骨纤维异常增殖症的发病机制及治疗的研究进展

张 波，朱慧勇

(浙江大学医学院附属第一医院口腔颌面外科，浙江 杭州 310003)

骨纤维异常增殖症的发病机制及治疗的研究进展

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张 波，朱慧勇

(浙江大学医学院附属第一医院口腔颌面外科，浙江 杭州 310003)

骨纤维异常增殖症(FD)是一种骨发育异常疾病。近年来随着细胞和分子生物学研究的不断深入，FD的一些信号通路得以不断的确认，继而出现了新的治疗手段。但其发病机制尚未完全明确，在治疗策略上仍存在较大争议。本文作者就FD的基因突变、信号通路以及手术、药物治疗进展等方面作一综述，为分子生物学的治疗提供理论依据，以期通过合理的治疗达到改善预后的目的。

骨纤维异常增殖症；基因突变；信号通路

骨纤维异常增殖症(fibrous dysplasia，FD)，又称纤维结构不良，是一种以纤维-骨性间质组织取代骨内部正常组织为特征的骨良性病变，在组织学水平表现为不同程度的骨化生。FD可以发生于任何部位的骨骼，全身受累骨频率依次为肋骨、股骨、胫骨、上颌骨、下颌骨、颅骨穹窿及肱骨等。临床表现复杂多样，无明显性别差异。FD通常分为单骨型(monostotic fibrous dysplasia，MFD)、多骨型(polyostotic fibrous dysplasia，PFD)和多骨型伴皮肤色素沉着及内分泌功能亢进的McCune-Albright综合征(McCune-Albright syndrome，MAS)[1]。长期以来FD的发病机制及治疗处于争论之中，难以达成共识。随着分子生物学的发展和数字化外科的进步，FD的基础研究与临床治疗取得了一定的进展。本文作者就FD的发病机制和治疗的研究进展进行综述，期望能对临床治疗FD提供一定的理论指导。

1 发病机制

以往有学者认为FD是骨内起源于纤维性病损疾病中的一种，与其他多种命名的纤维源性疾病有着密切的内在联系。其病因与骨骼局部外伤有关，多为骨损伤后修复反应过程中的骨形成障碍。甚至曾有学者认为FD与骨性纤维结构不良(osteofibrous dysplasia，OFD)这2种病变是同一种疾病的不同发展阶段，造成临床病理诊治混淆不清。

1.1 GNAS基因突变

目前的分子生物学研究[2]发现：FD是在胚胎期编码骨祖细胞或其他细胞胞膜G蛋白 亚基的基因GNAS发生突变所引起的。GNAS位于人类染色体20q13[3]。1991年Weinstein等[4]首次发现McCune-Albright综合征患者的G蛋白亚基(Gs )突变，随后的研究证实其他类型FD患者也存在同样的突变，这为在分子水平上揭示FD的病因提供了理论依据。正常生理状态下，腺苷酸环化酶(AC)通过G蛋白偶联在细胞膜激素受体上。G蛋白分为激活型和抑制型，由α、β和γ亚基组成，在无活性状态时， 亚基结合GDP；当配体与受体结合后， 亚基解离并与GTP结合呈活性状态。上述过程是可逆的，当完成信息传递任务后仅亚基发挥GTP酶作用，水解GTP为GDP，再重新与β和γ亚基复合物结合为无活性状态。活性α亚基移向AC，与AC结合并激活产生环磷酸腺苷(cAMP)，从而产生相应的生理变化。经典的突变是GNAS基因第8外显子的第201位密码子发生错义点突变(G→A或G→T)，从而引起精氨酸(R)被半胱氨酸(C)或被组氨酸(H)替代，导致Gs 功能改变[5-6]。研究者[7]在建立FD病变的体外模型中证实了突变细胞和正常细胞的镶嵌分布、共同存在为FD病变所必需。合体细胞的激活型Gs 突变可位于胚胎的不同时期，其发生的时段和突变时细胞团的大小、位置决定了FD病变的范围和严重程度，也解释了FD病变类型的多态性。突变发生愈早，则发育异常程度愈大，导致多部位的病理改变，如MAS；而晚一些出现的突变则造成局限性的病变，如MFD。

