骨质疏松状态下促进种植体骨整合方法的研究进展

    骨质疏松症是一种代谢性疾病，因年龄增长而造成的性激素水平下降是导致骨质疏松症的常见原因。骨质疏松症中，骨代谢平衡被打破，骨吸收速度超过新骨形成速度，常造成骨量减少和骨脆性增加。因此，骨质疏松症患者往往更容易发生骨折。此外，骨质疏松症好发于中老年人群，而中老年人恰恰是牙缺失、各种骨关节疾病的高发人群，对牙种植、人工关节置换等骨内种植体治疗需求很大。
    然而，骨质疏松症患者骨微环境的破坏和骨弹性模量的变化导致种植体界面应力屏蔽增强，种植体稳定性降低，植入失败的风险也随之升高。如何降低骨质疏松症患者的骨内种植失败率一直是学者们研究的重点。目前研究显示，骨质疏松状态下促进种植体骨整合的方法主要包括：调节骨代谢、种植体表面改性和干细胞相关疗法等。
    本文回顾并综述在基础研究领域中促进骨质疏松状态下种植体骨整合及其稳定性的研究进展，分析药物干预、生物因子、种植体表面改性、干细胞相关疗法对骨整合的影响，以期为进一步临床研究提供参考。
    1.药物干预
    1.1 双膦酸盐
    双膦酸盐有极高的钙亲和力，进入体内后主要分布在骨代谢活跃的区域，与羟磷灰石结合，从以下三方面发挥抗骨吸收的作用：（1)减少破骨细胞的募集和分化；（2)诱导破骨细胞凋亡；（3)通过甲羟戊酸途径降低破骨细胞活性。双膦酸盐可以减少髋关节置换术后患者的骨丢失，且因其可与骨结合，停药后仍能缓慢发挥作用，不会发生快速的骨丢失，其长期疗效优于其他抗骨质疏松药物，故用药一段时间后可根据其骨折风险高低选择是否暂停给药，即进入“双膦酸盐假期”。唑来膦酸是一种新型双膦酸盐类药物，对钙的亲和力更高，可促进去卵巢大鼠的骨小梁形成，增加种植体稳定性，促进骨整合。
    然而，长期使用双膦酸盐可能导致颌骨坏死，常见的表现有牙齿松动、颌骨外露、疼痛麻木及感觉障碍等，当颌骨坏死合并感染后则会出现骨质破坏及病理性骨折，不利于口腔种植等治疗；静脉注射双膦酸盐有更高的颌骨坏死风险，口服用药发生颌骨坏死的概率则较低。
    Davison等向骨质疏松母羊静脉注射唑来膦酸（相当于临床癌症患者使用剂量），1年后发现该组羊种植体周围颌骨骨量下降，部分羊种植体丢失，甚至发生颌骨坏死，提示双膦酸盐治疗可能不利于种植体稳定。使用大剂量双膦酸盐的患者，如癌症患者，发生种植失败和颌骨坏死的概率较高；而使用低剂量双膦酸盐治疗骨质疏松症并不会增加种植失败风险，无论使用口服还是静脉注射的方法，种植体周围骨水平不会出现明显的下降，种植体存留率也较高。此外，有研究显示局部给药不会引起颌骨坏死，相对较低的浓度反而有利于新骨形成，增加骨-种植体接触。
    1.2雌激素与选择性雌激素受体调节剂
    雌激素缺乏是导致老年女性骨质疏松的主要因素，而雌激素替代疗法已被应用于减少骨质疏松症患者的骨丢失、增加骨密度并降低植入失败风险。雌激素替代疗法能显著提升去势大鼠的血浆雌二醇浓度，促进松质骨愈合，增加种植体周围的矿物质浓度。雷洛昔芬是选择性雌激素受体调节剂，能抑制骨吸收，促进新骨形成。骨质疏松大鼠口服雷洛昔芬后可观察到种植体周围骨量提升，骨小梁厚度增加，骨种植体结合率也有明显提高。
    Hermansen等将雷洛昔芬浸渍的骨块移植于种植体周围，发现新骨形成增加，但移植的骨块吸收率也更高，种植体初期稳定性较低。雌激素替代疗法还可能导致血栓性疾病等严重并发症，其应用受到限制。临床指南中也推荐，只对不适合使用双膦酸盐或地诺单抗进行治疗，并且具有低的深静脉血栓风险或患乳腺癌风险较高的骨质疏松患者使用雌激素替代疗法。
    1.3 甲状旁腺激素（parathyroid hormone,PTH)
    PTH主要作用于肾脏和骨组织，调节血液钙磷平衡。在肾脏可促进肾小管重吸收钙离子，促进磷酸盐排泄，并促进1,25-羟基维生素D的合成。PTH对骨组织的作用较为复杂，其可促进成骨分化，减少成骨细胞凋亡，促进骨合成，增加破骨细胞活性；此外，PTH还可改变骨细胞形态，造成细胞收缩、死亡等，从而快速调动骨组织中的钙离子，提升血钙浓度，即发生骨细胞溶骨。
