骨的纤维结构不良的病理病理学研究进展

骨的纤维结构不良的病理病理学研究进展

骨纤维结构不良（fd）是一种非遗传疾病，特征是纤维和骨组织肿瘤的增生，也被称为骨纤维样生殖器。可表现为单个骨组织或多骨病损,以畸形、疼痛和病理骨折为特点。约3%的多骨病损患者伴有内分泌紊乱,常见为性早熟和皮肤“牛奶咖啡斑”样病损(McCuneAlbright综合征),极少数可出现肉瘤变。然而,大多数患者无主观症状。依据影像学表现和病理学特点很容易作出FD的诊断,影像学和骨代谢生化指标的改变有助于对FD预后的评估。近10年来,对FD的研究在病理生理学方面取得了突破性进展,目前已证实FD的病因在于体细胞激发性G蛋白(Gs)α亚基突变,引起细胞内cAMP浓度升高,随之诱发成骨细胞异常增殖、分化和白细胞介素6(Interleukin-6,IL-6)异常增高,促进破骨细胞性骨吸收,最终导致病损形成。细胞基因突变gsa由于激发性G蛋白α亚基(Gsα)基因编码(GNAS1)突变的发现,为在分子水平上揭示FD成因提供了理论依据。在正常生理状态下,腺苷酸环化酶(Adenylatecyclase,AC)通过G蛋白偶联在细胞膜激素受体上。G蛋白由α,β和γ亚基组成,在无活性状态时,α亚基结合GDP;当配体与受体结合后,α亚基从β、γ亚基复合物中解离出来,与GTP结合呈活性状态。这个过程是可逆的,当完成信息传递任务后,α亚基发挥GTP酶作用,水解GTP为GDP,再重新与β、γ亚基复合物结合为无活性状态。活性状态α亚基移向AC,与AC结合并激活产生cAMP,从而产生相应的生理变化。Gsα的突变最早是在内分泌紊乱患者中发现的。在甲状腺功能亢进和垂体肿瘤患者中,发现Gsα的变构导致内分泌组织内cAMP集聚,引起细胞增生和激素分泌,经研究进一步证实这是体细胞Gsα突变的结果,是因为这些显性突变抑制了Gsα的GTP酶活性,导致AC活性增加和cAMP水平提高。在McCune-Albright综合征中,已发现显性突变位于Gsα基因的第8外显子(G※A或C※A突变),同时也发现在几种不同的内分泌或其他组织中体细胞Gsα突变程度不同,因而推测体细胞Gsα突变在胚胎早期形成,并且呈镶嵌体状态分布,以致于日后产生多种不同的病理改变。这些突变引发了在Gsα第201位点的精氨酸(R)被半胱氨酸(C)取代(R201C)或被组氨酸(H)替代(R201H),导致Gsα功能改变;其他的突变也相继被发现,如R201G[4~6]及与Gsα无关的另类突变等。随后,DalCin等发现FD与畸变的染色体重组无关。Candeliere等[4~6]利用RT-PCR分析也证实了Gsα突变,并在体外培养的成骨细胞内显示了R201C和R201H突变的表达,而且在单发及多发的FD中,均发现Gsα突变的存在。Riminucci等进一步研究发现在病损内并不是所有的骨细胞都是突变细胞,突变呈镶嵌体状态分布特点而允许细胞幸存。Gsα突变不是生殖细胞突变,而是合子后出现的体细胞突变,从而推测在胚胎早期出现的Gsα突变可导致多部位的病理改变,如McCune-Albright综合征,而晚一些出现的突变可造成更局限性的病变,诸如甲状腺腺瘤,垂体腺瘤和单发的FD。因此,可以解释来源于同一分子改变(基因突变)而临床表现各异的缘由。在结构不良病损的骨髓基质中,Gsα突变在骨祖细胞内表达,并且这些突变表达频率多发的FD高于单发。Bianco等发现单一突变细胞植入裸鼠皮下不能成骨,可能是由于突变导致细胞死亡的结果,只有突变和非突变细胞混合在一起时,才能形成结构不良的病灶,故推测FD病损的形成与发展需要有突变和非突变的细胞同时存在。cs突变相关机制和细胞生物学检测目前研究发现FD的发病机制有多种途径。从理论上推测,活化的Gsα突变应诱导AC的激活而增加cAMP的集聚,从而引发相应的病理学效应。在实验研究中,许多学者在McCune-Albright综合征成骨细胞内的确发现了Gsα突变,诱导cAMP浓度异常增高,导致成骨细胞异常分化。此效应与cAMP信号传递途径紧密相关。