双膦酸盐相关性颌骨坏死发病机制的研究进展

    双膦酸盐相关性颌骨坏死（bisphosphonate related osteonecrosis of the jaw，BRONJ）是患者长期使用双膦酸盐（bisphosphonates，BPs）药物引起的严重不良反应。该病于2003年被首次报道，目前美国口腔颌面外科医师协会（American Association of Oral and Maxillofacial Surgeons，AAOMS）对BRONJ的临床诊断标准为：①患者口腔颌面部存在8周不能愈合的暴露骨面；②同时患者正在接受或已经进行过BPs类药物治疗；③并且患者无头颈部放射治疗史。
    BRONJ和部分抗肿瘤药物引起的颌骨坏死统称为药物相关性颌骨坏死（medication-related osteonecrosis of the jaw，MRONJ）。BRONJ累及区域血运变差，因上颌骨较下颌骨血运丰富，抗感染能力强，因此BRONJ累及下颌骨较为多见，且以前磨牙区和磨牙区最为多发。BRONJ病程进展缓慢，初期拔牙创间歇性钝痛或持续性针刺样疼痛，累及邻近牙齿疼痛、松动，伴有牙龈软组织破溃、流脓以及严重口臭。病情继续进展，软组织大面积溃烂，颌骨疼痛加剧，并最终导致大面积的骨面暴露，可能伴发口内外瘘，软组织无法再生。
    目前针对BRONJ的治疗均为对症处理，分为保守性治疗及手术干预等。保守治疗包括抗感染治疗、局部镇痛治疗等；手术干预包括有限的局部病灶刮治术、颌骨部分切除术以及相对彻底的颌骨截断术+游离软硬组织瓣修复术等。因此，深入研究BRONJ的发病机理，能为其针对性地治疗提供思路。目前公认的BRONJ的发病机制主要有：颌骨代谢失衡、血管生成抑制、局部微生物感染、免疫功能紊乱、软组织毒性等。本文就相关假说及涉及信号通路的机制研究进展作一综述。
    1.颌骨代谢失衡
    在正常颌骨组织中，成骨细胞和破骨细胞协同合作，维持颌骨改建中的稳态。BRONJ目前仅发生于上下颌骨，其余部位尚未见报道，究其原因可能是因为颌骨相较于其他部位骨质具有较高的代谢率。BPs与骨质中羟磷灰石结合力高，通过改变破骨细胞形态及粘附性，使其特异性结合到骨表面上。BPs最常见的细胞靶点是破骨细胞，证据表明含氮双膦酸盐的一个重要调节机制是抑制甲羟戊酸途径（MVP）的酶。
    MVP特异酶的抑制导致了蛋白前酰化过程的改变，这是包括小GTP结合蛋白（Ras、Rho、Rac和Rab）在内的一类蛋白质翻译后成熟所必需的。这些蛋白质在细胞生长和分化、细胞骨架重组、基因表达和膜皱褶中起着关键作用。这些小GTP结合蛋白的抑制可能干扰破骨细胞的功能，从而促进了BRONJ的形成。
    BPs可以通过OPG/RANKL/RANK通路，引起颌骨代谢失衡。破骨细胞及其前体细胞的膜表面的跨膜蛋白，核因子κB受体活化因子（receptor activator for nuclear factor-κB，RANK），是影响其前体细胞的分化与成熟的必要因子之一。核因子κB受体活化因子配体（receptor activator for nuclear factor-κB ligand，RANKL），作为RANK的配体，主要由成骨细胞及T细胞分泌和释放，也是前体细胞向破骨细胞发育成熟的必要的调节剂。RANK与其配体结合后，促进前体细胞向破骨细胞分化、成熟，从而调节体内成骨细胞与破骨细胞维持的颌骨稳态。
    RANKL/RANK信号通路也受到骨保护素（osteoprotegerin，OPG）的负调控，OPG由成骨细胞及骨基质细胞合成、分泌，是RANKL的一个受体，又被称为破骨抑制因子，能够阻碍RANKL与RANK的结合。BPs通过影响成骨细胞，增加成骨细胞内OPG的合成，OPG中和RANKL，使RANKL的表达量下降，抑制破骨细胞的活化、成熟。破骨细胞分化除了受RANKL调节，也受巨噬细胞集落刺激因子（m-CSF）和CD9的影响。有报道认为，BPs可以通过阻断ras/erk通路和激活p38MAPK，增强了OPG的表达，抑制了CD9、m-CSF和RANKL的表达，从而抑制破骨细胞分化。
    2.抑制血管生成
    充足的血供是颌骨稳定的重要因素，颌骨血供的减少可能是BRONJ的发病因素之一。在解剖学上，破骨细胞位于每一个骨重建间隔内的血管附近，因此占据了一个理想的位置，以向血管发出信号和促进血管生成。低浓度的双膦酸盐药物可以降低转移性血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）水平，诱发血管内皮细胞凋亡，抑制病灶周围微血管的改建，降低微血管的密度。
