成骨不全治疗研究进展

石长贵，张 颖，袁 文

成骨不全(osteogenesis imperfecta，OI)又称脆骨病。是一组以骨骼脆性增加及胶原代谢紊乱为特征的全身性结缔组织疾病。其病变不仅限于骨骼，还常常累及其他结缔组织如眼、耳、皮肤、牙齿等，其特点是骨脆性增加、骨关节进行性畸形、蓝巩膜、牙本质发育不全、听力下降及皮肤异常。90%的OI 是编码Ⅰ型胶原的基因COL1A1 或COL1A2 发生突变而引起的常染色体显性遗传疾病，其余成骨不全则主要是由于调节Ⅰ型胶原基因转录或翻译的基因(CRTAP、LEPRE1、PPIB、SERPINH1、FKBP10 等)发生突变所致［1-2］。OI 的治疗需多学科综合治疗，主要包括药物治疗、手术矫形、康复治疗、干细胞应用、基因沉默等，临床具有治愈难，疗程长，患者痛苦等特点。

1 药物治疗

1.1 双磷酸盐

OI 的药物治疗主要包括双磷酸盐、甲状旁腺素、生长激素、降钙素、维生素等。长期临床效果观察发现双膦酸盐是治疗OI 患者最有效的药物，治疗效果主要包括:增加骨密度(bone mineral density，BMD)、减轻骨痛、降低骨转换率、改善生活质量和减少骨折发生率等［3-4］。周期性静脉注射帕米膦酸盐是目前治疗儿童轻重型OI 患者最常用的方法，其安全性及短期疗效已被大量研究所证实，但其长期疗效仍在研究中。相比帕米膦酸盐，新型研制的唑来膦酸不仅效应更强、而且注射时间短，但其安全性和有效性还未得到证实。Barros 等［5］将23 名儿童OI 患者随机分为2 组，分别给予帕米膦酸钠和唑来膦酸治疗，结果发现2 组患者腰椎BMD 显著升高，骨折发生率显著降低，2 组差异不显著，表明唑来膦酸可改善OI 患者的临床症状及骨密度，且有效性与帕米膦酸钠相似。而Glorieux 等［6］研究发现与帕米膦酸钠相比，唑来膦酸不仅能更显著增加腰椎BMD，且在降低骨转换率方面效应更强，因此认为唑来膦酸治疗儿童OI 可能比帕米膦酸钠更有效。关于唑来膦酸的国际多中心药物试验正在进行，未来唑来膦酸有可能取代帕米膦酸钠成为治疗OI 的首选药物。虽然双膦酸盐已被证实对OI 患者有效，但其治疗的最适剂量与时间、最佳给药途径、最佳药物选择等问题尚无统一标准，仍有待进一步研究。

1.2 生长激素

生长激素能刺激成骨细胞，增加Ⅰ型胶原的合成以及促进长骨的生长，因而被证实对OI 患者有效。Marini 等［7］对Ⅲ/Ⅳ型OI 患者给予生长激素治疗，结果发现Ⅳ型OI 患者生长率显著增加，且生长率与治疗年限呈线形增长;患者骨组织形态和脊椎双能X 线骨密度仪检查也显著改善。与双膦酸盐相反，生长激素可增加患者的骨转换率，但由于OI患者本身即有较高的骨转换率，因此生长激素可能会促进患者畸形的进展，联合应用两种药物可有效避免这一不良反应。Antoniazzi 等［8］研究发现与单用奈立膦酸钠对比，联合应用生长激素与奈立膦酸钠能显著增加骨量和生长率以及减少骨折发生率。因此，多种药物联合治疗是未来治疗OI 的一种趋势。

2 手术治疗

2.1 长骨畸形及骨折的治疗

由于OI 患者骨脆性大，且同时伴有长骨弓状畸形，长骨畸形不仅影响患者的功能，而且导致骨折反复发生。对于稳定性骨折，主要考虑石膏、夹板固定或骨牵引等非手术方式治疗;手术治疗主要针对移位和不稳定性骨折，包括髓内钉、骨切开术、钢板固定及外固定支架。髓内钉置入骨髓腔不仅可对齐和稳定骨折、缩短愈合时间，还能矫正畸形预防骨折反复发生，主要用于Ⅲ/Ⅳ型OI 患者。置入髓内钉移位是手术后常见并发症，常伴有骨骼、关节的穿孔，El-Adl 等［9］回顾2 组分别置入可伸缩髓内钉(telescoping intramedullary rod，TIMR)和非伸缩髓内钉治疗骨折的患者，结果发现TIMR 移位发生率显著低于非伸缩髓内钉，且TIMR 组患者运动状态更佳。尽管TIMR 可降低移位率，但患者仍存在再发生骨折的风险，尤其在骨重建度小、截骨点或髓内钉两端的位置［10］。为评价TIMR 的远期疗效及并发症，Nicolaou 等［11］对22 例接受TIMR 治疗后随访13 年的OI 患者进行回顾分析，结果发现患者运动能力显著改善，所有髓内钉均随患者生长而延长，髓内钉二次置入率50%，穿过膝踝的髓内钉并未引起不良症状的发生。随着骨骼生长，延长性较非延长性髓内钉能作用更长时间，且移位率更低，但延长性髓内钉手术过程复杂，并可能增加四肢骨质疏松程度，而且并发症较多，尤其对于年龄＜5 岁的孩子危险性更大。2 种髓内钉如何选择主要取决于患者年龄、特定条件以及外科医师的经验。

