèi)甲狀旁腺素相關(guān)肽(PTHrP)表達(dá)增高,在體外用1,25(OH)2D3治療能降低PTHrP以及它的骨性標(biāo)記物。因此,認(rèn)為PTHrP表達(dá)局部增高可能也參與了該綜合征的骨細(xì)胞改變,而PTHrP作用于骨細(xì)胞的方式與PTH類似。糖皮質(zhì)治療fd和mccune-albford綜合征的臨床研究發(fā)現(xiàn)大多數(shù)單發(fā)、無癥狀的FD多不需要治療,只需觀察,預(yù)防畸形發(fā)展,防止病理性骨折的發(fā)生。外科治療適應(yīng)證取決于下例因素:癥狀和臨床影像表現(xiàn),年齡和病損范圍。如無癥狀,無潛在骨折危險(xiǎn),不需手術(shù)。兒童期外科手術(shù),病變易復(fù)發(fā),植入骨腔的骨大部分被吸收;在青春期,手術(shù)成功率與失敗率基本相等;而在成人期,絕大多數(shù)手術(shù)可獲成功。復(fù)發(fā)的可能性不一定取決于結(jié)構(gòu)不良的范圍。因此,刮除和骨移植僅僅適用于成人局限性和有癥狀的FD。兒童最好行有限治療如截骨矯正和內(nèi)固定等,多發(fā)患者不宜施行手術(shù),主要是預(yù)防畸形發(fā)展,防止病理性骨折。二磷酸鹽類藥物Pamidronte在臨床上用于治療FD已有十余年。在緩解疼痛,縮小病損區(qū)域等方面均取得了良好的效果,其理論依據(jù)是二磷酸鹽可以抑制破骨細(xì)胞的活性,但機(jī)制還不清楚。許多作者采用Pamidronte靜脈注入治療FD和McCune-Albright綜合征,其結(jié)果為疼痛緩解,骨折率下降,血漿ALP和尿中羥基脯氨酸(骨代謝旺盛的生化指標(biāo))明顯降低,影像學(xué)表現(xiàn)為病損區(qū)骨皮質(zhì)增厚、骨密度增高及溶骨區(qū)域縮小等。認(rèn)為是一種副作用小、可以被患者長(zhǎng)期接受的治療方法,也適用于兒童。如前所述,IL-6異常增高是FD成因之一,它可以抑制骨形成和增強(qiáng)破骨細(xì)胞活性引起大量的骨吸收。糖皮質(zhì)激素可降低IL-6mRNA在正常和FD細(xì)胞中的表達(dá)水平,降低IL-6分泌。地塞米松、甲基潑尼松龍等可以促進(jìn)離體培養(yǎng)的FD細(xì)胞中成骨細(xì)胞的分化,引起骨基質(zhì)蛋白表達(dá)的增加和加速這些細(xì)胞的礦化。因此,這些發(fā)現(xiàn)為糖皮質(zhì)激素治療FD和McCune-Albright綜合征提供了理論根據(jù),但目前尚未見相關(guān)臨床報(bào)道。目前研究發(fā)現(xiàn)IL-6是通過其特殊的受體(IL-6R)起作用的。IL-6R是一種糖蛋白,它有兩種存在形式,即細(xì)胞膜受體和可溶性受體(sIL-6R)。前者包括α亞基(gp80)和β亞基(gpl30)兩部分,α亞基為受體的配體,它在膜受體與IL-6的結(jié)合中起一定作用。后者僅有相當(dāng)于gpl30的部分。gpl30可特異結(jié)合IL-6并傳遞結(jié)合信號(hào),故兩者均可實(shí)現(xiàn)其受體功能。Bellido等證實(shí)骨髓干細(xì)胞和破骨細(xì)胞上有IL-6R存在,而IL-6正是與gpl30結(jié)合而發(fā)揮作用的。IL-6與IL-6R結(jié)合后,IL-6R空間構(gòu)象發(fā)生改變,gpl30聚合而表現(xiàn)出酪氨酸激酶(TPK)或Jak-Tyk激酶的活性,引起一系列細(xì)胞內(nèi)的酶鏈反應(yīng),并導(dǎo)致細(xì)胞功能的改變,進(jìn)而引起病理學(xué)上的變化。利用IL-6Mab(anti-interleukin-6monoclonalantibody)和IL-6R拮抗劑治療多發(fā)性骨髓瘤和漿細(xì)胞白血病己有報(bào)道,患者臨床癥狀(包括溶骨性改變)及生化指標(biāo)改善令人滿意,且沒有明顯的副作用,雖然尚處于摸索階段,但為臨床治療提供了新的選擇,同時(shí)也為治療FD和McCune-Albright綜合征提供了新的線索。近10年來,在細(xì)胞和分子學(xué)水平上探索FD形成機(jī)制已取得了令人矚目的成果,闡明了Gsα突變?cè)贔D