雙膦酸鹽相關(guān)性頜骨壞死發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展

羅 號，劉忠龍，李曉光，孟 箭，何 悅

雙膦酸鹽相關(guān)性頜骨壞死(bisphosphonate-related osteonecrosis of the jaw，BRONJ)是患者長期使用雙膦酸鹽(bisphosphonates，BPs)藥物引起的嚴(yán)重不良反應(yīng)。該病于2003年被首次報道[1]，目前美國口腔頜面外科醫(yī)師協(xié)會(American Association of Oral and Maxillofacial Surgeons，AAOMS)對BRONJ的臨床診斷標(biāo)準(zhǔn)為：①患者口腔頜面部存在8周不能愈合的暴露骨面；②同時患者正在接受或已經(jīng)進(jìn)行過BPs類藥物治療；③并且患者無頭頸部放射治療史[2]。BRONJ和部分抗腫瘤藥物引起的頜骨壞死統(tǒng)稱為藥物相關(guān)性頜骨壞死(medication-related osteonecrosis of the jaw，MRONJ)。BRONJ累及區(qū)域血運(yùn)變差，因上頜骨較下頜骨血運(yùn)豐富，抗感染能力強(qiáng)，因此BRONJ累及下頜骨較為多見[3]，且以前磨牙區(qū)和磨牙區(qū)最為多發(fā)。BRONJ病程進(jìn)展緩慢，初期拔牙創(chuàng)間歇性鈍痛或持續(xù)性針刺樣疼痛，累及鄰近牙齒疼痛、松動，伴有牙齦軟組織破潰、流膿以及嚴(yán)重口臭。病情繼續(xù)進(jìn)展，軟組織大面積潰爛，頜骨疼痛加劇，并最終導(dǎo)致大面積的骨面暴露，可能伴發(fā)口內(nèi)外瘺，軟組織無法再生[4]。目前針對BRONJ的治療均為對癥處理，分為保守性治療及手術(shù)干預(yù)等。保守治療包括抗感染治療、局部鎮(zhèn)痛治療等；手術(shù)干預(yù)包括有限的局部病灶刮治術(shù)、頜骨部分切除術(shù)以及相對徹底的頜骨截斷術(shù)+游離軟硬組織瓣修復(fù)術(shù)等。因此，深入研究BRONJ的發(fā)病機(jī)理，能為其針對性地治療提供思路。目前公認(rèn)的BRONJ的發(fā)病機(jī)制主要有：頜骨代謝失衡、血管生成抑制、局部微生物感染、免疫功能紊亂、軟組織毒性等。本文就相關(guān)假說及涉及信號通路的機(jī)制研究進(jìn)展作一綜述。

1 頜骨代謝失衡

在正常頜骨組織中，成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞協(xié)同合作，維持頜骨改建中的穩(wěn)態(tài)。BRONJ目前僅發(fā)生于上下頜骨，其余部位尚未見報道，究其原因可能是因?yàn)轭M骨相較于其他部位骨質(zhì)具有較高的代謝率[5]。BPs與骨質(zhì)中羥磷灰石結(jié)合力高，通過改變破骨細(xì)胞形態(tài)及粘附性，使其特異性結(jié)合到骨表面上。BPs最常見的細(xì)胞靶點(diǎn)是破骨細(xì)胞，證據(jù)表明含氮雙膦酸鹽的一個重要調(diào)節(jié)機(jī)制是抑制甲羥戊酸途徑(MVP)的酶[6-7]。MVP特異酶的抑制導(dǎo)致了蛋白前?；^程的改變，這是包括小GTP結(jié)合蛋白(Ras、Rho、Rac和Rab)在內(nèi)的一類蛋白質(zhì)翻譯后成熟所必需的。這些蛋白質(zhì)在細(xì)胞生長和分化、細(xì)胞骨架重組、基因表達(dá)和膜皺褶中起著關(guān)鍵作用。這些小GTP結(jié)合蛋白的抑制可能干擾破骨細(xì)胞的功能，從而促進(jìn)了BRONJ的形成[8-9]。