1.2 信号通路

目前的分子生物学研究揭示：FD病变中异常的成骨细胞分化和增殖由cAMP浓度升高造成，继而导致靶基因表达上的改变，并且进一步调节下游基因的转录和表达，引起病损中成骨细胞和破骨细胞的自身修复和功能改变，从而引发一系列相应的病理学效应。

1.2.1 CREB-Smad6-Runx2轴 Fan等[8]通过实验证实：CREB-Smad6-Runx2轴在FD骨髓间充质细胞(bone marrow stromal cells，BMSCs)的骨形成潜能的损害中起着至关重要的作用。研究者首先从FD病灶中分离携带R201H突变的BMSCs，观察验证了受累细胞cAMP的产量过剩，导致骨形成潜能的损害。继而选用2种细胞模型，携带R201H突变基因的慢病毒转染BMSCs(LV-R201H BMSCs)和过量外源性cAMP处理BMSCs(cAMP-treated BMSCs)，分别模拟FD发病机制中的不同方面。实验发现：GNAS基因突变引起GTP酶活性改变，增加AC活性的刺激和cAMP的过表达，引发CREB磷酸化，移入细胞核内与Smad6启动子结合，激活Smad6的转录，Smad6水平的上调又抑制了Runx2的活性。反之，利用过表达Runx2和沉默Smad6的方法可以修复FD病变细胞的成骨紊乱功能，为FD的临床治疗提供了新的思路。

1.2.2 Wnt/β-catenin通路 Wnt/β-catenin经典信号通路是指成骨细胞外Wnt因子与膜受体卷曲蛋白(Frizzled) 结合后，通过一系列胞膜及胞质蛋白(Dsh等)的相互作用形成二聚体，使β-catenin在胞质内累积，然后进入细胞核内与T细胞转录因子(TCF)/淋巴增强因子(LEF)共同结合形成复合体，激活下游靶基因的转录[9]。Wnt信号通路的下游靶基因多数是参与细胞增生与凋亡的基因，如cylin D1、c-myc、fra-1和c-jun等。越来越多的研究结果表明：Wnt信号通路在胚胎发育及骨重建过程中起着至关重要的作用。Regard等[10]研究发现：骨祖细胞中激活型Gs 的突变可以引起Wnt/β-catenin信号通路增强，导致FD的发生；相反，逆转突变的Gs 基因又能明显降低Wnt/β-catenin信号通路水平，修复FD病损区间充质细胞的成骨缺陷功能。结果提示：Gs 如同“变阻器”般地差异性调控Wnt/β-catenin信号通路，在FD病变中有着极其重要的作用。

1.2.3 白细胞介素6(interleukin-6，IL-6)是介导破骨细胞性骨吸收的重要因子，不仅可以作用于破骨细胞的早期阶段，诱导破骨细胞形成，而且还刺激成熟的破骨细胞形成骨吸收陷窝。Gs 突变诱导cAMP浓度升高，导致IL-6过度表达且分布异常，打破了溶骨和成骨平衡。Motomura等[11]通过对小鼠成骨细胞系MC3T3-E1转染突变的GNAS基因，结果显示：细胞内cAMP浓度升高并通过各种转录因子如CREB、AP-1等诱导IL-6表达增加。破骨细胞内IL-6 mRNA的表达高于正常，提示FD的发生可能与IL-6对破骨细胞的刺激相关。值得关注的是：在体外模型中糖皮质激素(glucocorticoid)可以显著抑制细胞产生IL-6，减少骨吸收，并且能促进骨母细胞的分化与成熟，为临床治疗FD提供了新的线索[12]。

1.2.4 成纤维细胞生长因子23(fibroblast growth factor-23，FGF23) FGF23的基因定位于第12号染色体，与其他成纤维细胞生长因子家族成员的一个显著差别在于，FGF23在骨细胞中产生，可远距离调节肾脏中的物质代谢(大多数FGF具有旁分泌的特征)。FGF23过表达或基因突变引起FGF23降解减少，最终均可以导致FGF23的积累。FGF23浓度升高使肾脏对磷的重吸收减少而出现低血磷症状，与FD的病变发生演变关系密切[13]。

