成骨不全癥診斷與治療的研究進(jìn)展

邢川，李春竹綜述 何冰審校

成骨不全癥(osteogenesis imperfecta,OI)又稱脆性骨病，是一種臨床上罕見的異質(zhì)性遺傳性結(jié)締組織病，在新生兒中發(fā)病率為1/15 000～1/20 000[1]。以骨量低下、骨骼脆性增加、反復(fù)骨折、骨畸形和生長缺陷為主要特征。其發(fā)病與Ⅰ型膠原編碼基因及其代謝相關(guān)基因突變有關(guān)，導(dǎo)致膠原一級結(jié)構(gòu)及數(shù)量、翻譯后修飾、折疊、細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)等多種異常。OI常幼年起病, 輕微創(chuàng)傷后反復(fù)發(fā)生骨折, 嚴(yán)重者在宮內(nèi)或出生時(shí)即骨折, 導(dǎo)致脊柱側(cè)凸、胸廓塌陷、四肢彎曲等畸形, 可因呼吸道感染、胸廓畸形及心臟結(jié)構(gòu)異常引發(fā)呼吸、循環(huán)系統(tǒng)衰竭?；颊哌€可伴有灰藍(lán)色鞏膜、聽力下降、牙質(zhì)發(fā)育不全、關(guān)節(jié)韌帶松弛和心臟瓣膜病變等骨骼外表現(xiàn)[2]。OI危害大,致殘率及致死率較高, 早期診治可提高患者的生存質(zhì)量。

1 成骨不全癥的發(fā)病機(jī)制與分子遺傳學(xué)

OI的發(fā)病機(jī)制是由Ⅰ型膠原蛋白編碼基因或其代謝相關(guān)調(diào)控基因突變, 導(dǎo)致Ⅰ型膠原蛋白數(shù)量減少或功能異常, 引起骨皮質(zhì)變薄、 骨小梁纖細(xì)或形態(tài)異常, 使骨密度與骨強(qiáng)度下降, 反復(fù)發(fā)生骨折和進(jìn)行性骨骼畸形, 其遺傳模式主要為常染色體顯性遺傳, 也有少數(shù)為常染色體隱性遺傳或X染色體遺傳[2]。

1.1 常染色體顯性遺傳的OI 在大多數(shù)歐洲血統(tǒng)的患病個(gè)體中，OI 是由編碼Ⅰ型膠原α1和α2鏈的COL1A1/2基因雜合突變引起的。Ⅰ型和部分Ⅳ型患者的Ⅰ型前膠原合成約減少50%，通常是由于一個(gè)COL1A1等位基因的雜合突變(無義突變，移碼突變或剪接位點(diǎn)改變)導(dǎo)致mRNA不穩(wěn)定或不足[2]。盡管單個(gè)細(xì)胞的膠原合成減少50%，但這些患者的新骨形成高于平均水平，通過機(jī)體代償，使骨形成單位的數(shù)量增加。在北美和歐洲，大多數(shù)Ⅱ～Ⅳ型是可遺傳的，多數(shù)是由于COL1A1或COL1A2等位基因的三螺旋結(jié)構(gòu)域的氨基末端小氨基酸(半胱氨酸、丙氨酸和絲氨酸)取代甘氨酸，少數(shù)是由于剪接位點(diǎn)改變，從而出現(xiàn)插入/缺失/復(fù)制事件，導(dǎo)致羧基末端前肽編碼域中的幀序列改變和雜合突變，擾亂了Ⅰ型膠原多肽的三螺旋組裝，負(fù)責(zé)Ⅰ型膠原翻譯后修飾的酶過度加工，從而產(chǎn)生異常的Ⅰ型膠原。突變的Ⅰ型膠原和正常的Ⅰ型膠原鏈交織在一起產(chǎn)生異常的Ⅰ型膠原蛋白，該蛋白被迅速降解(顯性—負(fù)效應(yīng))[2]。Ⅴ型是由IFITM5的50UTR(非翻譯區(qū))(c.-14C>T)的雜合C>T突變所致的。IFITM5編碼干擾素誘導(dǎo)的跨膜蛋白5，影響成骨細(xì)胞的早期礦化[3]。影響OI發(fā)生的因素還包括基因和蛋白質(zhì)缺陷、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、基質(zhì)結(jié)構(gòu)受損及組織礦化異常、細(xì)胞—細(xì)胞和細(xì)胞—基質(zhì)相互作用異常[2，4-6]。