    长期暴露在高水平PTH环境下会导致骨丢失，而间断给药能增加骨质疏松动物的骨小梁形成，改善骨的生物力学性能，增强骨结合。特立帕肽是PTH的N-末端片段，可促进矿化、骨形成和骨塑建，促进骨质疏松动物的种植体骨整合。但使用PTH后突然停药会导致骨吸收，这可能是因为PTH与成骨细胞作用前会先激活破骨细胞，随后与骨吸收过程中释放的转化生长因子-β（transforming growth factor-β,TGF-β）等生物因子共同促进成骨分化。因此，在特立帕肽治疗后可使用抗骨吸收的药物来维持骨密度。
    1.4 他汀类药物
    他汀类药物是目前一线调脂药物之一，主要作用于肝脏，通过抑制胆固醇合成，上调低密度脂蛋白受体，降低循环血中低密度脂蛋白浓度。辛伐他汀是临床常用的调脂药物，其还能作用于脂肪组织，减少脂肪特异性炎症，增加细胞内脂联素水平，选择性影响脂联素分泌；此外，辛伐他汀可在体外促进人脂肪组织来源的基质细胞成骨分化和矿化，也可上调骨形态发生蛋白（bone morphogenic protein,BMP）的表达，促进间充质干细胞（marrow derived mesenchymal stem cells,MSCs）成骨分化，使骨质疏松动物成骨。但辛伐他汀对骨整合的影响尚无明确结论，仍需进一步研究。
    1.5 锶
    锶能募集骨髓间充质干细胞（bone marrow derived mesenchymal stem cells,BMSCs），上调成骨相关基因表达，参与矿化过程，增加骨保护素的合成，从而促进骨的形成、矿化。锶通常结合于新生骨质的表层羟磷灰石中，替代其中的钙元素。使用雷尼酸锶治疗3年后骨中的锶含量达到峰值，但停药后锶会快速从骨组织中释放出来，造成骨力学性能下降。锶与钙在小肠重吸收，以及与羟磷灰石结合的过程中都存在竞争关系，高浓度的锶并不利于骨矿化。
    目前主要将锶作为表面改性元素，向种植体表面添加含10%锶的羟磷灰石涂层，可促进骨质疏松动物骨愈合，增强骨整合。雷尼酸锶可降低骨质疏松患者的骨折风险，促进骨愈合，减少种植体周围骨丢失。关于雷尼酸锶对骨整合影响的研究则较少，有研究认为其能促进骨形成，增强种植体骨整合，但由于不同研究中药物剂量、观察时间等不同，其准确效果还有待进一步研究。
    2.生物因子
    2.1 BMP
    BMP通过BMP信号通路调控一系列成骨基因的表达，从而调控成骨细胞分化与骨再生。BMP-2基因修饰的BMSCs能更好地贴附于种植体表面，表现出更高的成骨分化活力。对骨质疏松动物使用BMP后可增强骨整合，增加剂量可以提升效果；但浓度过高会抑制骨形成，并引起血肿等副反应，还会导致骨改建阶段早期骨吸收，反而不利于种植体稳定。
    2.2 Wnt/β-catenin信号通路相关治疗
    Wnt/β-catenin信号通路可调节成骨细胞分化，下调破骨基因表达，维持骨细胞活力。骨质疏松时，该信号通路相关的多种分子表达受影响，BMSCs增殖和成骨分化能力下降。骨硬化蛋白可通过结合Wnt共受体LRP5/6抑制Wnt信号通路，影响骨合成代谢。骨硬化蛋白抗体可用于治疗骨质疏松症，增强骨种植体结合。
    2.3 核因子κB受体活化因子配体（receptor acti-vator for nuclear factor-κB ligand,RANKL）抗体
    RANKL能结合破骨细胞上的核因子κB受体，激活破骨细胞分化。RANKL抗体则竞争这一过程，起到抗骨吸收的作用。
    骨保护素（osteoprotegerin,OPG）是RANKL内源性拮抗剂。Liu等研究显示，皮下注射OPG可增加去势大鼠的骨体积和矿物质颗粒的均匀性，增强骨整合。但Choi等使用兔建立骨质疏松模型并皮下注射OPG，发现低剂量OPG并未增加种植体周围骨量，而使用高剂量OPG后第1周内可见破骨细胞数目下降，1周后RANKL的表达水平及骨量则无明显变化。OPG在不同动物体内对骨的作用效果还需进一步研究。
    地诺单抗是RANKL的单克隆抗体，可增加骨质疏松患者的骨量，降低骨折风险。地诺单抗还可减少假体旋转和假体周围的骨丢失，增强骨质疏松患者髋关节置换术后的假体稳定性。地诺单抗对骨代谢的作用时间较短，需要定期给药，停药后应立即给予其他抗骨吸收药物，避免骨密度迅速下降。
