遗传性多发性骨软骨瘤发病机制的研究进展

遗传改变

HME是常染色体显性遗传病，约62％的患者有阳性家族史，目前已分离出2个相关基因：EXT1和EXT2，二者均为抑癌基因。欧美国家有研究发现，约90%的HME患者可检测出EXT1或EXT2基因突变，且EXT1突变与严重表型的相关性似乎大于EXT2及突变未检出者。

EXT1基因

EXT1基因含11个外显子，编码2238个位点。约44％~66％的HME患者可检测出EXT1致病突变。已明确的致病EXT1突变有200多个，突变位点主要随机分布于整个基因的前2/3编码区，无突变热点，其中约80％是无义突变、移码突变或剪切错误，导致蛋白质发生截断、功能缺失而致病。但中国患者中由于错意突变而致病者并非罕见[4]。EXT1基因的后5个外显子具有稳定的羧基末端，发生基因突变的概率较小。

EXT2基因

EXT2基因含16个外显子，编码2154个位点。HME患者中约27％可检测出EXT2致病突变。但有研究结果显示，在中国人HME患者中EXT2突变发生率大于EXT1，说明EXT1、EXT2的突变率具有明显的地区和种族差异，致病EXT2突变位点有近100个。EXT2基因与EXT1基因具有高度同源性。其致病突变多随机分布于前8个外显子，而后8个外显子基因突变的发生率较小。

有研究指出，在EXT1或EXT2突变致病过程中存在杂合子缺失现象（lossofheterozygosity，LOH），符合“二次打击学说”。但Hall等在对HME患者的研究中发现，LOH仅存在于少数病例，

认为“二次打击学说”仅能解释部分HME和软骨肉瘤的发病，并未完全阐明其遗传机制。

其他

有研究发现，19号染色体断臂与HME发病相关，提示有EXT3基因存在的可能，但该基因始终未被分离。随着突变检测敏感性的增加和新技术的应用，HME患者EXT1或EXT2突变检出率大大增加，EXT3基因的存在越来越被质疑。此外，研究发现骨软骨瘤软骨帽中存在2个新的核型：7号染色体臂内倒位，单倍体3、6和13，提示核型异常在骨软骨瘤细胞中也很常见，但其临床意义尚不明确。

发病机制

目前多认为HME并不是严格意义的肿瘤，而属于错构瘤。其发病原因尚未完全明确，目前关于发病机制的假说有以下几种：（1）胚胎生长发育异常；（2）生长板错置移位；（3）骨膜内层残留的幼稚细胞发育转化为软骨细胞而成；（4）干骺端骨膜发育不完全，不能完全约束骨骺软骨细胞，致使骨骼组织畸形生长形成骨软骨瘤；（5）干骺端生长过程中重塑性差，从而使骨骺持续增长形成瘤体；（6）酸性黏多糖代谢混乱。本文主要对胚胎软骨发育异常假说进行论述。

EXT蛋白

EXT1和EXT2转录的mRNA表达于全身体细胞，并翻译为EXT1及EXT2蛋白，二者分别含有746和718个氨基酸残基，均为定位于高尔基体的Ⅱ型跨膜糖蛋白，二者形成异源寡聚复合物硫酸乙酰肝素多聚酶（HS-Pol）而共同发挥作用，具有较高的糖基转移酶活性。有动物实验证实，EXT1和EXT2基因同时缺失可以导致硫酸乙酰肝素（HS）的缺乏，使胚胎早期死亡。在HME患者的骨软骨瘤细胞中，EXT1或EXT2蛋白的功能由突变情况而不同程度地减弱，HS-Pol的糖基转移酶活性明显下降。

HS

HS是电负性的线性多糖，在合成过程中，EXT1、EXT2蛋白作为HS合成酶催化葡萄糖醛酸、N-乙酰葡糖胺交替附着，使肽链延伸。与核心蛋白间以共价键形式结合，形成稳定的硫酸乙酰肝素蛋白聚糖（HSPGs）而发挥作用。HSPGs依据核心蛋白结构不同又分为agrin、syndecans、perlecan、glypicans和collagenXⅧ。HS广泛分布于体细胞的细胞膜上及胞外基质中，是软骨的重要组成成分，在细胞生长和分化过程中发挥着重要作用。HS也对多种细胞外基质蛋白有调节作用，如层粘连蛋白、纤连蛋白及多种胶原蛋白等。

有研究发现，骨软骨瘤的软骨帽为正常软骨细胞与突变细胞的嵌合体，约10%为突变细胞，突变细胞HS合成减少，且不能被输送到细胞表面而沉积在细胞质中。HME患者骨软骨瘤的软骨帽经聚醚酰亚胺（PEI）染色后，在电镜下观察可见突变细胞周围HS明显减少，分布散乱，未形成类似正常软骨组织中的浓度梯度。

