雙膦酸鹽頜骨壞死的機制研究進展*

趙玲帆，葉鑫鑫，張強

對雙膦酸鹽的深入了解始于Fleisch 等對焦磷酸鹽的研究，雙膦酸鹽是一種人工合成的焦磷酸鹽類似物。近年來雙膦酸鹽類藥物的使用變得越來越普遍，它是一種著名的抗吸收藥物，在細胞水平起作用，針對破骨細胞并破壞其功能[1]。主要用于治療骨轉移癌、多發性骨髓瘤、骨質疏松癥和成骨不全等疾病[2]。

最初認為雙膦酸鹽頜骨骨壞死是由于靜脈注射高劑量的雙膦酸鹽來治療轉移性骨腫瘤或多發性骨髓瘤而發生的，然而最近的研究表明，BRONJ 也常發生在低劑量口服雙膦酸鹽來治療骨質疏松癥的患者中[3-4]。BRONJ 的臨床癥狀各不相同，可無癥狀，也可出現局部疼痛、瘺管、潰瘍、軟組織炎癥反應、牙齒松動、死骨暴露等癥狀。目前拔牙被認為是促進BRONJ的最主要的因素[5-6]，其他的危險因素還包括口腔種植體[7]、牙周病和根尖周病、可摘局部義齒和口內創傷，無骨組織損傷的單獨軟組織損傷也可以成為誘導BRONJ 的因素。最近更是有報道稱雙膦酸鹽會引起種植體周圍炎[8]。然而，關于這些促進因素的患病率和發病率的文獻資料較少[9]，并且它們促進BRONJ 具體機制尚不明確，也沒有有效的治療及預防方法。在老齡化社會中，雙膦酸鹽等抗骨吸收藥對于治療骨質疏松是必不可少的，因此，BRONJ 是一個亟待解決的問題。我們回顧了其他學者的一些實驗以及文獻，總結了關于BRONJ 的幾種主要機制，希望能促進BRONJ 機制研究的進一步發展，同時為治療BRONJ 提供新的思路。

1 BRONJ 的發病機制

BRONJ 是長期大量應用雙膦酸鹽類(Bisphosphonates,BPs)藥物治療過程中出現的一種嚴重不良反應[10]。到目前為止，BRONJ 確切的發病機制尚不清楚，可能為多因素協同作用，包括正常骨轉換率失衡、微血管栓塞、微生物感染、免疫功能障礙、基因多態性等，共同導致BRONJ 的發生。較為公認的假說有以下四個[11]：

1.1 BPs 破壞骨代謝過程中“吸收-重建”平衡正常骨組織中，破骨細胞行使骨吸收功能，與成骨細胞協同作用，在骨骼的形成和發育過程中具有重要意義。而長期服用雙磷酸鹽類藥物的患者，BPs可以直接作用于破骨細胞，通過抑制破骨細胞3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A 還原酶的活性，阻礙破骨細胞蛋白的異戊烯化，從而抑制破骨細胞引導的骨吸收[12]。而BPs 在抑制破骨細胞骨吸收功能的同時,也會影響成骨細胞的活性,擾亂了骨代謝過程中的“吸收-重建”平衡,造成頜骨骨修復不能正常進行,增加了頜骨壞死的風險。

1.2 BPs 對血管形成的影響作用 BPs 對血管形成的作用,主要表現為抑制內皮細胞增殖分化、黏附和遷移,誘導血管內皮細胞凋亡。BPs 這種對血管內皮細胞的抑制作用,使骨骼中的血供減少,骨組織改建減緩,從而造成了由局灶逐漸蔓延至較大范圍的骨壞死。

1.3 微生物感染加重骨吸收 口腔內菌群紛繁復雜,接受雙膦酸鹽類藥物治療的患者在拔牙創傷、創傷性炎癥、頜骨微循環障礙等因素共同作用下,頜骨抵抗力顯著降低而易導致創口持續感染,進而發展為頜骨骨髓炎,并最終發生頜骨壞死[13]。