2 FD临床治疗进展

FD长期以来，手术治疗几乎是FD治疗的唯一方法。近年来出现了一些药物治疗方案，但药物治疗与手术治疗的选择仍存在争议[14]。FD通常于青少年时期发病，病程发展缓慢。随着骨发育成熟后，疾病的发展一般趋于停止。大多数病变可存在多年而无症状，继而出现骨痛或不适感、功能障碍、骨畸形和病理性骨折[15]。

2.1 手术治疗

FD患者的年龄、发病部位、病变大小、生物学行为、外观异常、功能丧失程度、病变及其周围影像学表现等决定着治疗方案的选择。手术的目的在于尽可能纠正外形和恢复功能，阻止进一步的畸形和功能异常，并避免恶变。FD的复发与手术不彻底相关，多次复发可能是恶性变的诱因。疼痛、生长加快、突破骨皮质侵及软组织均提示肉瘤变的可能，预后较差。放疗可增加肉瘤变的风险，因此本病禁忌放疗。

体检时偶然发现且无症状的FD患者可予以临床观察，定期行影像学复查。新发病例宜行全身骨核素扫描排除多骨型病变，注意内分泌与代谢情况，出现问题及早治疗。而对于并发骨折和严重骨痛、畸形的患者，可依照切除联合植骨和内固定的矫形外科程序进行治疗。手术要求骨窗不宜过小，直视下切除病灶，用石炭酸等化学烧灼剂处理残腔，灭活可能遗留的病变细胞，用羟磷灰石、自体髂骨等植骨可以利愈合[16]。高质量的打压式植骨可以重塑恢复骨缺损区的解剖结构，有效恢复骨量，增加骨质强度，减少病变复发空间。内固定首选髓内钉，具有操作简单、解剖相容性好、生物力学合理、对周围骨组织损伤小等特点，必要时加用外固定支架，术后可早期非负重下行功能锻炼[17]。

颅面复合骨病灶范围较大，单纯刮除复发风险较高的患者可采用病变切除+带血管蒂骨重建。需考虑颅面部畸形及功能障碍、神经血管受压情况等，切除范围及深度应参考健侧及术前CT三维成像，并经计算机辅助设计/计算机辅助制造 (CAD/CAM) 技术模拟颅面骨切除及重建，利用快速3D打印技术制作镜像三维模型[18]，在计算机实时导航下进行病变切除[19]，通过显微外科技术进行结构重建，保持和恢复外形及功能。术中骨创面若出血较多，可采用双极电凝、耳脑胶等止血，术后局部加压包扎。FD一般不伴有牙根吸收，治疗上尽可能保存牙齿。颅神经相应孔腔处减压，如视神经管减压以改善视力丧失，已取得了良好的临床治疗效果[20]。Chen等[21]认为：当影像学上发现视神经管受累，视力受损会快速进展，应当及早干预。Lee等[22]则认为：即使有视神经管的限制，但仍有95%的患者视力未受损，而视神经减压本身存在失明的风险，而应密切观察病情发展。Hahn等[23]认为：广泛病灶切除方法虽可减少复发率，但破坏性较大且术后并发症较多，对于多发广泛病变的患者其手术难度系数较高需慎重选择。本文作者认为：FD的外科干预时机和手术范围非常重要，应避免过度治疗。