BPs可以通過OPG/RANKL/RANK通路，引起頜骨代謝失衡。破骨細(xì)胞及其前體細(xì)胞的膜表面的跨膜蛋白，核因子κB受體活化因子(receptor activator for nuclear factor-κB，RANK)，是影響其前體細(xì)胞的分化與成熟的必要因子之一[10]。核因子κB受體活化因子配體(receptor activator for nuclear factor-κB ligand，RANKL)，作為RANK的配體，主要由成骨細(xì)胞及T細(xì)胞分泌和釋放，也是前體細(xì)胞向破骨細(xì)胞發(fā)育成熟的必要的調(diào)節(jié)劑。RANK與其配體結(jié)合后，促進(jìn)前體細(xì)胞向破骨細(xì)胞分化、成熟，從而調(diào)節(jié)體內(nèi)成骨細(xì)胞與破骨細(xì)胞維持的頜骨穩(wěn)態(tài)[11-12]。RANKL/RANK信號通路也受到骨保護(hù)素(osteoprotegerin，OPG)的負(fù)調(diào)控，OPG由成骨細(xì)胞及骨基質(zhì)細(xì)胞合成、分泌，是RANKL的一個受體，又被稱為破骨抑制因子，能夠阻礙RANKL與RANK的結(jié)合[13]。BPs通過影響成骨細(xì)胞，增加成骨細(xì)胞內(nèi)OPG的合成，OPG中和RANKL，使RANKL的表達(dá)量下降，抑制破骨細(xì)胞的活化、成熟[14-16]。

破骨細(xì)胞分化除了受RANKL調(diào)節(jié)，也受巨噬細(xì)胞集落刺激因子(m-CSF)和CD9的影響。有報道認(rèn)為，BPs可以通過阻斷ras/erk通路和激活p38MAPK，增強(qiáng)了OPG的表達(dá)，抑制了CD9、m-CSF和RANKL的表達(dá)，從而抑制破骨細(xì)胞分化[17-18]。

2 抑制血管生成

充足的血供是頜骨穩(wěn)定的重要因素，頜骨血供的減少可能是BRONJ的發(fā)病因素之一。在解剖學(xué)上，破骨細(xì)胞位于每一個骨重建間隔內(nèi)的血管附近，因此占據(jù)了一個理想的位置，以向血管發(fā)出信號和促進(jìn)血管生成[19]。低濃度的雙膦酸鹽藥物可以降低轉(zhuǎn)移性血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)水平，誘發(fā)血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，抑制病灶周圍微血管的改建[20]，降低微血管的密度[21]。Xie等[22]發(fā)現(xiàn)在骨組織發(fā)育過程中，成骨和血管生成是耦合的，主要由分泌血小板衍生生長因子BB(platelet derived growth factor-BB，PDGF-BB)的前成骨細(xì)胞調(diào)節(jié)。唑來膦酸(zoledronate，ZOL)是一種含氮的雙膦酸鹽，通過在體外優(yōu)先抑制破骨細(xì)胞的形成和PDGF-BB的分泌，可以削弱內(nèi)皮祖細(xì)胞的血管生成和骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMMSCs)的成骨作用[23]，有效地抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞的增生、降低內(nèi)皮細(xì)胞的粘附與轉(zhuǎn)移，從而減少頜骨內(nèi)微血管的密度和數(shù)量。因此在手術(shù)過程中必須用血供良好的軟硬組織進(jìn)行修復(fù)重建，如血管化腓骨肌瓣或者游離皮瓣等[24]。

3 微生物感染

口腔內(nèi)的微生物感染也是BRONJ發(fā)病因素之一。Sedghizadeh等[25]首次描述了BRONJ病變中存在微生物膜，主要由各種細(xì)菌(包括大量的厭氧放線菌、鏈球菌和其他產(chǎn)酸細(xì)菌，偶爾有酵母菌)組成，這些細(xì)菌嵌入BRONJ病變的細(xì)胞外基質(zhì)中，因此BRONJ患者最常見的臨床表現(xiàn)就是急性感染，癥狀包括疼痛(82.7%)、紅斑(83.6%)、骨外露(70.9%)、膿液(64.5%)和其他口腔外表現(xiàn)，如淋巴結(jié)腫大和引流膿腫(57.8%)等[26]。接受BPs治療的患者拔牙創(chuàng)內(nèi)的頜骨抵抗感染的能力顯著降低，菌群失調(diào)造成的局部軟硬組織機(jī)會感染很容易進(jìn)展為頜骨骨髓炎，并最終發(fā)生BRONJ[27-28]。接受BPs治療、菌群失調(diào)的患者，口腔內(nèi)微生物代謝產(chǎn)酸導(dǎo)致局部pH值下降，體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)BPs在酸性環(huán)境下更容易被釋放和激活、更具有細(xì)胞毒性。因此在臨床治療中，口內(nèi)局部應(yīng)用抗生素抑制表面細(xì)菌，可以減輕患者癥狀，也有助于黏膜上皮在暴露的頜骨骨面爬行再生，局部手術(shù)刮除感染死骨雖然無法達(dá)到根治效果，但是能有效減輕患者局部疼痛、流膿等癥狀，達(dá)到一定的臨床治療效果[29]。