现已知由cAMP的增高传递信号的这条途径严格地控制基因表达:由cAMP的增高激活蛋白激酶A(PKA),然后磷酸化属于cAMP应答元件结合蛋白(CREB)家族成员的某些转录因子,再引导这些蛋白与DNA的结构域(被称为在靶基因启动子上的cAMP应答元件,CRE)结合,促进DNA转录。例如,在脑垂体细胞内由Gsα突变活化导致cAMP增高,引起PKA活性增强可刺激催乳素和生长激素的启动子活性,加速其基因表达,最终引起催乳素和生长激素分泌过多。在成骨细胞中,由Gsα突变诱导cAMP增高可引起多种效应,最快的效应是受累的细胞收缩,这可能是由于cAMP在细胞骨架蛋白中迅速解离效应引起的。如启动子含有CRE的骨桥蛋白,在Gsα突变细胞内cAMP增高也可引起骨基质蛋白表达的降低。cAMP增高也与溶骨性骨吸收有关,在严重的甲状旁腺亢进的患者中可以观察到这种局限性骨吸收,因为过高的甲状旁腺激素诱导破骨细胞内的cAMP升高,产生较多的骨吸收因子,引起破骨细胞性骨吸收。cAMP水平增高可通过激活PKA途径导致癌基因c-fos过度表达,引起相应的病理变化。c-fos是一种蛋白质,与Jun家族蛋白结合形成异源二聚体,能和多个基因启动子的特异序列结合。c-fos启动子含有CRE,可以推测它也是FDGsα突变产生病理效应的潜在目标。在体外实验中,Sassone-Corsi等证实了由Gsα突变诱导的c-fos过度表达。在内分泌细胞内,Gsα突变诱导c-fos转录的激活物包括有多种序列,如CRE和SRE。在骨组织中,Gsα突变增加c-fos及c-jun表达,c-jun与c-fos结合形成AP-1异源二聚体复合物;在内分泌细胞内,Gsα突变也可增加c-jun和JunB的表达。研究发现在FD病损中,c-fos及c-jun表达均增加,同时又可诱导由AP-1控制的基因异常表达。AP-1家族成员是调节骨形成的重要因子,例如c-fos缺乏或过度表达在转基因鼠体内可出现严重的骨异常,c-fos过度表达导致骨形成增加,这些骨类似于结构不良的骨病损。在体外AP-1控制有关成骨细胞分化的基因,c-fos调节骨钙蛋白和骨桥蛋白的基因表达,因为它们的启动子都含有AP-1位点。通过原位杂交和免疫组化技术分析显示:c-fosmRNA和c-fos蛋白水平在Gsα突变FD骨病损中增高。因此,c-fos过度表达可能参与了导致骨病损形成的分子学机制。c-fos通常在人骨肉瘤细胞中过度表达,而且实验研究显示:c-fos在鼠的成骨细胞内可以诱导癌基因转变,所以c-fos过度表达可能为导致某些FD恶变的诱因。目前已发现由cAMP引起c-fos蛋白增加可诱导细胞进入细胞增殖循环G1期,这与c-fos在不成熟的成骨细胞内表达是一致的,而且它控制成骨细胞增殖和分化。因而,推测c-fos和AP-1家族成员表达增高引起成骨细胞增殖和不正常分化。除此之外,在FD病损区还存在着局限性溶骨破坏,目前研究发现至少有两种细胞因子可能与之有关。现已发现Gsα突变(R201H)的骨祖细胞内IL-6水平持续增高,另外在病损中低分化细胞也可以产生更多的IL-6,如前所述,Gsα突变可以提高cAMP水平,而cAMP水平提高又可造成细胞的低分化。相反,在突变的细胞中抑制cAMP水平增高可降低IL-6。因此有人提出Gsα突变诱导cAMP浓度升高,导致IL-6过度表达。Motomura等通过实验也证实Gsα突变转染后的成骨细胞可诱导IL-6增加这一推测。IL-6基因启动子含有CRE以及AP-1和NF-kB结合位点,Gsα突变增加AP-1、核因子NF-IL-6、NF-kB和CREB在IL-6基因启动子上的结合,因而引起突变的成骨细胞细胞因子IL-6表达增加,加速破骨细胞形成,活性增强可引起破骨细胞性骨吸收。在其他以骨吸收为特征的疾病中,如绝经后骨质疏松和Peget's病,也发现了IL-6可刺激破骨细胞分化和增加骨吸收,进一步证实了IL-6在FD溶骨区内可以增强骨吸收的作用。值得关注的是糖皮质激素可以降低细胞产生的IL-6,减少骨吸收,并且能促进成骨细胞的分化与成熟,为临床上治疗FD提供了新的线索。在结构不良细胞内,IL-11的增加也曾被发现,提示它可能与本病的溶骨病损有关。