2.2 药物治疗

二膦酸盐类药物，如帕米膦酸钠(pamidronate，商品名Aredia)已经作为FD治疗的一部分，并已取得令人满意的疗效。这类化合物P-C-P基本结构与焦磷酸P-O-P显著不同，与C原子共价结合的2条侧链：Rl侧链上羟基和钙螯合形成三配位体，决定二膦酸盐能否迅速结合至骨矿表面，抑制骨吸收后骨的矿化过程；R2侧链结构与不同的骨吸收抑制效应存在明确关联。二膦酸盐类药物在细胞学和组织学水平的作用主要是诱导破骨细胞的程序性死亡、抑制破骨细胞的生成和活性、刺激成骨细胞的增殖、成熟，从而减少骨溶解、促进骨再生[24]。Chapurlat等[25]采用帕米膦酸钠，Jayaraman 等[26]采用阿仑膦酸钠，Mrabet等[27]采用唑来膦酸钠进行治疗，以期控制FD中活跃破骨细胞的破骨作用，均取得了一定效果。用药后，血中碱性磷酸酶(ALP)和尿中羟基脯氨酸明显降低，影像学显示病损区骨皮质增厚，骨密度增高及溶骨区域缩小等。但是其对疾病的自然病程是否有效及能否治愈本病仍在观察之中。近年来，在骨质疏松症的基础研究中发现了破骨细胞活性的重要调节因子——细胞核因子κB受体活化因子配体(receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL)。RANKL通过与表达于破骨细胞及其不成熟前体的RANK受体结合，刺激破骨细胞分化与成熟，抑制破骨细胞凋亡[28]。人源化单克隆IgG2抗体Denosumab(又称为AMG-162)，正是基于对RANKL/RANK系统深刻认识基础上研发的新型骨质吸收抑制剂，对游离形式或细胞膜结合形式的RANKL均具有较高的结合能力，可以在破骨细胞成熟前和开始重吸收骨质前靶向作用于RANKL，从而特异性地阻断破骨细胞生成及存活，目前已被应用于预防癌症已经转移并且损害骨质的肿瘤患者骨骼相关事件(skeletal related events，SREs)及治疗有高骨折风险的绝经后妇女骨质疏松症[29]。Boyce等[30]报道1例股骨迅速扩张、帕米膦酸钠和手术治疗失败的MAS患儿病例，就诊时活检骨组织的免疫组织化学染色显示RANKL的高表达；Denosumab每月给药1次，初始剂量为1 mg·kg-1，每3个月增加0.25 mg·kg-1，7个月后疼痛明显减轻，骨代谢标志物和肿瘤的生长速率得到了显著的控制。给药期间出现了病理性骨折，但Denosumab并未影响股骨骨折的愈合，这一点与基础实验研究相符[31]。但是停药后骨代谢标志物迅速反弹并超过了治疗前的水平，提示Denosumab用于治疗FD是有潜力的，尚需进一步研究来证实其疗效。降钙素(calcitionin)和1,25-羟基维生素D3也已被联合应用于FD的治疗。Yasuoka等[32]研究发现:手术治疗前应用降钙素使局部骨质钙化，可以达到减少术中出血的目的。

3 展 望

诸多证据表明:FD是一种基因相关性的疾病，有许多信号通路参与，各通路之间的相互联系研究较少，可能还存在着尚未发现的信号通路。越来越多的学者认同FD是一种与干细胞相关的疾病以及干细胞在FD治疗中的潜在价值[33]。MAS/FD病变累及的组织或器官来源于3个不同的胚层的，而三胚层形成于原肠胚形成期，推测FD突变发生在原肠胚形成之前，即FD突变发生于胚胎多潜能干细胞。突变细胞分化为三胚层，最终分化为各种组织导致不同组织或器官的FD病变。因此可以通过干细胞研究而建立一种全新的疾病模型，从而进一步揭示FD的病因和发病机制，并提供一种新的FD治疗方案。来源于FD患者正常骨骼的骨髓可以被分离、体外扩增、培养获得富集的BMSCs。在仅能获得突变细胞和正常细胞混合体的病例中，可以利用个体化的成纤维细胞集落形成单位及其后代和随后的基因分型来获取完全正常的BMSCs集落。在突变细胞占主导地位的病例中，应用病毒载体沉默突变的Gs 基因，过表达Runx2和/或沉默Smad6，也能获得足够的BMSCs以诱导骨再生。BMSCs有望作为种子细胞与合适的支架材料复合，通过开放手术等方法移植到病变部位，取代突变细胞，诱导新骨形成修复FD病损，有着良好的应用前景[8]。

