成骨不全的研究進(jìn)展

潘婷婷 綜述 馮正平 審校

重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院內(nèi)分泌科，重慶 400016

成骨不全(Osteogenesis imperfecta，OI)是一種主要侵犯骨骼系統(tǒng)的罕見的先天性結(jié)締組織疾病，也可累及眼、耳、皮膚等，其特征為易骨折、關(guān)節(jié)松弛、牙質(zhì)發(fā)育不全、藍(lán)鞏膜、耳聾。相比骨質(zhì)疏松，本病具有家族性和遺傳性，但也有少數(shù)為散發(fā)病例[1]。本文就近年來OI研究進(jìn)展作一綜述。

1 成骨不全分型

目前臨床應(yīng)用最廣的為Sillence 分型：Ⅰ型:最為輕微，無肢體變形；Ⅱ型為圍產(chǎn)期致死型；Ⅲ型存在嚴(yán)重長骨畸形；Ⅳ型介于Ⅰ和Ⅲ之間，嚴(yán)重程度不等，臨床表現(xiàn)差距甚大[2]，Glorieux 等人根據(jù)獨(dú)特的巨大骨痂形成以及尺橈骨融合與橈骨頭脫位等表型特征、骨礦化缺陷病理特征、骻內(nèi)翻、近端肢體短小等特征將Ⅳ型中擴(kuò)充至Ⅴ～Ⅶ型[3，4]。其后，Ⅷ～ⅩⅤ型 隨著新致病基因的發(fā)現(xiàn)順序而先后被命名。近來又發(fā)現(xiàn)新的致病基因[5，6]。 Marini等人提出可以通過遺傳檢測、代謝機(jī)制與診治方法相結(jié)合作為新的分類形式[7]。

表1 成骨不全分型Table 1 The type of osteogenesis imperfecta

注：AD：為常染色體顯性遺傳；AR：常染色體隱形遺傳；X-Link：X染色體遺傳。

Note: AD: autosomal dominant inheritance; AR: autosomal recessive inheritance; X - Link: X chromosome inheritance.

2 成骨不全發(fā)病機(jī)制

目前大多數(shù)OI患者系常染色體顯性遺傳，因COL1A1/2、IFITM5基因突變導(dǎo)致 mRNA 的合成減少，翻譯的Ⅰ型膠原蛋白數(shù)量減少，而Ⅰ型膠原的存在對三螺旋的形成至關(guān)重要[8,9]。COL1A1 和 COL1A2 基因的錯義突變導(dǎo)致甘氨酸被替換，前膠原α鏈不能正確合成，Ⅰ型膠原分子的結(jié)構(gòu)異常，引起Ⅰ型膠原三級螺旋結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，因被替換的氨基酸不同而表現(xiàn)出表型的多樣性[10-12]。IFITM5基因的錯義突變，編碼干擾素誘導(dǎo)的跨膜蛋白5，也稱為骨限制性IFITM樣蛋白(Bril)，僅在骨組織中表達(dá)，導(dǎo)致異?；|(zhì)礦化，骨內(nèi)膜鈣化[13,14]。

常染色體隱形遺傳機(jī)制較為復(fù)雜，基因表型多樣化，致病基因分別為 SERPINF1、 CRTAP、 LEPRE1、 PPIB、 SERPINH1、 FKBP10、 SP7、 BMP1、TMEM38B、WNT1，擴(kuò)充了成骨不全的Ⅵ～ⅩⅤ型。SERPINH1、 FKBP10基因的蛋白產(chǎn)物HSP47、FKBP65優(yōu)先向前膠原三重螺旋的N端,并協(xié)助穿梭的膠原蛋白正確折疊入高爾基體，從而使膠原蛋白折疊穩(wěn)定[15]。因BMP1和C-前肽裂解位點(diǎn)中的突變，C-前肽從I型前膠原中切割受阻，前肽區(qū)剪切的延遲，可能會削弱其剪切加工賴氨酰氧化酶 LOX 酶原的作用，影響膠原纖維分子間以及分子內(nèi)的交聯(lián)反應(yīng)[16]。TMEM38B基因編碼三聚體細(xì)胞內(nèi)陽離子通道B(TRIC-B)，充當(dāng)K+通道，作用于維持不可興奮細(xì)胞中的細(xì)胞內(nèi)鈣釋放，涉及膠原代謝中的多種蛋白質(zhì)是鈣依賴性的，TMEM38B突變可以改變膠原蛋白的翻譯后修飾，因?yàn)樗梢哉{(diào)節(jié)鈣網(wǎng)蛋白與親環(huán)蛋白B和蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶的相互作用，由TMEM38B突變引起的鈣釋放減少會通過Ca2 +依賴性酶/磷酸酶信號使Ca2 +依賴性激酶使失活，因此，抑制多能間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化成成骨細(xì)胞；異常Ca2 +可能導(dǎo)致ER膜的快速重組并激活解折疊蛋白反應(yīng)，導(dǎo)致ER應(yīng)激，可導(dǎo)致細(xì)胞毒性，誘導(dǎo)成骨細(xì)胞凋亡并影響骨基質(zhì)的分泌；故細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外代謝途徑的幾個改變可能與TMEM38B突變誘導(dǎo)的OI發(fā)病機(jī)制有關(guān)[17]。部分常染色體隱性遺傳致病基因突變并引起前膠原α 鏈的翻譯后修飾、前膠原蛋白的分泌、加工等，導(dǎo)致前膠原蛋白的合成代謝異常，從而參與疾病的發(fā)生[18]。

