危振元 仲飆

創(chuàng)傷性異位骨化(THO)是獲得性異位骨化中最常見的類型[1]，是指由創(chuàng)傷導(dǎo)致的組織損傷刺激軟組織中異位生成新骨的病理過程。當(dāng)THO發(fā)生于關(guān)節(jié)周圍時(shí)，可引起局部疼痛和腫脹、關(guān)節(jié)活動(dòng)受限等臨床表現(xiàn)。THO經(jīng)歷骨形成和骨重構(gòu)的過程[2]，這與肌肉因損傷出血導(dǎo)致鈣化成骨的骨化性肌炎有顯著不同[3]。本文對(duì)THO發(fā)病機(jī)制中成骨前體細(xì)胞、成骨信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、成骨組織微環(huán)境相關(guān)的研究進(jìn)展，及以預(yù)防為主治療方案的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 發(fā)病機(jī)制

THO的發(fā)病機(jī)制至今仍未完全闡明。Chalmers等[4]總結(jié)了THO發(fā)生的3個(gè)要素，即成骨前體細(xì)胞、成骨誘導(dǎo)因子和誘導(dǎo)成骨的組織細(xì)胞微環(huán)境。Kaplan等[5]在此基礎(chǔ)上提出，與成骨相關(guān)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路也是THO發(fā)生的重要影響因素之一，并提出未定向分化的間充質(zhì)干細(xì)胞(MSC)可能在THO的發(fā)生和發(fā)展中起重要作用。成骨前體細(xì)胞、成骨相關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路和局部組織微環(huán)境是目前THO發(fā)病機(jī)制研究的重點(diǎn)。

1.1 成骨前體細(xì)胞

引發(fā)THO發(fā)生的成骨前體細(xì)胞尚未得到證實(shí)。目前被普遍接受的觀點(diǎn)為，創(chuàng)傷部位周圍軟組織來源的MSC受骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路刺激后發(fā)生遷移、增殖和分化，成為THO發(fā)生的成骨前體細(xì)胞[6]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中移植的造血干細(xì)胞具有包括成骨在內(nèi)的多向分化潛能，因此該類干細(xì)胞也可能是引起THO的成骨前體細(xì)胞之一[7]。Medici等[8]的研究發(fā)現(xiàn)，異位骨化的軟骨及骨組織具有內(nèi)皮組織的起源特征，因此提出內(nèi)皮細(xì)胞的內(nèi)皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化可能是THO成骨前體細(xì)胞的來源之一。他們認(rèn)為，在THO中，BMP-2、BMP-4以及轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF)-β均可以誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞的內(nèi)皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化過程。這些內(nèi)皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為MSC后，在炎癥信號(hào)刺激下分化為軟骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞。隨后這些細(xì)胞生成軟骨組織，并通過軟骨內(nèi)骨化形成骨組織。該研究為探索THO發(fā)生中成骨前體細(xì)胞的來源提供了新思路。

1.2 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

與成骨相關(guān)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路主要在成骨前體細(xì)胞向成骨細(xì)胞轉(zhuǎn)化中發(fā)揮作用。BMP為一種發(fā)現(xiàn)于骨細(xì)胞外基質(zhì)，并能在軟組織中誘導(dǎo)異位骨化的物質(zhì)。與其相關(guān)的激活素受體樣激酶(ALK)2/BMP-Smad信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在骨形成、骨修復(fù)以及異位骨化中均發(fā)揮核心作用。在THO的動(dòng)物模型中，可觀察到BMP信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路水平上調(diào)以及BMP的過表達(dá)[6,9]。BMP通過激活BMPⅠ型受體(如ALK2)和Ⅱ型受體使Smad1、Smad5等磷酸化，磷酸化后的Smad1、Smad5與Smad4形成復(fù)合物，然后進(jìn)入細(xì)胞核。在細(xì)胞核中，這些復(fù)合物與其他成骨轉(zhuǎn)錄因子如Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子-2相互作用，然后與靶基因(如成骨細(xì)胞特異性順式作用元件2)結(jié)合調(diào)節(jié)成骨過程。創(chuàng)傷刺激與ALK2突變均可使BMP的生理功能放大，進(jìn)而引起THO發(fā)生[10]。當(dāng)抑制BMP-Smad信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路時(shí)，可以抑制THO的發(fā)生和發(fā)展[11-12]。