此外，Denosumab用于治疗FD或许将改变目前对于复杂性FD的治疗模式。从治疗机制而言，双膦酸盐与Denosumab之间无交叉耐药的可能，因此两者序贯或联合用药，可能会增强预防肿瘤转移以及治疗骨代谢病变等相关疾病的效果，还需要进一步临床探索[34]。基因治疗理论的成熟和关键技术的突破将为药物调控成骨细胞分化和骨质形成及基因治疗FD开拓新的思路，有可能实现FD分子水平的根治，从而防止疾病发生、发展，减少致畸致残及恶变率。

[1] Dicaprio MR,Enneking WF. Fibrous dysplasia: Pathophysiology,evaluation,and treatment[J].J Bone Joint Surg,2005,87(8):1848-1864.

[2] Kiss J,Balla B,Kósa JP,et al.Gene expression patterns in the bone tissue of women with fibrous dysplasia[J].Am J Med Genet A,2010,152A(9):2211-1120.

[3] Chapurlat RD,Orcel P.Fibrous dysplasia of bone and McCune-Albright syndrome[J].Best Pract Res Clin Rheumatol,2008,22(1):55-69.

[4] Weinstein LS,Shenker A,Gejman PV,et al.Activating mutations of the stimulatory G protein in the McCune-Albright syndrome[J].N Engl J Med,1991,325(24):1688-1695.

[5] Riminucci M,Fisher LW,Shenker A,et al.Fibrous dysplasia of bone in the McCune-Albright syndrome: abnormalities in bone formation[J].Am J Pathol,1997,151(6):1587-600.

[6] Lee SE,Lee EH,Park H,et al.The diagnostic utility of the GNAS mutation in patients with fibrous dysplasia: meta-analysis of 168 sporadic cases[J].Hum Pathol,2012,43(8):1234-1242.

[7] Bianco P,Kuznetsov SA,Riminucci M,et al.Reproduction of human fibrous dysplasia of bone in immunocompromised mice by transplanted mosaics of normal and Gsalpha-mutated skeletal progenitor cells[J].J Clin Invest,1998,101(8):1737-1744.

[8] Fan QM,Yue B,Bian ZY,et al.The CREB-Smad6-Runx2 axis contributes to the impaired osteogenesis potential of bone marrow stromal cells in fibrous dysplasia of bone[J].J Pathol,2012,228(1):45-55.

[9] Kestler HA,Kuhl M.From individual Wnt pathways towards a Wnt signaling network[J].Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci,2008,363(1495):1333-1347.

[10]Regard JB,Cherman N,Palmer D,et al.Wnt/β-catenin signaling is differentially regulated by Gα proteins and contributes to fibrous dysplasia[J].Proc Natl Acad Sci USA,2011,108(50):20101-20106.

[11]Motomura T,Kusayama S,Takagi M,et al.Increased interleukin-6 production in mouse esteoblastic MC3T3-E1 cells expressing activating mutant of the stimulatory G protein[J].J Bone Miner Res,1998,13(7):1084-1091.

[12]Stanton RP,Hobson GM,Montgomery BE,et al.Glucocorticoids decrease interleukin-6 levels and induce mineralization of cultured osteogenic cells from children with fibrous dysplasia[J].J Bone Miner Res,1999,14(7):1104-1114.

[13]Bhattacharyya N,Wiench M,Dumitrescu C,et al.Mechanism of FGF23 processing in fibrous dysplasia[J].J Bone Miner Res,2012,27(5):1132-1141.

[14]Amit M,Collins MT,Fitzgibbon EJ,et al.Surgery versus watchful waiting in patients with craniofacial fibrous dysplasia- a meta-analysis[J].PloS One,2011,6(9):e25179.

[15]Feller L,Wood N,Khammissa R,et al.The nature of fibrous dysplasia[J].Head Face Med,2009,5:22.

[16]Kokkalis ZT,Jain S,Sotereanos DG.Fibrous dysplasia around elbow[J].J Shoulder Elbow Surg,2010,19(1):e 6-e11.

[17]Stanton RP,Ippolito E,Springfield D,et al.The surgical management of fibrous dysplasia of bone[J].Orphanet J Rare Dis,2012,7(Suppl 1):S1.doi:10.1186/1750-1172-7-S1-S1.