1.4 系統性免疫功能障礙 研究表明,BRONJ 發病機制可能與雙膦酸鹽類引起的全身性免疫功能障礙,進而增加口腔內微生物感染的易感性相關。

2 雙膦酸鹽類藥物的分類

雙膦酸鹽根據其側鏈的不同而分為含氮類（N-BPs）及非含氮類(non-N-BPs)兩大類，雙膦酸鹽由一個中心碳原子連接到一個羥基，使雙膦酸鹽能與鈣結合。碳原子兩側都有一個磷酸鹽基團，使藥物對羥基磷灰石的親和力增加[14]。N-BPs主要包括帕米膦酸二鈉、唑來膦酸、阿侖膦酸鈉，non-N-BPs 主要有依替膦酸鈉、氯屈膦酸鈉。在抗骨吸收的效果上來說，N-BPs 的效果明顯強于non-N-BPs。無論是N-BPs 還是non-N-BPs 均與骨羥基磷灰石有較強的結合能力，因此經過反復給藥之后將會在骨組織中積累沉淀。而幾乎所有的BRONJ 都是由N-BPs 引起的[15]，因而本綜述探討N-BPs 引起BRONJ 的主要機制。

3 N-BPs 與non-N-BPs 抗骨吸收的作用機制

N-BPs 與non-N-BPs 的抗骨吸收作用均是由于雙膦酸鹽在骨組織的吸收過程中進入破骨細胞，抑制破骨細胞的活性而產生的，但兩者抑制破骨細胞的機制略有不同。N-BPs 在破骨細胞內能抑制法尼基焦磷酸合成酶，使法尼基焦磷酸的合成減少。法尼基焦磷酸合成的抑制不僅會降低膽固醇的合成，還會降低法尼醇、多萜醇、泛醌的合成。膽固醇是細胞膜不可缺少的成分，其合成途徑一般存在于所有的真核細胞中，泛醌是細胞膜的穩定劑、抗氧化劑和線粒體呼吸鏈的組成成分，因此法尼基焦磷酸合成的抑制會對各種細胞產生細胞毒性，法尼基焦磷酸的減少還會導致低分子量G 蛋白的異戊烯化減少。從而減少了由這些蛋白介導的各種類型的信號傳導，導致破骨細胞中一些必須蛋白質的合成受阻，影響破骨細胞活性和功能。此外，法尼基焦磷酸合成酶的抑制還會導致異戊烯焦磷酸的增加，異戊烯焦磷酸將會與磷酸腺苷結合并轉化為細胞毒性分子，這就是目前N-BPs 在破骨細胞中公認的抗骨吸收作用的機制[16]。而non-N-BPs 在破骨細胞內與三磷酸腺苷競爭性結合為細胞毒性三磷酸腺苷類似物，同樣可以抑制破骨細胞。

4 N-BPs 誘發組織的炎癥及壞死反應

4.1 N-BPs 的炎癥反應 第一次靜脈注射N-BPs的患者中，約30%或者更多的患者出現發熱。在接受靜脈注射唑來膦酸治療的兒童中，高達85%出現急性流感樣反應，甚至有極少數情況會發生嚴重致命的病例。口服N-BPs 也有報道引起流感樣癥狀，盡管發病率很低[17]。

實驗發現，小鼠腹腔注射N-BPs 將會引起各種炎癥反應，如脾臟肥大、胸腺萎縮、低血糖、腹水、胸水、腹腔內巨噬細胞和粒細胞的增加累積以及骨髓中紅細胞生成減少等等。在預先接受N-BPs腹腔注射的小鼠中，細胞白介素1 明顯增加，由脂多糖誘導產生的組氨酸脫羧酶同樣也會增加[18-19]，在缺乏白介素1 的小鼠中，腹腔或局部注射N-BPs引起的炎癥反應非常微弱。其中白介素1 是人體內常見的內源性致熱因子，由兩種常見類型，分別是白介素1α 和白介素1β。白介素1 以白介素1α 前體物質的形式存在于各種細胞中，當細胞受到損傷時釋放[20]。白介素1β 的前體物質則只存在于部分細胞中，包括巨噬細胞、單核細胞和樹突細胞[20]。

