雙膦酸鹽相關性頜骨壞死發病機制的研究進展

羅 號，劉忠龍，李曉光，孟 箭，何 悅

雙膦酸鹽相關性頜骨壞死(bisphosphonate-related osteonecrosis of the jaw，BRONJ)是患者長期使用雙膦酸鹽(bisphosphonates，BPs)藥物引起的嚴重不良反應。該病于2003年被首次報道[1]，目前美國口腔頜面外科醫師協會(American Association of Oral and Maxillofacial Surgeons，AAOMS)對BRONJ的臨床診斷標準為：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進行過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稱為藥物相關性頜骨壞死(medication-related osteonecrosis of the jaw，MRONJ)。BRONJ累及區域血運變差，因上頜骨較下頜骨血運豐富，抗感染能力強，因此BRONJ累及下頜骨較為多見[3]，且以前磨牙區和磨牙區最為多發。BRONJ病程進展緩慢，初期拔牙創間歇性鈍痛或持續性針刺樣疼痛，累及鄰近牙齒疼痛、松動，伴有牙齦軟組織破潰、流膿以及嚴重口臭。病情繼續進展，軟組織大面積潰爛，頜骨疼痛加劇，并最終導致大面積的骨面暴露，可能伴發口內外瘺，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干預等。保守治療包括抗感染治療、局部鎮痛治療等；手術干預包括有限的局部病灶刮治術、頜骨部分切除術以及相對徹底的頜骨截斷術+游離軟硬組織瓣修復術等。因此，深入研究BRONJ的發病機理，能為其針對性地治療提供思路。目前公認的BRONJ的發病機制主要有：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。本文就相關假說及涉及信號通路的機制研究進展作一綜述。

1 頜骨代謝失衡

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

BPs可以通過OPG/RANKL/RANK通路，引起頜骨代謝失衡。破骨細胞及其前體細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，主要由成骨細胞及T細胞分泌和釋放，也是前體細胞向破骨細胞發育成熟的必要的調節劑。RANK與其配體結合后，促進前體細胞向破骨細胞分化、成熟，從而調節體內成骨細胞與破骨細胞維持的頜骨穩態[11-12]。RANKL/RANK信號通路也受到骨保護素(osteoprotegerin，OPG)的負調控，OPG由成骨細胞及骨基質細胞合成、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的結合[13]。BPs通過影響成骨細胞，增加成骨細胞內OPG的合成，OPG中和RANKL，使RANKL的表達量下降，抑制破骨細胞的活化、成熟[14-16]。

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

2 抑制血管生成

充足的血供是頜骨穩定的重要因素，頜骨血供的減少可能是BRONJ的發病因素之一。在解剖學上，破骨細胞位于每一個骨重建間隔內的血管附近，因此占據了一個理想的位置，以向血管發出信號和促進血管生成[19]。低濃度的雙膦酸鹽藥物可以降低轉移性血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)水平，誘發血管內皮細胞凋亡，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]發現在骨組織發育過程中，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)的前成骨細胞調節。唑來膦酸(zoledronate，ZOL)是一種含氮的雙膦酸鹽，通過在體外優先抑制破骨細胞的形成和PDGF-BB的分泌，可以削弱內皮祖細胞的血管生成和骨髓間充質干細胞(BMMSCs)的成骨作用[23]，有效地抑制血管內皮細胞的增生、降低內皮細胞的粘附與轉移，從而減少頜骨內微血管的密度和數量。因此在手術過程中必須用血供良好的軟硬組織進行修復重建，如血管化腓骨肌瓣或者游離皮瓣等[24]。

3 微生物感染

口腔內的微生物感染也是BRONJ發病因素之一。Sedghizadeh等[25]首次描述了BRONJ病變中存在微生物膜，主要由各種細菌(包括大量的厭氧放線菌、鏈球菌和其他產酸細菌，偶爾有酵母菌)組成，這些細菌嵌入BRONJ病變的細胞外基質中，因此BRONJ患者最常見的臨床表現就是急性感染，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，如淋巴結腫大和引流膿腫(57.8%)等[26]。接受BPs治療的患者拔牙創內的頜骨抵抗感染的能力顯著降低，菌群失調造成的局部軟硬組織機會感染很容易進展為頜骨骨髓炎，并最終發生BRONJ[27-28]。接受BPs治療、菌群失調的患者，口腔內微生物代謝產酸導致局部pH值下降，體外實驗證實BPs在酸性環境下更容易被釋放和激活、更具有細胞毒性。因此在臨床治療中，口內局部應用抗生素抑制表面細菌，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，局部手術刮除感染死骨雖然無法達到根治效果，但是能有效減輕患者局部疼痛、流膿等癥狀，達到一定的臨床治療效果[29]。

4 免疫功能紊亂

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

5 軟組織毒性

當拔牙創或者牙周損傷形成后，牙齦、口腔黏膜中的成纖維細胞大量增殖，合成和分泌膠原纖維和基質成分，與新生毛細血管等共同形成肉芽組織，修復拔牙創的牙槽骨、牙齦及黏膜缺損，為表皮細胞的覆蓋創造條件。然而BPs在拔牙創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合應用后，可能通過組織毒性直接導致牙齦損傷，黏膜愈合延遲，隨后出現骨外露，這是BRONJ的主要臨床癥狀之一[35-36]。結合于骨表面的BPs對相鄰的其他類型細胞也存在抑制作用[37]。人口腔角化細胞分泌的一些生長因子和細胞因子，如表皮生長因子(EGF)誘導破骨細胞分化，并通過成骨細胞表達RANKL，對于口腔黏膜的創面愈合發揮重要的作用[38-39]。長期使用BPs對口腔黏膜角化細胞的負面影響較大，表現為降低生存能力，降低遷移能力，增加凋亡率，抑制口腔內感染創面軟組織的恢復從而使頜骨暴露，這可能是BRONJ的起始因素之一[40-41]。除此以外，人牙周膜干細胞能夠促進牙周黏膜組織的恢復，對拔牙創內牙槽骨的再生有重要促進作用。有研究表明，BPs能顯著抑制人牙周膜干細胞的增殖能力，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 總結與展望

目前大部分學者認為上述五種因素相輔相成，共同導致了BRONJ的發生發展。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又創傷巨大，并非所有患者都滿足手術指征。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生于頜骨，各發病機制假說之間的相互聯系以及能否提出臨床效果更佳、創傷更小、針對性更強的治療方案。