[18]Murray DJ,Edwards G,Mainprize JG,et al.Advanced technology in the management of fibrous dysplasia[J].J Plast Reconstr Aesthet Surg,2008,61(8):906-916.

[19]Nowinski D,Messo E,Hedlund A,et al.Computer-navigated contouring of craniofacial fibrous dysplasia involving the orbit[J].J Craniofac Surg,2011,22(2):469-472.

[20]Sammut SJC,Kandasamy J,Newman W,et al.Relief of severe retro-orbital pain and vision improvement after optic-nerve decompression in polyostotic fibrous dysplasia: case report and review of the literature[J].Childs Nerv Syst,2008,24(4):515-520.

[21]Chen YR,Breidahl A,Chang CN.Optic nerve decompression in fibrous dysplasia: indications,efficacy,and safety[J].Plast Reconstr Surg,1997,99(1):22-30.

[22]Lee JS,FitzGibbon E,Butman JA,et al.Normal vision despite narrowing of the optic canal in fibrous dysplasia[J].N Engl J Med,2002,347(21):1670-1676.

[23]Hahn SB,Kim SH,Cho NH,et al.Treatment of osteofibrous dysplasia and associated lesions[J].Yonsei Med J,2007,48(3):502-510.

[24]Maruotti N,Corrado A,Neve A,et al.Bisphosphonates: effects on osteoblast[J].Eur J Clin Pharmacol,2012,68(7):1013-1018.

[25]Chapurlat RD,Hugueny P,Delmas PD,et al.Treatment of fibrous dysplasia of bone with intravenous pamidronate: long-term effectiveness and evaluation of predictors of response to treatment[J].Bone,2004,35(1):235-242.

[26]Jayaraman M,Karikumar K,Verma A,et al.Alendronate therapy in polyostotic fibrous dysplasia presenting with pathologic fracture[J].Am J Orthop,2011,40(3):E48-50.

[27]Mrabet D,Rekik S,Sahli H,et al.An extensive hemimelic polyostotic fibrous dysplasia: a case report[J].Rheumatol Int,2012,32(4):1075-1078.

[28]Ando K,Mori K,Rédini F,et al.RANKL/RANK/OPG: key therapeutic target in bone oncology[J].Curr Drug Discov Technol,2008,5(3):263-268.

[29]Silverman S L.New therapies for osteoporosis: zoledronic acid,bazedoxifene,and denosumab[J].Curr Osteoporos Rep,2009,7(3):91-95.

[30]Boyce AM,Chong WH,Yao J,et al.Denosumab treatment for fibrous dysplasia[J].J Bone Miner Res,2012,27(7):1462-1470.

[31]Gerstenfeld LC,Sacks DJ,Pelis M,et al.Comparison of effects of the bisphosphonate alendronate versus the RANKL inhibitor denosumab on murine fracture healing[J].J Bone Miner Res,2009,24(2):196-208.

[32]Yasuoka T,Takagi N,Hatakeyama D,et al.Fibrous dysplasia in the maxilla: possible mechanism of bone remodeling by calcitonin treatment[J].Oral Oncol,2003,39(39):301-305.

[33]Riminucci M,Gehron RP,Saggio I,et al.Skeletal progenitors and the GNAS gene: fibrous dysplasia of bone read through stem cells[J].J Mol Endocrinol,2010,45(6):355-364.

[34]Chapurlat RD,Gensburger D,Jimenez-Andrade JM,et al.Pathophysiology and medical treatment of pain in fibrous dysplasia of bone[J].Orphanet J Rare Dis,2012,7(Suppl 1):S3.

1671-587Ⅹ(2013)05-1081-04

10.7694/jldxyxb20130545

2013-02-04

浙江省自然科学基金资助课题(Y2100267)

张 波(1981-)，男，浙江省丽水市人，主治医师，在读医学硕士，主要从事口腔颌面外科临床及基础研究。

朱慧勇(Tel：0571-87236893，E-mail：zhycjfttt@hotmail.com)

R782.2

A