丁 納，盧海妹，劉亞坤，姜 玉，闞立新,2*

(1.安徽醫(yī)科大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 病理生理學(xué)教研室，安徽 合肥 230032；2.西北大學(xué) 神經(jīng)學(xué)系，美國(guó) 芝加哥 60611)

異位骨化(heterotopic ossification，HO)是指發(fā)生于肌肉或結(jié)締組織中的骨形成現(xiàn)象，分為遺傳性和獲得性。遺傳性HO主要包括進(jìn)行性肌肉骨化癥(fibrodysplasia ossificans progressive, FOP)和進(jìn)行性骨發(fā)育異常(progressive osseous heteroplasia, POH)兩種類型。獲得性異位骨化(aHO)常由嚴(yán)重創(chuàng)傷、戰(zhàn)傷、神經(jīng)系統(tǒng)損傷、燒傷等引起，其發(fā)病機(jī)制尚未明了。目前認(rèn)為大部分HO是通過(guò)軟骨內(nèi)成骨途徑形成(POH例外)，且必須滿足以下3個(gè)條件：成骨的前體細(xì)胞、多種誘導(dǎo)因子及相關(guān)信號(hào)通路、適宜的微環(huán)境[1]。HO的早期表現(xiàn)包括關(guān)節(jié)周圍疼痛、發(fā)熱和紅腫，逐漸出現(xiàn)關(guān)節(jié)活動(dòng)受限，重度HO嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量，所以有效的預(yù)防與治療十分必要。近年來(lái)HO預(yù)防與治療的手段越來(lái)越多，主要包括藥物、放療、手術(shù)和基因治療等。

1 常規(guī)藥物預(yù)防與治療

非甾體類抗炎藥(non-steroidal anti-inflammatory drugs, NSAIDs)主要通過(guò)抑制環(huán)氧酶(cyclooxyge-nase, COX)阻斷前列腺素生物合成過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)其抗炎作用，分為非選擇性和選擇性NSAIDs。此類藥物可通過(guò)干擾前列腺素旁路，影響成骨前體細(xì)胞的遷徙和分化?？诜沁x擇性NSAIDs可有效減少HO的發(fā)生率，但同時(shí)引起各種胃腸道不良反應(yīng)，如胃潰瘍、胃出血和胃穿孔等發(fā)生率增加。髖關(guān)節(jié)術(shù)后使用非選擇性NSAIDs萘普生可以顯著降低HO的發(fā)生率[2]，另外吲哚美辛在體外是最有效的抑制成骨細(xì)胞生存的藥物，同時(shí)在體內(nèi)可以促進(jìn)傷口愈合[3]，所以局部應(yīng)用NSAIDs可能是預(yù)防HO的安全有效方法，同時(shí)可以避免各種胃腸道不良反應(yīng)。

選擇性NSAIDs也可以抑制HO的發(fā)生，同時(shí)伴隨更少的藥物不良反應(yīng)，尤其是胃腸道反應(yīng)與血小板功能紊亂。例如，全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后服用塞來(lái)昔布6周(200 mg/d)可有效預(yù)防HO的發(fā)生，且更為安全，但是預(yù)防輕至中度HO發(fā)生的效果不明顯[4]。目前NSAIDs是臨床上預(yù)防創(chuàng)傷后HO形成最普遍的藥物，但是由于各類NSAIDs都有一定的不良反應(yīng)，不同患者對(duì)于它的耐受性不同而影響定時(shí)給藥，所以對(duì)于研究HO的發(fā)生機(jī)制及相應(yīng)有效的治療藥物及治療方法尤為重要。

另外，雙膦酸鹽類藥物對(duì)于治療HO也有一定的療效，其主要通過(guò)阻斷非結(jié)晶磷酸鈣轉(zhuǎn)化成羥磷灰石，從而使骨礦化進(jìn)程減慢，但不影響骨基質(zhì)合成，其作用是延遲而不是阻止HO 的礦化作用，故停藥后很容易反復(fù)[5]，所以不作為預(yù)防HO的首選藥物。

2 小分子受體興奮劑/抑制劑

HO的病理過(guò)程一般認(rèn)為是間充質(zhì)干細(xì)胞(MSC)在微環(huán)境和調(diào)控因子作用下的異常成骨過(guò)程，這個(gè)過(guò)程受一系列保守的信號(hào)分子控制，因此通過(guò)小分子(興奮劑/抑制劑)來(lái)調(diào)控這些信號(hào)通路是一個(gè)極具發(fā)展前景的方向。