1.2 常染色體隱性遺傳的OI 參與Ⅰ型膠原合成和翻譯后修飾的基因隱性突變已在Ⅱ～Ⅳ型中被發(fā)現(xiàn)，隱性突變涉及參與編碼Ⅰ型膠原生物合成的蛋白質(zhì)基因，導(dǎo)致膠原3-羥基化復(fù)合物的組分缺陷或膠原3-羥基化缺陷，可細(xì)分為：(1)編碼α1鏈中P986特定殘基的3-脯氨酰羥基化的酶復(fù)合物突變，并可能影響CRTAP、LEPRE1、PPIB的鏈排列和螺旋折疊；(2)影響SERPINH1、FKBP10的膠原三螺旋的質(zhì)量監(jiān)查；(3)影響折疊Ⅰ型膠原鏈的后期加工，即影響骨中Ⅰ型膠原交聯(lián)的PLOD2、FKBP10的三螺旋端肽中賴氨酸殘基的羥基化和BMP1前C肽的裂解[6]。此外，編碼成骨細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子OsterixSP7和編碼三聚體細(xì)胞內(nèi)陽離子通道的TMEM38B的隱性突變也已被發(fā)現(xiàn)[6-7]。也有報(bào)道證實(shí)膠原蛋白伴侶HSP47、FKBP65和BiP的缺失或功能障礙可導(dǎo)致隱性遺傳的OI[8]。

1.3 X染色體連鎖遺傳的OI 因基因突變所致的PLS3編碼增殖素-3的功能喪失是X-連鎖骨質(zhì)疏松癥合并骨折的一種原因。在男性患者中，PLS3的突變與骨質(zhì)疏松癥及兒童時(shí)期發(fā)生的中軸骨和附肢骨骼的骨質(zhì)疏松性骨折有關(guān)。雜合子女性患者的臨床表現(xiàn)各異，可表現(xiàn)為骨密度正常和無骨折，也可表現(xiàn)為早發(fā)性骨質(zhì)疏松。在男性患者中無明顯OI的骨骼外特征，只有不足50%的患者具有顱骨和鞏膜的特征性改變，如Wormian顱骨，患者兒時(shí)鞏膜呈灰藍(lán)色，成年后逐漸變?yōu)檎9]。

2 成骨不全癥的診斷與臨床表現(xiàn)

OI的臨床診斷主要依據(jù)疾病的臨床表現(xiàn)和影像特點(diǎn), 包括自幼反復(fù)出現(xiàn)脆性骨折史、藍(lán)色鞏膜、聽力下降、骨折家族史和骨骼X線影像特征。還應(yīng)注意排除軟骨發(fā)育不全、佝僂病、Fanconi綜合征、骨纖維異樣增殖癥、低磷酸酶血癥、腫瘤相關(guān)骨病和關(guān)節(jié)活動(dòng)過度綜合征等多種遺傳及代謝性骨骼疾病[1]。

2.1 成骨不全癥的骨骼表現(xiàn) OI的主要骨骼表現(xiàn)是骨基質(zhì)異常和骨強(qiáng)度降低，從而導(dǎo)致骨脆性、骨折風(fēng)險(xiǎn)增加、骨骼畸形和線性生長缺陷。年輕OI患者也常出現(xiàn)輕微創(chuàng)傷后反復(fù)骨折、關(guān)節(jié)松弛和肌張力減弱。同時(shí)可伴有長骨彎曲畸形，脊柱側(cè)凸、后凸，基底印跡、胸壁畸形等進(jìn)行性骨骼畸形[2]。嚴(yán)重者出現(xiàn)活動(dòng)受限。OI的X線特征包括長骨細(xì)長,皮質(zhì)菲薄,伴或不伴骨折或彎曲；下肢屈側(cè)皮質(zhì)增厚,骨小梁纖細(xì)、消失、顯示不清或局限性紊亂；胸、腰椎椎體普遍變扁,呈雙凹形或楔樣變，后突或側(cè)后突伴胸廓扭曲、塌陷, 還可伴多發(fā)肋骨骨折、串珠肋和雞胸等改變；骨盆多呈三角樣變形,髖臼內(nèi)陷或伴髖內(nèi)翻；偶有骨痂增生表現(xiàn)[10]。OI胎兒期超聲表現(xiàn)為膜狀顱骨；肢體短小并呈弓形彎曲，可伴多處自發(fā)骨折,骨痂處呈梭形膨大; 亦可出現(xiàn)胸腔變形、狹小,肋骨串珠狀改變; 骨回聲不均勻性減弱,后方可無聲影; 部分孕婦孕晚期可伴有羊水增多[11]。大多數(shù)OI患者患有骨質(zhì)疏松，骨骼的雙能X射線吸收測量法和外周定量計(jì)算機(jī)斷層掃描證實(shí)患者骨密度顯著降低[12]。