調(diào)控骨與軟骨生長(zhǎng)的維甲酸(RAR)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路也參與THO的發(fā)生和發(fā)展。在肢體骨骼發(fā)育早期，RARα受體在肢體間質(zhì)中廣泛表達(dá)。隨著軟骨細(xì)胞分化成熟，RARα受體數(shù)量下調(diào)，僅在軟骨膜中保持高表達(dá)，而RARγ受體表達(dá)則始終局限于軟骨基質(zhì)中。生理狀態(tài)下，RAR受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路可抑制成骨前體細(xì)胞聚集以及向軟骨細(xì)胞分化[13]。因此，在創(chuàng)傷組織中，RAR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路異?？赡艽龠M(jìn)THO發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，缺氧誘導(dǎo)因子(HIF)-α信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與發(fā)育時(shí)期的骨骼和血管生長(zhǎng)相耦聯(lián)，在骨組織形成時(shí)為其提供相應(yīng)的血供系統(tǒng)，因此該信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路可能與THO形成有關(guān)[14]。研究表明，THO動(dòng)物模型中HIF-α通路的信號(hào)水平明顯增高，導(dǎo)致促血管生成因子如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)等增加，并可誘導(dǎo)軟骨轉(zhuǎn)錄因子Sox9表達(dá)增加，誘導(dǎo)血管與軟骨的形成，并進(jìn)一步重建為成熟的異位骨組織[15]。

1.3 局部組織微環(huán)境

局部組織微環(huán)境也是THO形成的影響因素之一。創(chuàng)傷發(fā)生后的早期，急性期反應(yīng)使損傷處的炎性因子水平升高，誘發(fā)局部的炎癥反應(yīng)和組織修復(fù)發(fā)生，同時(shí)使相關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的信號(hào)水平以及TGF-β等成骨誘導(dǎo)因子水平增高，引起成骨前體細(xì)胞的增殖分化和血管生成，刺激THO發(fā)生[16-17]。此外，損傷處聚集的特異性和非特異性免疫細(xì)胞在此過程中也發(fā)揮重要作用[18]。Kraft等[19]的研究發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)傷后損傷處聚集的巨噬細(xì)胞可誘導(dǎo)BMP-4表達(dá)增加而促進(jìn)THO發(fā)生；中性粒細(xì)胞和輔助性T細(xì)胞17釋放的炎性因子可刺激成骨細(xì)胞分化，破壞成骨與破骨平衡，進(jìn)而誘發(fā)異位骨形成。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，THO動(dòng)物模型中損傷處聚集的細(xì)胞可分泌腫瘤壞死因子(TNF)-α、白細(xì)胞介素(IL)-1β、IL-6、單核細(xì)胞趨化蛋白(MCP)-1等因子，且其在局部組織液的含量變化與血液中一致，因此這些因子可作為判斷THO發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的潛在指標(biāo)[20]。

2 治療

THO的治療方案可分為預(yù)防性治療和手術(shù)切除治療。

2.1 預(yù)防性治療

預(yù)防性治療主要包括非甾體類抗炎藥(NSAID)治療和放射治療。由于治療指征缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)以及治療本身存在的不良反應(yīng)，THO預(yù)防性治療的應(yīng)用目前仍存在爭(zhēng)議[21]。

2.1.1 NSAID治療

NSAID治療是應(yīng)用最廣泛的THO預(yù)防性治療方法[22]，其通過減輕全身及局部的炎癥反應(yīng)，抑制炎性細(xì)胞分泌誘導(dǎo)成骨的因子，并直接減弱BMP信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，從而抑制THO的發(fā)生和發(fā)展[23]。NSAID可分為非選擇性環(huán)氧化酶(COX)-2抑制劑和選擇性COX-2抑制劑。前者的代表藥物是吲哚美辛，常規(guī)用法是術(shù)后每日口服，連用6周。一項(xiàng)關(guān)于吲哚美辛對(duì)THO預(yù)防效果的系統(tǒng)綜述研究顯示，對(duì)該研究中納入的1 662例髖關(guān)節(jié)置換術(shù)患者的術(shù)后隨訪發(fā)現(xiàn)，對(duì)照組患者中13.4%出現(xiàn)THO影像學(xué)表現(xiàn)，而吲哚美辛治療組為3.3%，明顯低于對(duì)照組[24]。其他臨床研究采用的非選擇性COX-2抑制劑還有布洛芬、雙氯芬酸、萘普生、酮洛酸等，其中布洛芬防治THO的效果已被證實(shí)。研究發(fā)現(xiàn)，吲哚美辛(每天50 mg口服)與布洛芬(每次400 mg，每日3次口服)在預(yù)防THO的療效上無(wú)明顯差異[25]。由于選擇性COX-2抑制劑(如塞來昔布和羅非昔布)可避免發(fā)生胃腸道出血等不良反應(yīng)，因此在THO的預(yù)防治療中日益受到重視。有薈萃分析研究發(fā)現(xiàn)，選擇性與非選擇性COX-2抑制劑在預(yù)防THO的療效及藥物毒性作用的劑量依賴性上均無(wú)顯著差異，但選擇性COX-2抑制劑的胃腸道不良反應(yīng)和骨不連的發(fā)生率均明顯更低[26]。