最新资料表明,由基质细胞和成骨细胞产生的某些局部分子在破骨细胞分化和骨吸收方面起着重要作用,参与由细胞因子,如IL-6、IL-11引起的骨吸收,推测这些分子很可能是在IL-6、IL-11诱导骨吸收过程中最后一个环节上发挥作用。FD在细胞学上的改变还可能涉及其他的机制。有两项研究报告显示在单发和McCune-Albright综合征的成骨细胞中性激素受体增多,因而增加了雌激素表达水平,这种现象与这些病例内分泌状态无关,只反映性激素受体调节异常,这种异常可能与编织骨的形成有关。因为雌激素在某种程度上可通过增加局部生长因子,如IGF-1和TGF-β的表达来刺激成骨细胞的增殖。IGF-1和TGF-β是控制骨化的重要因子。然而,这些生长因子的表达是否在FD中呈现局限性增加,目前尚无结论。近来有报道:在McCune-Albright综合征的成骨细胞内甲状旁腺素相关肽(PTHrP)表达增高,在体外用1,25(OH)2D3治疗能降低PTHrP以及它的骨性标记物。因此,认为PTHrP表达局部增高可能也参与了该综合征的骨细胞改变,而PTHrP作用于骨细胞的方式与PTH类似。糖皮质治疗fd和mccune-albford综合征的临床研究发现大多数单发、无症状的FD多不需要治疗,只需观察,预防畸形发展,防止病理性骨折的发生。外科治疗适应证取决于下例因素:症状和临床影像表现,年龄和病损范围。如无症状,无潜在骨折危险,不需手术。儿童期外科手术,病变易复发,植入骨腔的骨大部分被吸收;在青春期,手术成功率与失败率基本相等;而在成人期,绝大多数手术可获成功。复发的可能性不一定取决于结构不良的范围。因此,刮除和骨移植仅仅适用于成人局限性和有症状的FD。儿童最好行有限治疗如截骨矫正和内固定等,多发患者不宜施行手术,主要是预防畸形发展,防止病理性骨折。二磷酸盐类药物Pamidronte在临床上用于治疗FD已有十余年。在缓解疼痛,缩小病损区域等方面均取得了良好的效果,其理论依据是二磷酸盐可以抑制破骨细胞的活性,但机制还不清楚。许多作者采用Pamidronte静脉注入治疗FD和McCune-Albright综合征,其结果为疼痛缓解,骨折率下降,血浆ALP和尿中羟基脯氨酸(骨代谢旺盛的生化指标)明显降低,影像学表现为病损区骨皮质增厚、骨密度增高及溶骨区域缩小等。认为是一种副作用小、可以被患者长期接受的治疗方法,也适用于儿童。如前所述,IL-6异常增高是FD成因之一,它可以抑制骨形成和增强破骨细胞活性引起大量的骨吸收。糖皮质激素可降低IL-6mRNA在正常和FD细胞中的表达水平,降低IL-6分泌。地塞米松、甲基泼尼松龙等可以促进离体培养的FD细胞中成骨细胞的分化,引起骨基质蛋白表达的增加和加速这些细胞的矿化。因此,这些发现为糖皮质激素治疗FD和McCune-Albright综合征提供了理论根据,但目前尚未见相关临床报道。目前研究发现IL-6是通过其特殊的受体(IL-6R)起作用的。IL-6R是一种糖蛋白,它有两种存在形式,即细胞膜受体和可溶性受体(sIL-6R)。前者包括α亚基(gp80)和β亚基(gpl30)两部分,α亚基为受体的配体,它在膜受体与IL-6的结合中起一定作用。后者仅有相当于gpl30的部分。gpl30可特异结合IL-6并传递结合信号,故两者均可实现其受体功能。Bellido等证实骨髓干细胞和破骨细胞上有IL-6R存在,而IL-6正是与gpl30结合而发挥作用的。IL-6与IL-6R结合后,IL-6R空间构象发生改变,gpl30聚合而表现出酪氨酸激酶(TPK)或Jak-Tyk激酶的活性,引起一系列细胞内的酶链反应,并导致细胞功能的改变,进而引起病理学上的变化。利用IL-6Mab(anti-interleukin-6monoclonalantibody)和IL-6R拮抗剂治疗多发性骨髓瘤和浆细胞白血病己有报道,患者临床症状(包括溶骨性改变)及生化指标改善令人满意,且没有明显的副作用,虽然尚处于摸索阶段,但为临床治疗提供了新的选择,同时也为治疗FD和McCune-Albright综合征提供了新的线索。近10年来,在细胞和分子学水平上探索FD形成机制已取得了令人瞩目的成果,阐明了Gsα突变在FD