    Xie等发现在骨组织发育过程中，成骨和血管生成是耦合的，主要由分泌血小板衍生生长因子BB（platelet derived growth factor-BB，PDGF-BB）的前成骨细胞调节。唑来膦酸（zoledronate，ZOL）是一种含氮的双膦酸盐，通过在体外优先抑制破骨细胞的形成和PDGF-BB的分泌，可以削弱内皮祖细胞的血管生成和骨髓间充质干细胞（BMMSCs）的成骨作用，有效地抑制血管内皮细胞的增生、降低内皮细胞的粘附与转移，从而减少颌骨内微血管的密度和数量。因此在手术过程中必须用血供良好的软硬组织进行修复重建，如血管化腓骨肌瓣或者游离皮瓣等。
    3.微生物感染
    口腔内的微生物感染也是BRONJ发病因素之一。Sedghizadeh等首次描述了BRONJ病变中存在微生物膜，主要由各种细菌（包括大量的厌氧放线菌、链球菌和其他产酸细菌，偶尔有酵母菌）组成，这些细菌嵌入BRONJ病变的细胞外基质中，因此BRONJ患者最常见的临床表现就是急性感染，症状包括疼痛（82.7%）、红斑（83.6%）、骨外露（70.9%）、脓液（64.5%）和其他口腔外表现，如淋巴结肿大和引流脓肿（57.8%）等。接受BPs治疗的患者拔牙创内的颌骨抵抗感染的能力显著降低，菌群失调造成的局部软硬组织机会感染很容易进展为颌骨骨髓炎，并最终发生BRONJ。
    接受BPs治疗、菌群失调的患者，口腔内微生物代谢产酸导致局部pH值下降，体外实验证实BPs在酸性环境下更容易被释放和激活、更具有细胞毒性。因此在临床治疗中，口内局部应用抗生素抑制表面细菌，可以减轻患者症状，也有助于黏膜上皮在暴露的颌骨骨面爬行再生，局部手术刮除感染死骨虽然无法达到根治效果，但是能有效减轻患者局部疼痛、流脓等症状，达到一定的临床治疗效果。
    4.免疫功能紊乱
    长期应用BPs会导致全身性免疫功能的异常，口腔内菌群失调，机会感染增大，促进BRONJ的发展。Favot等研究发现，双膦酸盐能干扰中性粒细胞的迁移，这可能导致BRONJ患者的持续感染，并且大多数BRONJ患者停止服用双膦酸盐药物平均1.5年后，BPs仍然对中性粒细胞有长期的抑制作用。Kalyan等认为在BRONJ患者白细胞中，调节免疫防御功能的基因表达显著下调，导致IL-1和IL-8等介导的骨吸收作用减弱。
    使用BPs的患者多因患有肿瘤、进行全身放化疗以及长期激素使用等而导致全身免疫系统不完整，为BRONJ的发生发展提供了合适的条件。间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）是一种多能干细胞，具有分化成骨细胞的能力，但最重要的是由于其免疫调节特性的最新特征，骨髓间充质干细胞应被视为骨坏死灶的良好移植材料。有研究证实在小鼠、猪和人身上进行MSCs移植，对治疗BRONJ有不错的疗效。骨髓间充质干细胞成功的关键似乎更多地与它们的免疫调节特性有关，而不是它们向成骨细胞分化的潜能。事实上，MSCs移植物的疗效取决于其降低IL-17、IL-6、C-反应蛋白和Th17细胞水平的能力，以及增加IL-10、TGF-β1和调节性T细胞（Tregcells）的水平的能力，促进内源性组织再生、抑制细胞凋亡以及促进局部血管生成。
    5.软组织毒性
    当拔牙创或者牙周损伤形成后，牙龈、口腔黏膜中的成纤维细胞大量增殖，合成和分泌胶原纤维和基质成分，与新生毛细血管等共同形成肉芽组织，修复拔牙创的牙槽骨、牙龈及黏膜缺损，为表皮细胞的覆盖创造条件。然而BPs在拔牙创周围软硬组织蓄积后，特别是与化疗药物、血管生成抑制剂等其他癌症药物联合应用后，可能通过组织毒性直接导致牙龈损伤，黏膜愈合延迟，随后出现骨外露，这是BRONJ的主要临床症状之一。结合于骨表面的BPs对相邻的其他类型细胞也存在抑制作用。
    人口腔角化细胞分泌的一些生长因子和细胞因子，如表皮生长因子（EGF）诱导破骨细胞分化，并通过成骨细胞表达RANKL，对于口腔黏膜的创面愈合发挥重要的作用。长期使用BPs对口腔黏膜角化细胞的负面影响较大，表现为降低生存能力，降低迁移能力，增加凋亡率，抑制口腔内感染创面软组织的恢复从而使颌骨暴露，这可能是BRONJ的起始因素之一。
    除此以外，人牙周膜干细胞能够促进牙周黏膜组织的恢复，对拔牙创内牙槽骨的再生有重要促进作用。有研究表明，BPs能显著抑制人牙周膜干细胞的增殖能力，降低粘附和迁移能力，并显著损伤其成骨分化能力，这可以解释在临床中观察到BRONJ患者大多有明显的牙周组织破坏。
    6.总结与展望
    目前大部分学者认为上述五种因素相辅相成，共同导致了BRONJ的发生发展。在临床治疗方面，由于患者多伴有肿瘤等疾病，因此无法针对性进行全身治疗，有限的局部对症疗法仅能部分缓解患者的症状，而相对彻底的截骨重建手术又创伤巨大，并非所有患者都满足手术指征。因此新的治疗手段，比如纳米缓释药物等，具有广阔的应用前景。下一步针对BRONJ的研究需要聚焦于为何该病只特异性发生于颌骨，各发病机制假说之间的相互联系以及能否提出临床效果更佳、创伤更小、针对性更强的治疗方案。