动物实验证实，突变细胞被种植在正常细胞中时并不会诱发骨软骨瘤形成，但被种植到软骨边缘时则会发生。根据上述现象，Clément等提出假设：突变细胞自身并不能分泌正常HS，而依靠周围正常细胞维持HS水平；在软骨边缘的突变细胞周围HS水平较低，不能形成梯度，扰乱以下诸多信号通路，形成骨软骨瘤。

印第安刺猬蛋白信号系统

印第安刺猬因子（Ihh）是重要的生长板发育调控信号，也是迄今研究最多的骨发育信号通路之一。其在骨发育中的作用归纳为：直接或通过骨形态发生蛋白（BMP）信号间接促进软骨细胞的增殖、诱导绕关节软骨细胞表达甲状旁腺素相关肽（PTHrP）、直接促进软骨细胞的肥大化、促进静止型软骨细胞向增殖型软骨细胞分化、诱导软骨膜细胞分化成造骨细胞。

在生长板中，Ihh蛋白由前肥大软骨细胞和早期肥大软骨细胞分泌，并向其受体弥散，在HSPGs的介导下与Ihh受体结合，诱导软骨膜顶端PTHrP分泌增加。PTHrP作用于骨生长板前肥大细胞中的PTHrP受体，延迟前肥大细胞的分化、减少Ihh的分泌，由此而形成负反馈调节环路，维持骨的正常生长。EXT蛋白缺陷或缺失时，HSPGs减少或缺失，Ihh不能与受体结合阻断此负反馈环。Hameetman等研究发现，在骨软骨瘤细胞中PTHrP缺失，支持这一观点。此负反馈环阻断后，前肥大软骨细胞增殖和分化即出现异常，导致软骨出现异常生长及异位骨化，HME结构形成。

但Koziel等提出相反观点，指出在EXT1基因突变的鼠体细胞中，HS水平降低反而使Ihh信号传递增加、PTHrP表达增加，造成软骨细胞调控异常、细胞过度增殖，导致骨软骨瘤发生。但可以肯定的是，Ihh信号传导途径高度依赖于正常HS水平，在HME形成中有重要作用。

成纤维细胞生长因子（FGF）

FGF对于调节软骨细胞的增殖与分化有重要作用。FGF蛋白家族包含23个成员，其蛋白序列中均包含了保守的与HS结合的序列。HSPGs与FGF、FGF受体（FGFR）在细胞表面形成三元配合物，激活受体酪氨酸激酶的磷酸化，并使细胞内结构域发生自磷酸化。对胚胎不同阶段研究发现，FGF与FGFR的结合均需要特定结构的HS参与，以FGF2最为典型：FGF2与HS在细胞表面结合，使FGF2与其受体结合得更加稳固。

而EXT1突变时，成纤维细胞对FGF2反应能力减弱，对胶原的附着能力下降。FGF2及FGF10在诱导软骨细胞增殖中有重要作用，在EXT1突变细胞中亦明显减弱。FGF信号在软骨发育中的调控作用有一部分是由Ihh蛋白介导的，但其在骨软骨瘤形成中的具体机制尚不完全明确。

BMP信号传导系统

BMP是转化生长因子-β（TGF-β）超家族中的一个亚族，是成骨中最关键的调节因子。BMP通过与细胞膜上的1型受体及2型受体结合形成复合体，完成信号传导。BMP在软骨形成中起到促进间叶细胞聚集和分化的作用，而HS对BMP的功能具有重要调控作用。动物实验证实，在敲除EXT1基因的细胞中，由于HS缺失，BMP信号的稳定性及空间分布均出现异常，使间叶细胞聚集延迟，继而出现附肢骨短缩、畸形。

同时，该研究发现，BMP2、BMP4共同缺失并不比单纯HS缺失对间叶细胞聚集过程的影响更大，表明HS可能对多种BMP均有调控作用。但由于HME发病机制中有诸多信号通路参与，且本实验未能剔除其他信号干扰，BMP在HME的致病机制仍有待更深入的研究。

体外培养实验证实，BMP信号可以不通过Ihh介导直接促进软骨细胞增殖，抑制肥大软骨细胞的终端分化。但仍有一部分BMP信号与Ihh信号相互调控，形成正反馈调控，共同促进软骨细胞的增殖。此外，BMP与FGF在调控软骨细胞增殖和肥大化以及肥大软骨细胞的终端分化方面具有相互拮抗作用。在HME患者的骨软骨瘤病灶中Ihh及FGF均有明显改变，可能对BMP的功能产生影响，但BMP与Ihh、FGF的相互作用在骨软骨瘤形成中的机制仍未明确。

综上所述，HME的发生机制是一个极其复杂的过程，EXT1或EXT2基因突变导致其编码蛋白功能部分丧失，使组织中HS水平降低、梯度破坏，并通过Ihh、FGF、BMP等众多信号传导系统，最终导致软骨内化、骨发育紊乱及骨软骨瘤形成。关于HME病理过程的研究虽然已经取得一定进展，但还有很多关键问题未解决。相信随着研究的深入和技术的进步，HME的具体发病机制会逐步明确，对其诊疗方法也会有更新的认识。