2.1 通過(guò)BMP信號(hào)通路

骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)信號(hào)通路在HO過(guò)程中起到至關(guān)重要的作用，通過(guò)人工合成小分子抑制BMP信號(hào)一直受到重視。目前BMP受體抑制劑已經(jīng)經(jīng)歷了3代，分別以dorsomorphin、LDN-212854和K02288為代表。

Dorsomorphin可以通過(guò)靶向BMPⅠ型受體ALK1、ALK2、ALK3和ALK6抑制BMP下游SMAD及非SMAD信號(hào)通路[6]，且dorsomorphin或LDN-193189可有效抑制FOP患者真皮成纖維細(xì)胞誘導(dǎo)的多功能干細(xì)胞的增殖[7]。LDN-193189是dorsomorphin類似物，其通過(guò)抗炎、抗細(xì)胞增殖及抑制骨髓來(lái)減少aHO的形成[8]。LDN-212854可以抑制人誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞來(lái)源的周細(xì)胞中ALP活性，減少損傷小鼠體內(nèi)BMP信號(hào)通路中SMAD1/5的磷酸化。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于損傷后持續(xù)給藥6周，在小鼠損傷后2～4周給藥LDN-212854仍可減少aHO的形成，并且細(xì)胞增殖抑制、正常脛骨厚度降低等不良反應(yīng)減少[8]。K02288可以抑制經(jīng)BMP4處理的間充質(zhì)干細(xì)胞內(nèi)colⅡ的表達(dá)以及BMP下游信號(hào)p38 MAPK的磷酸化，從而抑制軟骨及骨的生成[9]。目前BMP受體抑制劑有很多種類，雖然大部分處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)或者臨床試用階段，由于它們可以不同程度靶向抑制BMP下游信號(hào)分子，對(duì)于預(yù)防HO的發(fā)生有很好的發(fā)展前景。

2.2 通過(guò)抑制低氧誘導(dǎo)因子(HIF-1α)表達(dá)

HIF-1α是一種低氧依賴性的轉(zhuǎn)錄因子，參與機(jī)體細(xì)胞在低氧環(huán)境中的調(diào)控，在刺激血管生成和隨后的新骨形成方面起著至關(guān)重要的作用。而低氧的微環(huán)境在HO的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中非常關(guān)鍵，細(xì)胞在低氧環(huán)境下通過(guò)高表達(dá)HIF-1α，導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子(VEGF)的表達(dá)升高，而VEGF可以調(diào)節(jié)骨及軟骨生成；同時(shí)VEGF高表達(dá)，可導(dǎo)致高度血管化的致密松質(zhì)骨的生成[10]。

另外，在局部低氧微環(huán)境中，HIF-1α高表達(dá)能募集HO前體細(xì)胞。HIF-1α可通過(guò)BMP/SMAD信號(hào)通路調(diào)控SOX-9的表達(dá)，SOX-9與HIF-1α的基因表達(dá)存在同步變化關(guān)系。PX-478和rapamycin是抑制低氧誘導(dǎo)因子的合成小分子，將小鼠跟腱損傷后用PX-478或rapamycin處理，采用PX-478 抑制HIF-1α發(fā)現(xiàn)，HO前體細(xì)胞減少，SOX-9的表達(dá)量下降，HO骨體積相對(duì)于對(duì)照組明顯減?。欢x擇性敲除HIF-1α基因后，無(wú)HO前體細(xì)胞聚集，無(wú)異位軟骨形成[11]。綜上所述，在低氧微環(huán)境中，HIF-1α高表達(dá)，參與或調(diào)控了HO前體細(xì)胞的募集、新生血管形成、軟骨及骨形成等過(guò)程，表明局部低氧微環(huán)境及 HIF-1α的高表達(dá)在aHO發(fā)病機(jī)制中起重要作用。