2.2 脊柱侧凸矫正

脊椎侧凸是OI 患者常见的并发症，常导致患者疼痛、活动障碍，严重者可影响呼吸功能危及生命。外固定矫形支架能缓解疼痛及腰椎后凸，并加强活动能力，但可导致胸廓变形，且对防止侧凸进展效果不大，并可能进一步加重肺功能。脊柱侧凸Cobb角＞30°且年龄为11～12 岁的OI 患者，需要临床随访及定期X 线检查，如果侧凸进展明显，则应及时进行矫形手术，并且术后应保持脊柱稳定［12］。脊柱稳定情况下持续使用halo 式支架可防止侧凸进展，有时甚至减小侧凸角度，从而有效改善患者呼吸功能以及减轻疼痛［13］。对于儿童OI 患者，如脊椎侧凸Cobb 角＞50°，待青春期后施行手术治疗效果更好。

2.3 听力缺失的恢复治疗

成人OI 患者常发生听力缺失，起初仅是传导性听力缺失，随着疾病进展，感觉性听力缺失也逐渐出现，因此建议青春期后每3～5 年需对OI 患者的听力进行监测。针对听力缺失的治疗，疾病开始仅需应用助听器即可达到治疗效果，随着听力缺失进一步加重，患者需行镫骨切除术，其治疗效果较好。Swinnen 等［14］对22 例行镫骨手术治疗的OI 患者进行随访观察，结果显示患者不仅术后短期听力明显改善，且长期随访发现(平均时间达16 年)，听力恢复效果仍然显著，由此可见，镫骨手术治疗对听力恢复的疗效可维持数年。

3 细胞及基因治疗

3.1 干细胞移植

药物及手术治疗仅能改善患者的症状，但不能改变患者潜在的骨脆性与胶原缺陷，间充质干细胞是一类具有多向分化潜能的组织干细胞，在特定的诱导条件下，可以分化为成熟的成骨细胞，产生正常的骨基质。早有研究发现，给儿童OI 患者植入同种异体骨髓或骨髓间充质干细胞，可增加患者的骨含量、降低骨折发生率以及提高患者生长速度，尽管移植率较低(2%)［15-17］。相比成人间充质干细胞(mesenchymalstem cell，MSC)，胎儿MSC 具有更大的增殖潜能，且增殖快衰老慢，更易分化成为成骨细胞。Le Blanc 等［18］给1 例孕龄30 周的OI 胎儿子宫内移植孕10 周的胎儿肝源性MSC，结果发现该OI患者出生后生长发育正常;骨形态显示骨小梁排列规整、成骨细胞形态正常;检测移植细胞染色体移植率达7%。由于人体试验缺乏对照，且不能多部位活组织检查评价移植情况，这些局限性导致结果难以说明问题。Li 等［19］进行动物实验进一步评价干细胞治疗OI 的效果，给处于发育过程中的oim 鼠移植骨髓源性MSCs，结果发现骨髓、骨小梁及皮质骨均有移植细胞的分布，且这些细胞能表达成骨细胞特异基因并产生正常Ⅰ型胶原。给Brtl 鼠(一种OI鼠模型)子宫内移植健康成鼠骨髓，检测同样发现移植细胞能分化成为成熟的成骨细胞，产生正常的骨基质，从而有效提高骨强度以及改善骨机械特性［20］。由于供受体之间存在免疫排斥，移植同种异体细胞可能会诱导机体产生免疫反应。研究发现胎儿免疫系统发育在妊娠第二期(孕3～6 个月)才能产生异源免疫反应［21］，基于此理论，Guillot 等［22］给成骨不全小鼠(oim)子宫内移植妊娠第一期人胎血MSCs(human fetal MSCs，hfMSCs)，结果发现oim 鼠不仅骨折发生率显著降低(66%)，且骨强度、长度及皮质厚度均显著增加;移植细胞多集中在骨组织，尤其是骨形成和骨重建活跃的骨折区域，移植率可达几倍。进一步研究产生这些效应的细胞机制发现移植细胞分化成为成熟的成骨细胞，产生oim 小鼠所缺乏Ⅰ型胶原α2 链，形成正常的Ⅰ型胶原，使得骨组织中羟脯氨酸的含量减少，骨基质中磷磷灰石晶体结构随之发生改变，进而骨基质硬度增加，骨脆性得到改善，因而减少了移植鼠骨折的发生［23］。然而，目前关于干细胞治疗OI 的主要局限性在于移植率较低。研究发现hfMSCs 迁移至骨或骨髓主要依赖于CXCR4-SDF1 信号通路，调控CXCR4 的表达可显著增加干细胞的迁移。检测显示hfMSCs 细胞质和细胞核内本身即有CXCR4 的高表达，但仅少部分在干细胞表面表达，Jones 等［24］通过SDF1 引发，上调CXCR4 在hfMSCs 细胞表面的表达，增加移植细胞中CXCR4 +细胞比例，结果发现无论是oim 鼠还是野生型鼠细胞迁移能力均显著提高，骨及骨髓区域的干细胞移植率至少增加3 倍。