WNT1基因編碼Wnt1蛋白，而Wnt信號通路在骨細(xì)胞發(fā)育和骨內(nèi)穩(wěn)態(tài)中起關(guān)鍵作用，可進(jìn)一步分為典型和非典型途徑。在經(jīng)典的Wnt-β-catenin通路中，Wnt1作用于Frizzled受體和輔助受體，即LRP5(脂蛋白受體相關(guān)蛋白5)和LRP6(脂蛋白受體相關(guān)蛋白6)，Wnt1和LRP5的結(jié)合通過抑制泛素介導(dǎo)的蛋白水解降低了β-catenin的降解。多余的β-catenin積聚在細(xì)胞核中，結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子4或淋巴增強(qiáng)子結(jié)合因子4，并將誘導(dǎo)下游基因表達(dá)，促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化[19,20]。在非典型途徑的上下文中，Wnt1作用于Fzds和Dv1以觸發(fā)下游級聯(lián)，并參與細(xì)胞骨架組織和成骨細(xì)胞分化的調(diào)節(jié)[21]。WNT1 基因突變降低成骨細(xì)胞活性，骨架結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，骨強(qiáng)度降低，使OI患者即在輕微創(chuàng)傷下表現(xiàn)出骨量減少和骨折。

3 成骨不全的診斷

有陽性家族史基礎(chǔ)，伴有脆性骨折、藍(lán)鞏膜典型臨床特征的患者不難診斷，在輕度骨骼改變但沒有OI骨骼外部特征的兒童中，很難在臨床上建立診斷。Ⅵ型臨床嚴(yán)重程度為中到重度，但有“魚鱗”狀骨板的特征，VI型OI患者中血清色素上皮衍生因子(PEDF)含量下降[22]，可針對出生患兒提供診斷思路。OI患者無根治方法，故產(chǎn)前診斷預(yù)防患兒出生尤為重要。產(chǎn)前超聲檢查尤其是22-26周的四維系統(tǒng)B超可以較準(zhǔn)確觀察到胎兒骨骼系統(tǒng)的畸形。而對于有家族史或者產(chǎn)前超聲異常的高風(fēng)險人群，可通過PCR擴(kuò)增及DNA測序、高通量基因測序、高分辨溶解曲線分析檢測致病基因，提高陽性診斷。

有研究者在一項74例高危胎兒產(chǎn)前基因診斷得出，攜帶OI致病突變胎兒的檢出率可達(dá)54%(40/74)；胎兒及其父母和(或)先證者的基因型分析表明：夫婦一方為OI患者時，OI陽性胎兒的檢出率為68.9%(40/58)；夫妻基因基因型正常時，所生胎兒OI陽性檢出率為0。由此可見，OI患者的后代具有較高的OI發(fā)病風(fēng)險；相反，當(dāng)先證者為散發(fā)病例時，其父母再次生育患兒的風(fēng)險較小。因而，OI患者必須在完成自身基因診斷的基礎(chǔ)上進(jìn)行產(chǎn)前基因診斷，有效預(yù)防新生患兒的產(chǎn)生[23]。

4 成骨不全治療

OI的治療是需要多學(xué)科共同協(xié)作。OI患者常反復(fù)或自發(fā)性骨折，畸形愈合多見，肢體常彎曲或成角，對于畸形嚴(yán)重者可采取措施矯正畸形，改善負(fù)重力線。髓內(nèi)伸縮棒的應(yīng)用可以減少骨折次數(shù)及維持長骨功能[24]。矯正器的使用有益于患者日?；顒印Ｔ谒幬锝档凸钦埏L(fēng)險同時配合手術(shù)矯正，可提高患兒生活質(zhì)量。