    有研究发现，破骨细胞被激活后可通过RANKL-RANK信号通路启动免疫系统，影响调节T细胞等免疫细胞；地诺单抗则可能影响这一过程，影响口腔组织感染后的修复并导致颌骨坏死。因此，使用地诺单抗治疗后建议长期随访，并对患者进行口腔卫生指导。
    3.种植体表面改性
    种植体表面改性能促进骨代谢相关因子的表达，并且可改变细胞骨架形态，影响细胞黏附。通常认为，粗糙多孔的表面结构有更大的表面积供细胞生长，细胞可伸展出更多突起来帮助细胞锚固，有利于骨整合。而亲水的种植体表面能较高，能够上调BMP-2和骨钙素的表达，有利于早期骨整合。Hotchkiss等的研究则发现，表面多孔、亲水的材料能促进巨噬细胞M2向分化，起抗炎作用，有利于生物材料（如钛等）的愈合反应。
    种植体表面改性的方式可分为三大类：物理、化学和生物改性。物理改性主要包括改变种植体形态、喷砂、制备纳米复合结构。设计合适形状的种植体有利于维持扭矩，增加初期稳定性，其中带V形螺纹的锥形种植体应力传导更均匀，稳定性更高。制备纳米结构可增加种植体表面微粗糙度，也可改善其湿润性，能促进血凝块形成，吸引成骨细胞迁移分化，加速骨形成；同时微孔结构有利于搭载锶等其他因子，增强骨质疏松动物体内的种植体骨整合。
    化学和生物改性可改变种植体亲水性，也能向种植体表面添加不同成分的涂层[如羟磷灰石（hydroxyapatite,HA）、氟化物等]，可达到缓释效果，发挥促进成骨的作用，同时规避部分药物不良反应。Rocca等对比了含HA涂层钛种植体与普通钛种植体在去卵巢绵羊体内的骨整合效果，发现HA涂层组有更高的种植体骨接触，扭矩也更大。也有研究认为，HA涂层种植体容易产生不利于骨整合的微粒，使用HA涂层种植体的患者发生种植体松动的概率增加。
    氟化物修饰也是常用的方法之一，含氟化物涂层的种植体有利于去势大鼠的骨整合，但高剂量氟化物会降低成骨细胞活性。此外，还有更多的涂层材料，如聚合物/金属有机框架（polymer/metal organic framework,MOF）涂层、抗菌肽涂层等正在研究中。
    4.干细胞相关疗法
    骨质疏松症中骨微环境遭破坏，局部细胞活力下降，使用干细胞能募集原生干细胞，分泌代谢因子，改善微环境。不同组织来源的MSCs均可影响成骨，其中以BMSCs的作用较强。Liu等制备包被BMSCs的煅烧牛骨薄片，发现其在体外和体内均有成骨分化和矿化潜力，能促进骨质疏松大鼠临界骨缺损修复。Khadka等使用疏松多孔的羟基磷灰石支架材料来携带BMSCs，植入大鼠颅骨缺损部位，发现细胞可在多孔结构内迅速生长成熟，能加速骨缺损的愈合。
    Duan等将BM-SCs包被于钛种植体表面，植入行卵巢切除术大鼠体内，8周后观察到种植体周围新骨形成，骨体积增加，骨种植体接触率增加。但目前关于干细胞疗法对骨质疏松模型骨整合影响的研究还较少，其临床效果有待进一步验证。
    5.小结
    骨质疏松症导致骨微环境破坏和骨弹性模量的变化，不利于种植体稳定，较难得到理想的骨整合，需要寻找有效安全的方式来促进骨整合。目前应用的方法主要有使用促进成骨类药物、抑制骨吸收类药物和种植体表面改性等。其中，双膦酸盐类药物是治疗绝经后骨质疏松症的首选药物，也有大量数据支持其对骨整合的积极作用，但使用时应综合考量疗效与颌骨坏死风险，定期评估。
    雌激素、PTH、他汀类药物等有多效性作用，但也会带来副反应，使用时需考虑剂量，一般选择作为双膦酸盐的替代或辅助药物。随着细胞信号通路研究的发展，更多有治疗潜力的生物因子被发现。种植体表面改性后可以结合上述各种药物、生物因子，通过影响细胞黏附、代谢等发挥促进骨整合的效果，并规避部分副反应。干细胞疗法有应用前景，但还缺乏动物实验和临床试验数据的支持。
    综上，目前有多种方法可促进骨质疏松症动物模型的种植体骨整合。但大部分动物实验中种植体并不承受生理负荷，加之实验的观察时间各有差异，与实际临床情况有所不同，并不能完全反映长期使用后的骨整合情况。因此，这些方法要推广至临床应用仍需要大量研究结果予以支持。