3.2 基因沉默疗法

随着分子生物学的进展，OI 的基因治疗也逐渐开始受到关注。目前基因疗法治疗OI 的主要技术是等位基因特异性沉默。Wang 等［25］以Ⅰ型胶原突变基因或转录体mRNA 为靶点，通过脂质介导将反义寡聚脱氧核苷酸导入细胞，并与目标基因或mRNA靶向结合，结果发现突变基因表达的mRNA和Ⅰ型胶原蛋白均被显著抑制。然而寡核苷酸靶向治疗缺乏特异性，常导致正常等位基因表达的mRNA 也有所降低。核酶以其特异性识别位点能选择性消化降解RNA，COL1A1 基因突变可导致相应基因片段引入新的核酶结合位点，核酶能特异性识别该位点，使得mRNA 表达水平降低［26］。因此，核酶较寡核苷酸更具特异性。另外，利用RNA 干扰技术设计非依赖突变的RNAi，特异性结合COL1A1 突变基因转录体内SNP 序列，同样可使异常Ⅰ型胶原产生减少，达到沉默突变基因的目的［27］。目前用于研究OI 基因治疗的鼠模型有:oim、brtl、crtap-/-、Mov-13、OASIS-/-，但不同的反义引物技术(寡核苷酸类、核酶、siRNA)均缺乏对突变转录体的特异性，反义引物分子的稳定性也是一大问题，因此，反义引物抑制疗法还仅限于体外研究。

3.3 基因介导联合干细胞治疗

Chamberlain 等［28］发现腺相关病毒靶向载体可干扰OI 患者MSCs 中的突变基因COL1A1，实验利用病毒载体将IRES-neo-pA 插入到COL1A1 基因的外显子1(exon 1)中，从而有效抑制COL1A1 基因的表达，同时诱导COL1A1 基因启动子中的neo 基因表达，结果显示病毒靶向MSCs 能产生正常的Ⅰ型胶原并促进骨形成。由于COL1A1 基因突变的杂合OI 患者有轻度的临床表型，而COL1A2 基因突变的杂合OI 患者表型正常，因此更适合临床试验研究。基于此，作者以同样的方法干扰MSCs 中突变基因COL1A2 的外显子2(exon 2)，结果也同样发现被导入腺病毒的MSCs 能产生正常的Ⅰ型胶原并有效成骨［29］。然而该方法需要移植细胞大量扩增才能达到显著疗效，而基因介入的MSCs 增殖能力有限，并不能提供增殖产生足够数量能产生正常Ⅰ型胶原的细胞。诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells，iPSCs)在分化和移植之前能大量扩增，且具有成骨潜能，因此可有效克服MSCs 的局限性。利用FV 或LV 病毒载体感染已插入IRES-neo-pA 片段的MSCs，可使MSCs 诱导成为iPSCs，而iPSCs 又可进一步增殖分化成为iMSCs。检测发现基因介入iMSCs能产生正常的Ⅰ型胶原并有效成骨，且与基因介入MSCs 相比，iMSCs 增殖能力更强、衰老更慢［30］。

4 小结及展望

综上所述，药物治疗尤其是双膦酸盐是OI 治疗的常规;手术固定和矫形主要针对骨折、脊柱侧凸、听力缺失等症状，以改善患者生活质量为目的;细胞及基因疗法还处于研究中，是一种有希望能治愈OI的方法。OI 的治疗选择主要依赖于患者疾病程度及年龄，所有治疗的目的均在于使患者获得长期的功能恢复以及最大的生活自理能力。短期来看，OI的治疗仍是以双膦酸盐为基础，可能联合应用其他药物，如生长激素。未来关于OI 的治疗研究还需在干细胞与基因治疗方面突破，只有这样才能最终治愈该疾病。

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