NSAID預(yù)防性治療的優(yōu)勢(shì)在于成本較低且無(wú)需使用專業(yè)設(shè)備。在一項(xiàng)納入75例髖臼手術(shù)患者的臨床對(duì)照研究中，39例患者按常規(guī)用法接受吲哚美辛治療，33例患者術(shù)后3日內(nèi)接受800 cGy的髖臼局部放射治療。結(jié)果顯示，吲哚美辛組THO發(fā)生率為9%，與放射治療組(12.8%)無(wú)顯著差異，但吲哚美辛組的治療費(fèi)用僅為放射治療組的1/200[27]。成本優(yōu)勢(shì)使NSAID預(yù)防治療成為目前應(yīng)用最廣泛的THO預(yù)防方法，不過目前尚無(wú)研究證實(shí)該療法的最優(yōu)用藥療程和用藥劑量[1]。Kjaersgaard-Andersen等[28]的研究顯示，髖關(guān)節(jié)手術(shù)患者術(shù)后使用吲哚美辛治療2周，其THO發(fā)病率降至5.2%，這與使用6周吲哚美辛治療的預(yù)防效果相同。由于NSAID類藥物仍是預(yù)防THO的主要方法，因此有必要對(duì)不同藥物的最佳用藥療程、最佳用藥方式以及用藥劑量開展進(jìn)一步的研究。

NSAID可能延緩骨折愈合。其原因在于，非選擇性COX-2類藥物可直接抑制由前列腺素介導(dǎo)的骨重塑以及骨祖細(xì)胞的分化過程，從而導(dǎo)致骨折延遲愈合，甚至發(fā)生骨不連[29]。而使用選擇性COX-2抑制劑或局部應(yīng)用NSAID類藥物可能會(huì)減少此類問題，對(duì)此仍需開展進(jìn)一步的研究。

2.1.2 放射治療

低劑量放射治療是另一種較為常用的THO預(yù)防方法。有研究顯示，髖臼手術(shù)患者接受放射治療后THO發(fā)生率可降至10%以下，且放射治療預(yù)防THO復(fù)發(fā)的效果較好[1，30]。

放射治療預(yù)防THO 發(fā)生可能與高能射線可抑制MSC向成骨細(xì)胞轉(zhuǎn)化有關(guān)[16]。Legosz等[25]指出，目前通常采用術(shù)后單次700 cGy照射預(yù)防THO的治療方案，而照射劑量自6 cGy到2 500 cGy均可降低THO發(fā)生率；在治療時(shí)機(jī)上，術(shù)前照射和術(shù)后照射的預(yù)防效果也無(wú)明顯差異。與NSAID療法一樣，放射治療的最佳治療劑量和治療時(shí)機(jī)尚需獲得循證醫(yī)學(xué)證據(jù)的支持。除此之外，放射治療還存在導(dǎo)致細(xì)胞損傷和死亡的可能，并進(jìn)而引起骨折不愈合和致癌風(fēng)險(xiǎn)增加的問題[29]。由此可見，放射治療雖然能降低THO發(fā)生率，但由于設(shè)備限制以及不良反應(yīng)等問題，其整體效果仍存在爭(zhēng)議。