2.2 成骨不全癥的其他臨床表現(xiàn) 一些OI患者還具有灰藍(lán)色鞏膜；皮膚和血管脆性增加而出現(xiàn)瘀傷；青壯年進(jìn)行性聽力損害；肺功能進(jìn)行性損害；牙本質(zhì)發(fā)育不全 (dentinogenesis imperfecta,DI)和身材矮小等特征[13]。聽力損害是OI一個(gè)常見的次要特征，常為雙側(cè)漸進(jìn)性，伴有混合傳導(dǎo)和感覺神經(jīng)性缺陷，發(fā)病年齡為2～40歲，OI患者也可有繼發(fā)于內(nèi)耳病變的前庭功能障礙和眩暈[14]。以乳白色牙齒、牙髓腔閉塞、和冠根部連接狹窄的DI是OI的特征性表現(xiàn)，40%～80%的Ⅲ型和Ⅳ型OI兒童乳牙存在DI，更換恒牙時(shí)DI有所改善[15]。神經(jīng)學(xué)特征如大頭畸形、腦積水、脊髓空洞癥和基底動(dòng)脈凹陷也與OI有關(guān)[16]。身材矮小也是OI的主要特征之一，盡管大多數(shù)OI患兒生長激素正常，然而大約1/2患兒對IGF-I刺激試驗(yàn)反應(yīng)遲鈍。鑒于OI的軟骨—骨性表現(xiàn)，推測OI的矮小身材可能與軟骨向骨轉(zhuǎn)變的異常有關(guān)[17]。

3 成骨不全癥的臨床分型

Sillence等[18]于1979年根據(jù)患者的臨床特征將OI分為Ⅰ～Ⅴ型。Ⅰ型是最輕的表型，其特點(diǎn)是骨脆性增加，存在骨量低、藍(lán)灰色鞏膜和青壯年進(jìn)行性傳導(dǎo)性聽力喪失。患者有輕微的骨畸形，長骨或脊柱畸形不常見，通常表現(xiàn)為特發(fā)性脊柱側(cè)凸, 身高接近正常，很少有DI。合并DI的患者有更高的骨折頻率、更嚴(yán)重的矮小身材和骨骼畸形[19]。超過50%的OI Ⅰ型患者存在傳導(dǎo)性和感覺神經(jīng)損失導(dǎo)致的聽力損害，且通常發(fā)生于40歲之前，部分患者可有眩暈，接近100%患者有藍(lán)灰色鞏膜，臨床骨折的頻率僅為90%～95%[18]。Ⅱ型是最嚴(yán)重的圍產(chǎn)期致命性表型，約20%是死胎，其中90%胎兒在妊娠4周時(shí)死亡[20]。最常見的死亡原因是呼吸衰竭，與小胸、肋骨骨折、肺炎和肺組織膠原異常有關(guān)[21]。在孕18～20周時(shí)可檢測到胎兒長骨短而皺縮，長骨彎曲或成角畸形，面骨和顱骨存在骨質(zhì)疏松，常伴有宮內(nèi)生長受限，平均出生身長和體質(zhì)量低于正常，少數(shù)Ⅱ型患兒還存在腦移行性缺陷或白質(zhì)改變[20]。Ⅲ型是最嚴(yán)重的非致命性表型，患者表現(xiàn)為骨脆性增加和多發(fā)性骨折導(dǎo)致的進(jìn)行性骨骼畸形?；純撼錾w質(zhì)量通常正常，但由于下肢畸形，出生時(shí)身長略低于正常。所有患兒的縱向生長都較差。進(jìn)行性椎體壓迫和脊柱側(cè)凸在兒童時(shí)期出現(xiàn)并進(jìn)展到青春期。約50%在股骨骨骺處有“爆米花”樣改變。伴或不伴有藍(lán)灰色鞏膜和DI，成人患者中可有聽力損害[22]。約2/3患者在20歲左右因骨骼胸壁畸形引起的脊柱后凸，肺動(dòng)脈高壓和心肺衰竭等并發(fā)癥而死亡[20]。Ⅳ型具有廣泛的表型范圍，嚴(yán)重程度介于Ⅰ和Ⅲ型之間?；颊哂蟹磸?fù)骨折，骨質(zhì)疏松癥和不同程度的長骨和脊柱畸形，鞏膜在出生時(shí)可能呈藍(lán)灰色，但藍(lán)色色調(diào)在兒童時(shí)期逐漸消退,聽力障礙并不常見,可因基底壓痕伴后顱窩底板升高而出現(xiàn)后顱窩壓迫綜合征[23]。Ⅴ型是具有骨間膜鈣化的表型，導(dǎo)致旋前和旋后受限、橈骨頭脫位?；颊哽柲こ拾咨瑹oDI，受累肌腱具有較高的血清堿性磷酸酶，在骨折或骨科手術(shù)后發(fā)生增生性骨痂的風(fēng)險(xiǎn)增加[24]。