脂多糖是導致宿主牙周組織損害的最主要的微生物因子,脂多糖提供細菌相關的分子型,可以識別牙周組織中免疫和非免疫細胞的受體。Bando等[21]通過分析N-BPs(阿侖膦酸鈉和唑來膦酸)對小鼠耳廓的炎癥反應，發現阿侖膦酸鈉和唑來膦酸（尤其是阿侖膦酸鈉）均可引起早期弱耳腫脹和晚期強耳腫脹兩個階段，且N-BPs 和脂多糖之間的炎癥作用相互增強，在脂多糖、阿侖膦酸鈉或阿侖膦酸鈉+脂多糖注射后第五天（耳腫脹幾乎達到最大值），阿侖膦酸鈉+脂多糖誘導的巨噬細胞、中性粒細胞、NK 細胞、T 細胞和B 細胞（但不包含嗜酸性粒細胞）的積累比脂多糖或阿侖膦酸鈉單獨誘導的要多。總之，阿侖膦酸鈉+脂多糖可以提高白介素1β、白介素18 以及腫瘤壞死因子α水平，通過巨噬細胞和中性粒細胞增強耳腫脹。

以上均能說明N-BPs能誘發組織的炎癥反應。

4.2 N-BPs 的壞死效應 如前所述，將N-BPs 注射到小鼠的耳廓時，會在注射部位產生炎性腫脹，當注射高濃度的N-BPs 時會導致壞死。低濃度的N-BPs 引起的腫脹在缺乏白介素1 的小鼠中比野生型的小鼠要小得多，但是高濃度的N-BPs 在兩種小鼠中引起的壞死程度相似[22]，這說明白介素1 參與了N-BPs 引起的炎癥壞死，并有可能還有其他的細胞毒性因子也在N-BPs 引起的壞死中起重要作用。

臨床上，本病大多數患者發展緩慢,初期以頜骨壞死部位間歇性鈍痛或持續性針刺樣疼痛為首要表現,進一步發展出現牙齒疼痛、松動,如未及時治療則破潰流膿,經久不愈,多并發細菌感染而伴有口臭,嚴重影響患者的生活質量。部分患者表現為拔牙創不愈或牙齦自發破損,并時常伴有炎性分泌物,色黃,味臭[23-24]。在此階段通常看不到影像學上的頜骨改變,進一步發展,拔牙創或黏膜破損處出現大面積潰爛,黏膜下的骨面暴露,頜骨逐漸加劇疼痛,并最終導致廣泛的骨面暴露,隨著病程的不斷惡化,死骨最終形成[25]。BRONJ 的病理學表現為:壞死的頜骨外觀上多孔、質輕,呈蟲蝕樣或浮石粉狀,組織學上可見病變骨破骨細胞減少、Howship 陷窩缺失、中性粒細胞和淋巴細胞浸潤，多合并放線菌感染,但放線菌在發病機制中的作用仍不完全清楚。

5 感染與N-BPs 炎癥壞死作用相互促進

如前所述，經過N-BPs 預處理的小鼠，脂多糖誘導組氨酸脫羧酶的能力增強，白介素1 表達量也增加。此外，在用脂多糖預處理的小鼠中，N-BPs 誘導組氨酸脫羧酶的能力也會增強。中間普氏菌是牙周炎中常見的革蘭氏陰性菌，在經過N-BPs 預處理的小鼠中，中間普氏菌的脂多糖所介導的炎癥反應也更為嚴重[26]。在口腔細菌環境下，N-BPs 能使巨噬細胞體外釋放白介素1 增加[27]。許多臨床研究表明，牙周或根尖周感染會促使大多數牙齒拔除，并增加頜骨壞死的風險[28]。一些研究人員報告了結合了這些口腔風險因素的體內大鼠模型[29-31]，首先誘發炎癥性牙病（如牙周炎、根尖周感染等），然后拔除受感染的牙齒。大多數研究將唑來膦酸作為全身危險因素。事實上，與拔牙未感染組相比，拔牙感染組大鼠牙槽骨壞死、拔牙窩愈合不良和持續炎癥反應更明顯。且有報道稱，接受腫瘤劑量的唑來膦酸治療的局限性牙周炎大鼠的BRONJ 患病率顯著低于未接受牙周清潔的局限性牙周炎大鼠[32]。這些發現表明了炎癥促進N-BPs 引起的壞死作用。