雙膦酸鹽是治療OI最主要的藥物,已經(jīng)被證明可以減少骨痛,改善肌力，提高骨密度，降低骨折風(fēng)險。靜脈注射帕米膦酸鈉治療成骨不全的標(biāo)準(zhǔn)給藥方案為1 mg/(kg·d)，每次注射時間為3-4 h，連續(xù)注射3天，間隔周期2-4個月，藥物累計劑量為每年9 mg/kg[25]。最近，有學(xué)者提出雙膦酸鹽對成長中的兒童長期影響和安全性仍有一些擔(dān)憂，長期使用雙膦酸鹽與青少年的非典型股骨骨折相關(guān)[26,27]，主要影響機(jī)制被認(rèn)為是雙膦酸鹽對骨重塑抑制作用，導(dǎo)致非愈合性微裂紋，最終致全骨折。 Shane E等人在一項93例OI兒童患者予以雙膦酸鹽基礎(chǔ)治療、持續(xù)治療和中斷3組的回顧性隊列研究，發(fā)現(xiàn)三組的骨折模式相似，骨折最常見的位置是中軸骨或遠(yuǎn)端骨，其次是轉(zhuǎn)子間和遠(yuǎn)端骨折；幾乎所有骨折均為橫向或傾斜，即用雙膦酸鹽治療的OI患兒股骨骨折模式無任何改變[28]，仍可繼續(xù)應(yīng)用。

特立帕肽(teriparatide)為PTH的N端1～34片段，其作用機(jī)制主要為促進(jìn)骨骼形成，目前主要用于骨質(zhì)疏松癥的治療。在一項為期24月的臨床試驗(yàn)，3名具有WNT1錯義突變，3名具有PLS3剪接突變的OI患者，每日接受20 μg特立帕肽治療，所有患者在3-6個月骨轉(zhuǎn)換指標(biāo)如P1NP、骨鈣素和CTx增加；5例患者腰椎BMD從5.2%升至7.9%，4名患者股骨頸BMD自2.6%增至7.8%[29]，基于BMD顯著提高為治療OI提供證據(jù)。

OI類型不同，治療方法略有差別。OI的VI型多由SERPINF1突變所致，其可通過RANK/ RANKL通路激活破骨細(xì)胞，此類型患者對雙膦酸鹽治療反應(yīng)不佳，其機(jī)制可能是由于患者類骨質(zhì)礦化不良所致[30]。denosumab是人源性RANKL的單克隆抗體，能抑制RANKL和RANK結(jié)合，通過抑制破骨細(xì)胞活性，抑制骨吸收、增加骨密度、降低骨折風(fēng)險[31]。4名成骨不全VI患者每間隔12周予以1 mg / kg劑量的denosumab治療，2年后表現(xiàn)出BMD的增加，骨畸形改善，骨折風(fēng)險降低和肌肉增強(qiáng)[32]。

OI的Ⅶ小鼠體內(nèi)大量分泌TGF-β，其由成骨細(xì)胞分泌，在骨吸收時被釋放、活化，能與蛋白多糖結(jié)合參與膠原纖維形成。在鼠模型中抗TGF-β抗體可以修復(fù)骨表型，因此TGF-β骨細(xì)胞信號通路的藥物可能是對OI Ⅶ有希望的療法[33]。

有研究發(fā)現(xiàn)對WNT1突變OI患者予以雙膦酸鹽治療，BMD有增加，但骨折風(fēng)險未明顯降低。BPS804一種中和性抗硬化蛋白抗體，通過Wnt信號通路刺激成骨細(xì)胞，有利于改善骨骼質(zhì)量和減少長骨脆性，促進(jìn)骨形成，減少骨吸收并增加OI患者的腰椎BMD，達(dá)到增加骨密度同時減低骨折風(fēng)險[34,35]。

藥物治療可以改善OI的癥狀，根治則需依靠基因治療，目前基因治療主要用于COL1A1和COL1A2基因，通過RNA干擾使致病基因沉默，siRNA特異性抑制異常mRNA表達(dá)，將突變基因封鎖成無效等位基因[36]。已報道的COL1A1和COL1A2基因突變的位點(diǎn)超過八百個，部分等位基因的區(qū)別僅限于一個核酸的不同，利用靶向雜交體的siRNA理論上增加等位基因的特異性，提高治療基因OI的可能性。有研究發(fā)現(xiàn)將有標(biāo)記基因的重組泡沫病毒載體注射到兔子的股骨骨髓腔，有效的改善骨礦物質(zhì)密度和微結(jié)構(gòu)，且采取髓內(nèi)輸注可能是干細(xì)胞治療OI的有效細(xì)胞遞送途徑，優(yōu)于全身給藥，骨髓間質(zhì)干細(xì)胞移植有望用于OI的治療[37,38]。

5 結(jié)論

OI多由I型膠原蛋白的基因突變所致，隨著分子遺傳學(xué)的進(jìn)展多個隱性基因表型逐漸發(fā)現(xiàn)，其致病機(jī)制逐漸明確。目前雙膦酸鹽是有效治療OI的方法之一，其可提高骨密度，緩解骨痛，降低骨折風(fēng)險，甲狀旁腺素氨基端片段、抗硬化蛋白抗體等藥物，有望增加骨密度、改善骨骼微結(jié)構(gòu)且降低骨折風(fēng)險。而基因治療、骨髓間質(zhì)干細(xì)胞移植新型治療手段漸進(jìn)入視野，應(yīng)用于臨床還需要經(jīng)一步研究。