4 成骨不全癥的相關(guān)并發(fā)癥

OI所致的心臟和肺部并發(fā)癥，如反復(fù)發(fā)作的呼吸道感染、瓣膜病和肺心病所致的右心衰竭，是導(dǎo)致OI死亡最常見的原因，是繼發(fā)于脊柱側(cè)凸、肋骨骨折或胸廓畸形等的骨骼改變。脊柱側(cè)凸超過60°的OI患者肺功能顯著下降，Ⅲ型的特征是胸廓畸形和呼吸肌協(xié)調(diào)性下降，導(dǎo)致胸壁和胸腔扭曲和無效呼吸；Ⅳ型的特征是呼吸功能降低[21]。異常膠原可能是Ⅱ型致死性O(shè)I合并肺發(fā)育不全患者的直接死因[25]。OI的心血管表現(xiàn)包括瓣膜功能不全、主動(dòng)脈根部擴(kuò)張、房間隔缺損、間隔和左心室后壁增厚。OI中的右心衰竭(肺心病)是肺功能不全的晚期表現(xiàn)[26]。主動(dòng)脈根部擴(kuò)張是OI最常見的瓣膜表現(xiàn),但主動(dòng)脈瓣反流的主要原因是瓣膜結(jié)構(gòu)異常而不是根部擴(kuò)張。心電圖與心臟彩色超聲發(fā)現(xiàn)無癥狀OI患者中瓣膜反流占95%，三尖瓣和二尖瓣反流伴或不伴主動(dòng)脈瓣反流占60%，并有舒張功能受損，這可能是由于突變膠原所致的心肌組織較硬引起[27]。

5 成骨不全癥的治療

改善行動(dòng)能力，實(shí)現(xiàn)自我照顧，功能獨(dú)立和提高生活質(zhì)量是OI治療的目標(biāo)。這些治療基于多學(xué)科的合作，其中包括骨折和畸形的穩(wěn)定與矯形治療、肌肉強(qiáng)化和運(yùn)動(dòng)的康復(fù)治療、骨骼重建藥物治療[28]。

5.1 骨折和畸形的穩(wěn)定與矯形治療 進(jìn)行長骨截骨并放置髓內(nèi)棒，以糾正畸形并防止骨折復(fù)發(fā)。目前有Fassier-Duval、Baily-Dubow/Sheffield 2種伸縮桿和不可伸縮的Rush釘用于截骨手術(shù)后長骨的固定[29]。Fassier-Duval棒具有經(jīng)皮放置的優(yōu)點(diǎn)，最大限度地減少創(chuàng)傷，允許在一次手術(shù)中治療多塊骨骼，隨后進(jìn)行早期康復(fù),但約15%的截骨術(shù)后發(fā)生骨不連。連續(xù)使用光環(huán)牽引可使脊柱側(cè)凸患者的脊柱曲度穩(wěn)定或減小以改善呼吸功能和疼痛。對于基底骨內(nèi)陷患者，分流術(shù)或枕頸融合減壓術(shù)可防止后腦突出和腦脊液阻塞所致的壓迫[14]。