白細胞介素1b、白細胞介素6 和腫瘤壞死因子α 是重要的炎性細胞因子；一氧化氮是一氧化氮合成酶產生的炎癥指數。一項細胞實驗[33]發現，在RAW264.7 細胞用唑來膦酸（10mM）預處理24小時，然后用脂多糖（100 ng/mL）孵育0、1、2、4 或6 小時后。發現唑來膦酸處理后，脂多糖刺激RAW264.7 細胞產生的白細胞介素1b、白細胞介素6 和腫瘤壞死因子α 顯著增加；唑來膦酸加速一氧化氮釋放。這表明了N-PBs 對炎癥的促進作用。

以上均表明，N-BPs 的炎癥壞死作用與感染導致的炎癥反應能夠相互促進，可能成為BRONJ的致病機制之一。

6 N-BPs 進入軟組織細胞的機制

N-BPs 與羥基磷灰石結合，當破骨細胞吸收骨組織時會釋放鹽酸，以溶解骨組織，導致先前積累在骨組織中的雙膦酸鹽釋放出來，雙膦酸鹽處于被破骨細胞覆蓋的骨組織表面，極性較低，質子與雙膦酸鹽的兩個膦酸殘基結合，使其具有親脂性，此時雙膦酸鹽可以通過被動和非特異性轉運的方式進入破骨細胞。當處于中性環境時，雙膦酸鹽由于失去質子而高度極化，使得它們很難通過細胞膜。因此在中性軟組織環境中，N-BPs必須通過某些特定的轉運體進入細胞，抑制這種轉運體有望減少或者防止N-BPs的炎癥壞死作用。目前已知的三種磷酸鹽轉運蛋白分別是溶質載體17、溶質載體20 和溶質載體34[34]，其中溶質載體20 廣泛分布于各種細胞中。N-BPs 通過溶質載體20 和溶質載體34 進入細胞，而依替膦酸鈉和氯屈膦酸鈉能抑制磷酸鹽轉運蛋白[35]從而減少或防止N-BPs 的炎癥壞死作用。

7 與頜骨壞死（OBJ）有關的其他的藥物

藥物引起的頜骨骨壞死最早由Marx 報道，他注意到，36 例患者接受帕米膦酸二鈉和唑來膦酸治療后，上頜骨、下頜骨或者兩者都出現疼痛并伴有骨暴露。越來越多的研究已經確定頜骨骨壞死是由抗骨吸收藥物引起的，包括[36-38]地諾單抗，核因子kappa-B 配體抑制劑的受體激活劑;抗血管生成藥物，如貝伐珠單抗;以及酪氨酸激酶抑制劑，如舒尼替尼和索拉非尼。因此，2014 年美國口腔頜面外科醫師協會提出將與藥物相關的頜骨骨壞死命名為藥物相關性頜骨骨壞死(drug-related osteonecsis of the jaw,MRONJ)，以區別于BRONJ。

8 BRONJ 的預防及治療策略

8.1 預防策略 近來有報道稱，拔牙和外科手術的正確操作也可以有效預防BRONJ，甚至在高危患者中也可以發揮作用。Alonso-rodriguez 等[39]應用可吸收止血明膠海綿負載脂肪干細胞填塞拔牙窩，同時頰黏膜骨膜瓣覆蓋預防BRONJ；Zang等[40]利用脂肪干細胞結合羥基磷灰石填塞拔牙術后牙槽窩預防兔BRONJ。如前所述，感染是促進BRONJ 的關鍵因素，因此在有創口腔治療前，應嚴格控制感染，可以降低發生BRONJ 的風險。