4 免疫功能紊亂

長期應(yīng)用BPs會導(dǎo)致全身性免疫功能的異常，口腔內(nèi)菌群失調(diào)，機(jī)會感染增大，促進(jìn)BRONJ的發(fā)展。Favot等[30]研究發(fā)現(xiàn)，雙膦酸鹽能干擾中性粒細(xì)胞的遷移，這可能導(dǎo)致BRONJ患者的持續(xù)感染，并且大多數(shù)BRONJ患者停止服用雙膦酸鹽藥物平均1.5年后，BPs仍然對中性粒細(xì)胞有長期的抑制作用。Kalyan等[31]認(rèn)為在BRONJ患者白細(xì)胞中，調(diào)節(jié)免疫防御功能的基因表達(dá)顯著下調(diào)，導(dǎo)致IL-1和IL-8等介導(dǎo)的骨吸收作用減弱。使用BPs的患者多因患有腫瘤、進(jìn)行全身放化療以及長期激素使用等而導(dǎo)致全身免疫系統(tǒng)不完整，為BRONJ的發(fā)生發(fā)展提供了合適的條件。間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells, MSCs)是一種多能干細(xì)胞，具有分化成骨細(xì)胞的能力，但最重要的是由于其免疫調(diào)節(jié)特性的最新特征，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞應(yīng)被視為骨壞死灶的良好移植材料。有研究證實(shí)在小鼠、豬和人身上進(jìn)行MSCs移植，對治療BRONJ有不錯的療效[32-33]。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞成功的關(guān)鍵似乎更多地與它們的免疫調(diào)節(jié)特性有關(guān)，而不是它們向成骨細(xì)胞分化的潛能。事實(shí)上，MSCs移植物的療效取決于其降低IL-17、IL-6、C-反應(yīng)蛋白和Th17細(xì)胞水平的能力，以及增加IL-10、TGF-β1和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg cells)的水平的能力[34]，促進(jìn)內(nèi)源性組織再生、抑制細(xì)胞凋亡以及促進(jìn)局部血管生成。

5 軟組織毒性

當(dāng)拔牙創(chuàng)或者牙周損傷形成后，牙齦、口腔黏膜中的成纖維細(xì)胞大量增殖，合成和分泌膠原纖維和基質(zhì)成分，與新生毛細(xì)血管等共同形成肉芽組織，修復(fù)拔牙創(chuàng)的牙槽骨、牙齦及黏膜缺損，為表皮細(xì)胞的覆蓋創(chuàng)造條件。然而BPs在拔牙創(chuàng)周圍軟硬組織蓄積后，特別是與化療藥物、血管生成抑制劑等其他癌癥藥物聯(lián)合應(yīng)用后，可能通過組織毒性直接導(dǎo)致牙齦損傷，黏膜愈合延遲，隨后出現(xiàn)骨外露，這是BRONJ的主要臨床癥狀之一[35-36]。結(jié)合于骨表面的BPs對相鄰的其他類型細(xì)胞也存在抑制作用[37]。人口腔角化細(xì)胞分泌的一些生長因子和細(xì)胞因子，如表皮生長因子(EGF)誘導(dǎo)破骨細(xì)胞分化，并通過成骨細(xì)胞表達(dá)RANKL，對于口腔黏膜的創(chuàng)面愈合發(fā)揮重要的作用[38-39]。長期使用BPs對口腔黏膜角化細(xì)胞的負(fù)面影響較大，表現(xiàn)為降低生存能力，降低遷移能力，增加凋亡率，抑制口腔內(nèi)感染創(chuàng)面軟組織的恢復(fù)從而使頜骨暴露，這可能是BRONJ的起始因素之一[40-41]。除此以外，人牙周膜干細(xì)胞能夠促進(jìn)牙周黏膜組織的恢復(fù)，對拔牙創(chuàng)內(nèi)牙槽骨的再生有重要促進(jìn)作用。有研究表明，BPs能顯著抑制人牙周膜干細(xì)胞的增殖能力，降低粘附和遷移能力，并顯著損傷其成骨分化能力[42]，這可以解釋在臨床中觀察到BRONJ患者大多有明顯的牙周組織破壞。

6 總結(jié)與展望

目前大部分學(xué)者認(rèn)為上述五種因素相輔相成，共同導(dǎo)致了BRONJ的發(fā)生發(fā)展。在臨床治療方面，由于患者多伴有腫瘤等疾病，因此無法針對性進(jìn)行全身治療，有限的局部對癥療法僅能部分緩解患者的癥狀，而相對徹底的截骨重建手術(shù)又創(chuàng)傷巨大，并非所有患者都滿足手術(shù)指征。因此新的治療手段，比如納米緩釋藥物等，具有廣闊的應(yīng)用前景。下一步針對BRONJ的研究需要聚焦于為何該病只特異性發(fā)生于頜骨，各發(fā)病機(jī)制假說之間的相互聯(lián)系以及能否提出臨床效果更佳、創(chuàng)傷更小、針對性更強(qiáng)的治療方案。