5.2 肌肉強(qiáng)化和運(yùn)動(dòng)康復(fù)治療 OI的物理康復(fù)目標(biāo)是最大限度地提高患者的運(yùn)動(dòng)和日常生活能力。OI患兒的康復(fù)是個(gè)性化的，從而促進(jìn)力量和運(yùn)動(dòng)的增加。參加低阻力體育訓(xùn)練計(jì)劃的Ⅰ型和Ⅳ型OI患兒在3個(gè)月后峰值耗氧量、最大工作能力和肌肉力量得到改善，但在停止訓(xùn)練6個(gè)月后，相關(guān)改善再次減弱，這表明定期進(jìn)行正確強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)對改善OI患者是必要的[30]。

5.3 骨重建藥物治療

5.3.1 雙磷酸鹽： 雙磷酸鹽是臨床上OI的主要治療藥物之一，它在礦化的骨基質(zhì)中可抑制破骨細(xì)胞的骨吸收，并增加骨礦物質(zhì)密度，開始使用雙磷酸鹽前應(yīng)充分補(bǔ)充鈣和維生素D以增加療效[31-32]。雙磷酸鹽可以增加骨小梁數(shù)目、皮質(zhì)厚度和椎體高度并減輕肌肉骨骼疼痛和疲勞，可降低骨折發(fā)生率和增加患者的活動(dòng)能力，但不會逆轉(zhuǎn)OI的嚴(yán)重程度或脊柱側(cè)凸的演變[33]。雙磷酸鹽不會延遲骨折后的骨愈合，但建議術(shù)后2～4個(gè)月不輸注雙磷酸鹽[34]。長期使用雙磷酸鹽可出現(xiàn)累積性微損傷，繼發(fā)性骨彈性喪失而導(dǎo)致非典型股骨應(yīng)力性骨折，軟骨鈣化及老年患者的頜骨骨壞死[35]。雙磷酸鹽在治療2～4年后效果減弱，因此間歇性治療更有益[36]。

5.3.2 重組人甲狀旁腺激素： 特立帕替特來源于重組人甲狀旁腺激素，可刺激骨形成，增加骨密度，與雙磷酸鹽聯(lián)合使用可通過促進(jìn)骨痂形成，加速成人非典型股骨應(yīng)力性骨折愈合，但亦增加兒童腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)[37]。

5.3.3 生長激素： 雖然成骨不全通常與生長激素缺乏無關(guān)，但生長激素治療可以通過增加OI患兒的骨密度和生長速度而受益。重組生長激素與雙磷酸鹽聯(lián)合治療時(shí)，雖然骨折的發(fā)生率無差異，但腰椎和腕部骨密度增加[38]。

5.3.4 RANKL抗體： 狄諾塞麥?zhǔn)且环N完全人源化的RANKL抗體，可抑制破骨細(xì)胞的形成和骨吸收，多用于預(yù)防絕經(jīng)后婦女骨質(zhì)疏松骨折,它可抑制RANKL，改變RANKL/OPG比值，并減少刺激破骨細(xì)胞發(fā)育的成骨細(xì)胞信號。狄諾塞麥在3～4個(gè)月內(nèi)降解，不會長期積累。在觀察期間，狄諾塞麥對縱向骨生長沒有影響，但可增加骨密度和活動(dòng)性，產(chǎn)生顯著但可逆的骨吸收抑制[39]。

5.4 分子治療 骨髓和骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植是將具有成骨細(xì)胞分化潛能的正常間充質(zhì)干細(xì)胞注入受試患者體內(nèi)，在人和小鼠中均進(jìn)行了間充質(zhì)治療的可行性研究，移植的細(xì)胞可以合成比內(nèi)源性成骨細(xì)胞更多的正?；|(zhì)，改善了骨結(jié)構(gòu)和完整性。另一種方法是等位基因特異性沉默，模擬空的COL1A1等位基因。靶向突變轉(zhuǎn)錄物的試劑包括反義寡核苷酸、核酶和siRNA[14]。此外，可通過分子伴侶來解決蛋白質(zhì)折疊錯(cuò)誤[8]。

6 小 結(jié)

OI是Ⅰ型膠原編碼基因及其代謝相關(guān)基因突變, 導(dǎo)致骨骼Ⅰ型膠原數(shù)量減少或質(zhì)量異常, 引起骨質(zhì)疏松、 反復(fù)骨折和進(jìn)行性骨骼畸形為主的最常見單基因遺傳性疾病。早期診斷并對骨折和畸形進(jìn)行手術(shù)治療，肌肉強(qiáng)化和運(yùn)動(dòng)的康復(fù)治療及骨重建藥物治療，可以改善患者的活動(dòng)能力并提高生活質(zhì)量。