8.2 治療方法 目前除了抗生素、鎮痛藥和常規手術治療外，還有其他幾種治療BRONJ 的方法：熒光引導下的壞死骨切除術[41]，粘骨膜瓣和局部帶蒂頰脂墊的皮瓣修復[42]，臭氧/氧氣療法[43]，拔牙后低強度的激光治療，特立帕肽治療[44]以及富含血小板血漿[45]在邊緣骨切除術后的應用，這些治療方法均為病例報告，尚未得到證實。其中，將特立帕肽作為替代藥物治療由低劑量雙膦酸鹽引起的BRONJ 具有明顯治療的效果[46]，但是特立帕肽必須皮下注射(不能口服)，且不能用于骨轉移性癌癥的BRONJ 患者(因為其致瘤性使其成為此類患者的禁忌癥)。富含血小板血漿治療的療效也被反復報道，富含血小板血漿中含有促進組織血管化的多種生長因子的存在，可以改善BRONJ中缺乏血管化的問題，從而促進組織愈合[47]，有效緩解BRONJ 的發生[48]但其缺點是必須使用患者自體的血漿。Khosla 等通過研究發現,雙膦酸鹽可引起血管內皮生長因子、成纖維生長因子等暫時性減少。Stresing 等研究發現,N-BPs 可通過甲羥戊酸合成途徑抑制血管發生,血管改建受抑制可能引起骨改建受抑制,這也可能是頜骨壞死發生的原因，故手術時應去除無血壞死組織，直至見到“出血”為止，降低BRONJ 的發生。

除此之外，還可以將non-N-BPs 作為N-BPs的替代藥物或non-N-BPs 與N-BPs 聯合用藥。實驗證明，non-N-BPs 可以減輕N-BPs 的局部或者全身的炎癥壞死作用[49]，并且non-N-BPs 中的氯屈膦酸鈉通過抑制磷酸鹽轉運體而抑制N-BPs 進入細胞，并抑制或阻止N-BPs 的炎癥壞死作用。而氯屈膦酸鈉對骨的親和力弱于N-BPs，因此其競爭性抑制N-BPs 與骨結合的能力也較弱，因此可以嘗試運用氯屈膦酸鈉聯合N-BPs 用藥來預防N-BPs的炎癥壞死作用，并且不會削弱N-BPs 強大的抗骨吸收作用。但是氯屈膦酸鈉不能去除已經積累在骨骼中的N-BPs，因為它對骨組織的親和力較低。由于氯屈膦酸鈉的抗骨吸收活性是依替膦酸鈉的3倍以上，因此與N-BPs 聯合用藥也許是一種較為穩妥的預防以及治療方式。

9 結 論

目前在各種各樣的抗骨吸收藥物中，N-BPs仍然是首選藥物。但是N-BPs 口服后生物利用率非常低，因此在臨床上多用于靜脈注射治療。BRONJ 多出現于靜脈注射含氮BPs 藥物的患者，因此推測出N-BPs 可能的潛在致病機制為：N-BPs通過反復給藥在下頜骨內積累,拔牙及口內的細菌環境能促進因N-BPs 積累而引起的炎癥。感染或拔牙等導致的骨組織的破壞將骨中積累的N-BPs釋放到周圍的組織，即使是死亡的破骨細胞同樣可以釋放N-BPs。N-BPs 通過磷酸鹽轉運體進入下頜骨周圍的軟組織中，N-BPs 的細胞毒性引起炎癥和細胞死亡。這些作用將引起一個惡性循環，最終可能導致下頜骨的壞死以及死骨的外露。由于依替膦酸鈉以及氯屈膦酸鈉可以抑制磷酸鹽轉運體，或許依替膦酸鈉和氯屈膦酸鈉可以作為N-BPs 的替代藥物或聯合用藥在治療BRONJ 中得到應用。