因此，從HO生成必要的微環(huán)境著手，抑制HIF-1α的表達(dá)，為治療HO提供了新思路。

3 大分子/中和抗體

Activin A是HO形成的一個(gè)關(guān)鍵中介，其中和抗體REGN2477可有效抑制FOP小鼠體內(nèi)HO的形成[12]。在小鼠體內(nèi)通過(guò)他莫昔芬誘導(dǎo)ACVR1[R206H]FlEx/+鼠體內(nèi)ACVR1[R206H]的表達(dá)，復(fù)制人類FOP模型，分別在他莫昔芬誘導(dǎo)后第9天、第21天給藥REGN2477(25 mg/kg)以及給藥同型對(duì)照抗體REGN1945(25 mg/kg)，經(jīng)CT檢查發(fā)現(xiàn)，他莫昔芬誘導(dǎo)后第9天給藥的實(shí)驗(yàn)組小鼠相對(duì)于對(duì)照組HO的發(fā)生明顯減少，并且形成的HO較小，未見(jiàn)繼續(xù)生長(zhǎng)蔓延；而他莫昔芬誘導(dǎo)后第21天給藥的實(shí)驗(yàn)組相對(duì)于對(duì)照組，其HO的發(fā)生處于靜止?fàn)顟B(tài)或者局部吸收狀態(tài)，這些證據(jù)表明activin A在HO發(fā)生的早期起重要作用[13]。針對(duì)activin A治療HO效果明顯，activin A中和抗體的治療目前雖然處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，但是其對(duì)于HO的治療有一定的意義。

4 基因治療

FOP患者由ACVR1雜合激活突變(R206H)導(dǎo)致，而ACVR1R206H以及各種FOP基因突變體都對(duì)于配體十分敏感，因此可以通過(guò)配體與ACVR1結(jié)合的抑制劑來(lái)抑制失調(diào)的BMP信號(hào)通路，從而阻止FOP患者異位骨的生成。ACVR1-Fc融合蛋白[14]可以顯著下調(diào)FOP細(xì)胞模型中的ACVR1突變導(dǎo)致的BMP信號(hào)通路異?；罨?，以及有效抑制軟骨成骨分化。另外有學(xué)者試圖通過(guò)siRNA沉默成骨細(xì)胞相關(guān)標(biāo)志物Runx2抑制HO的生成，并且證實(shí)通過(guò)siRNA敲低了未分化的多功能細(xì)胞C2C12中Runx2的表達(dá)，且ALP表達(dá)降低；將慢病毒轉(zhuǎn)染的大鼠SMAD7 cDNA局部注入跟腱損傷大鼠的肌腱中，觀察發(fā)現(xiàn)，內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)記物(CD31，VE-鈣黏素)表達(dá)上調(diào)，間質(zhì)細(xì)胞標(biāo)記物(N-鈣黏素，波形蛋白)表達(dá)下調(diào)，局部的SMAD7過(guò)表達(dá)可以阻止EndMT改變，最終注射慢病毒轉(zhuǎn)染SMAD7的肌腱組織的HO形成不明顯[15]。

基因治療HO有顯著的治療效果，并且為精準(zhǔn)治療HO提供可能，然而目前基因治療仍處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，有待進(jìn)一步研究。

5 手術(shù)治療

手術(shù)是aHO治療的常用選項(xiàng)，為了防止復(fù)發(fā)，通常晚期的成熟HO采取手術(shù)切除，而早中期HO采取保守治療。為了確保HO的成熟，通常外科手術(shù)切除時(shí)間在損傷后12～24個(gè)月，部分學(xué)者認(rèn)為損傷后患者行HO切除的時(shí)間可以從傳統(tǒng)觀念上的延遲1年適當(dāng)縮短[16]。

手術(shù)切除是治療HO最直接有效的方法，可以部分甚至完全恢復(fù)受累部位的功能活動(dòng)，恢復(fù)令患者較為滿意的關(guān)節(jié)功能[17]，通過(guò)髖關(guān)節(jié)鏡手術(shù)切除HO可有效緩解患者疼痛，其功能后果評(píng)分也相應(yīng)增加，然而很少有患者取得非常好的治療效果[18]。HO是全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)術(shù)后常見(jiàn)并發(fā)癥，而術(shù)后HO的發(fā)生率及發(fā)生級(jí)別與手術(shù)方式有很大的關(guān)聯(lián)，目前手術(shù)方式主要分為標(biāo)準(zhǔn)術(shù)式和微創(chuàng)手術(shù)。標(biāo)準(zhǔn)術(shù)式中，行直接前路術(shù)的患者相對(duì)于后入路的患者，其HO(Brooker分級(jí)Ⅲ-Ⅳ級(jí))的發(fā)生率更低[19]，而微創(chuàng)手術(shù)在HO的預(yù)防中有一定的優(yōu)勢(shì)，微創(chuàng)術(shù)后平均住院天數(shù)少，HO的發(fā)生率較低，創(chuàng)傷小且患者恢復(fù)正常運(yùn)動(dòng)更快[20]，但是對(duì)于FOP患者，手術(shù)是其禁忌癥，誤診而進(jìn)行手術(shù)治療會(huì)引起醫(yī)源性損傷而加重病情[21]。