2.1.3 針對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的治療

針對(duì)THO形成的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路進(jìn)行治療是近年研究的熱點(diǎn)，其中針對(duì)BMP-Smad信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路受體拮抗劑的研究獲得更多關(guān)注。有研究顯示，BMP-Smad信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路受體拮抗劑能有效抑制BMP蛋白表達(dá)，減少骨基質(zhì)生成，進(jìn)而抑制THO發(fā)生[31]。研究發(fā)現(xiàn)，針對(duì)BMP-Smad信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中BMP I型受體的拮抗劑LDN-193189可減少動(dòng)物模型的THO發(fā)生率，改善傷后肢體的活動(dòng)范圍[11]。雖然BMP受體拮抗劑的相關(guān)臨床試驗(yàn)尚未開展，但相關(guān)基礎(chǔ)研究為THO的預(yù)防治療提供了潛在藥物靶點(diǎn)。另一治療靶點(diǎn)是針對(duì)RAR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的。研究顯示，在動(dòng)物模型上使用RARγ受體激動(dòng)劑可抑制軟骨形成，并阻止THO的發(fā)生。其機(jī)制可能是通過抑制骨分化，同時(shí)減少Smad磷酸化水平，從而下調(diào)BMP-Smad信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的信號(hào)水平，抑制THO發(fā)生。但是動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，常規(guī)劑量的RARγ受體激動(dòng)劑可對(duì)骨骺產(chǎn)生損傷，從而延緩骨折愈合，并導(dǎo)致滑膜過度生長(zhǎng)，這些弊端限制了其臨床應(yīng)用[32]。近來，有關(guān)HIF-α信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路受體拮抗劑的研究也備受關(guān)注。Agarwal等[33]的研究表明，HIF-α信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路拮抗劑(如PX-478)和雷帕霉素能顯著降低動(dòng)物模型中THO的發(fā)生率。但目前尚未開展相關(guān)的臨床研究。

2.1.4 其他療法

利用雙膦酸鹽等藥物延緩羥基磷灰石晶體的結(jié)晶速度從而抑制異位骨形成曾是治療思路之一[34]，但后續(xù)臨床研究表明，雙膦酸鹽并不能阻斷異位骨的骨基質(zhì)產(chǎn)生[25，35]。創(chuàng)傷后組織的缺血缺氧環(huán)境誘發(fā)生成的自由基也與THO發(fā)生相關(guān)。研究表明，在動(dòng)物模型中使用自由基清除劑(別嘌呤醇與N-乙酰半胱氨酸的聯(lián)合制劑)預(yù)防THO生成的效果甚至優(yōu)于吲哚美辛[36]。不過目前相關(guān)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)較少，亟待開展進(jìn)一步的研究。有學(xué)者認(rèn)為，術(shù)后積極的功能鍛煉有預(yù)防THO發(fā)生的可能，但對(duì)于炎癥狀態(tài)下進(jìn)行關(guān)節(jié)活動(dòng)會(huì)促進(jìn)還是抑制THO發(fā)生仍存爭(zhēng)議，且對(duì)于功能鍛煉方式也缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，至今對(duì)運(yùn)動(dòng)療法的效果仍無(wú)法證實(shí)。

2.2 手術(shù)治療

對(duì)于已形成異位骨且影響關(guān)節(jié)活動(dòng)的患者，手術(shù)切除是基本治療方法。手術(shù)時(shí)機(jī)通常在傷后6～8個(gè)月異位骨完全成熟之后[16]，因過早切除異位骨可加大THO 復(fù)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)[1]。 Brouwer等[37]的臨床研究顯示，對(duì)于肘關(guān)節(jié)THO患者，不管關(guān)節(jié)活動(dòng)度如何，手術(shù)切除后患者均可獲得明顯恢復(fù)。雖然手術(shù)切除對(duì)THO患者的肢體活動(dòng)有明顯改善，但手術(shù)本身可引起失血、術(shù)后疼痛等不良反應(yīng)，并存在THO復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，因此術(shù)前必須謹(jǐn)慎考慮手術(shù)利弊。對(duì)于既往有THO史的高復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)患者，術(shù)后應(yīng)及時(shí)行預(yù)防治療，以降低THO復(fù)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

THO是骨折等創(chuàng)傷后的常見并發(fā)癥之一，可對(duì)患者的關(guān)節(jié)活動(dòng)造成嚴(yán)重影響。目前對(duì)THO的發(fā)病機(jī)制仍缺乏了解，創(chuàng)傷部位[38]、創(chuàng)傷類型[39-40]以及患者的遺傳差異[41]均會(huì)影響THO的發(fā)生。個(gè)體之間THO的發(fā)生概率不同可能與其成骨前體細(xì)胞、成骨信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路以及組織微環(huán)境的微小差異有關(guān)，提示針對(duì)相關(guān)發(fā)病機(jī)制進(jìn)行“精準(zhǔn)”研究可能是下一步的研究方向。對(duì)于目前的預(yù)防及治療措施，應(yīng)制定標(biāo)準(zhǔn)方案以供臨床醫(yī)生參考。