6 放射治療

放療通過(guò)阻止間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化從而抑制HO的發(fā)生。放射治療(術(shù)后72 h內(nèi)，單劑量700 cGy)能顯著降低髖關(guān)節(jié)骨折術(shù)后患者的HO(Brooker分級(jí)Ⅲ-Ⅳ級(jí))發(fā)生率，而對(duì)于放療可能會(huì)引發(fā)惡性腫瘤需予以適當(dāng)?shù)目紤][22]。研究證實(shí)，高風(fēng)險(xiǎn)患神經(jīng)病的患者進(jìn)行部分跖骨截肢時(shí)應(yīng)用放射治療也有明顯的預(yù)防HO作用，且7～8 Gy照射劑量最為理想[23]。聯(lián)合放療與NSAIDs治療可有效預(yù)防HO切除術(shù)后骨化組織的再生，但是其并發(fā)癥發(fā)生率高達(dá)15.4%，其中包括由于耐藥引起的傷口感染、坐骨神經(jīng)麻痹等[24]。放射治療周期短，簡(jiǎn)單有效，患者依從性高，從而作為術(shù)后患者預(yù)防HO發(fā)生的一種常用方法，然而其可能引發(fā)惡性腫瘤，并且全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后放療可能導(dǎo)致睪丸相關(guān)并發(fā)癥[25]，所以伴隨一定的風(fēng)險(xiǎn)。

7 總結(jié)與討論

HO的治療及預(yù)防方法很多，但是由于其發(fā)病機(jī)制不明，目前并未找到完全行之有效的方法。下面的圖1給出了目前不同HO預(yù)防、治療方法的可能作用靶點(diǎn)，表1總結(jié)了它們的作用機(jī)制及各自優(yōu)缺點(diǎn)。

目前針對(duì)HO的治療存在許多問(wèn)題急需解決，如：1)NSAIDs等的治療可能會(huì)影響骨的愈合，需要進(jìn)一步研究預(yù)防此類不良反應(yīng)；2)基因治療等分子水平的療法仍然處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)甚至猜想階段，有待進(jìn)一步臨床試驗(yàn)研究證實(shí)其療效；3)手術(shù)切除成熟aHO的時(shí)機(jī)尚未定論，而對(duì)FOP，手術(shù)切除是禁忌的等。

針對(duì)這些問(wèn)題未來(lái)可以從以下幾個(gè)方面著手：1)繼續(xù)探討HO的發(fā)生機(jī)制，針對(duì)其發(fā)病的關(guān)鍵因子，關(guān)鍵靶點(diǎn)對(duì)癥治療。2)尋找早期診斷HO的有效方法。3)積極研究高選擇性BMP受體抑制劑，減少其脫靶效應(yīng)，減少藥物不良反應(yīng)，從而達(dá)到精準(zhǔn)治療。4)爭(zhēng)取將 HO消滅在萌芽狀態(tài)。隨著對(duì)HO機(jī)制的進(jìn)一步闡明，預(yù)防性治療的時(shí)機(jī)和適應(yīng)證將進(jìn)一步明確，將有可能使之成為現(xiàn)實(shí)。5)結(jié)合各種特異性治療方法，使HO的治療方法日趨完善。

圖1 不同HO的預(yù)防、治療方法的可能作用靶點(diǎn)Fig 1 Possible targets for the different prevention and treatment methods of HO

治療方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)NSAIDs通過(guò)抑制Cox1與Cox2,降低HO發(fā)生率干預(yù)骨重構(gòu)及骨愈合,且選擇性NSAIDs有嚴(yán)重的胃腸道不良反應(yīng)雙膦酸鹽類藥物降低IL-1,急性期C反應(yīng)蛋白水平,及減緩骨礦化進(jìn)程不阻止HO的礦化作用,停藥后易反復(fù)小分子抑制劑分別靶向HO形成的必要信號(hào)通路及微環(huán)境,從發(fā)病機(jī)制著手,更為有效易產(chǎn)生脫靶效應(yīng),目前處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段基因治療通過(guò)BMP/SMAD/RunX2信號(hào)通路抑制HO生成,從發(fā)病源頭治療,更為精準(zhǔn)處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段手術(shù)治療可直接摘除成熟HO(但不適用于FOP)花費(fèi)高,痛苦大,易反復(fù)放射治療阻止間充質(zhì)細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化高成本,有輻照引起軟組織肉瘤發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn),并且髖關(guān)節(jié)術(shù)后放療有引起睪丸并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)