放射性颌骨坏死的病理学改变
（一）放射性颌骨坏死的发病机制
射线损伤是导致放射性骨坏死的直接原因。关于射线导致骨坏死的发病机制目前尚未完全明了，早期的发病机制理论以小动脉损伤理论为代表，随后在此理论基础上发展出放射、创伤和感染学说及“三低”学说；近十多年来，随着创伤愈合中肌纤维母细胞（MF）的发现及器官（肝、肺等）纤维化理论的进展，提出了较新的发病机制理论，即纤维萎缩学说。虽然到目前，国内外少有文献明确提出MF与ORN发生有直接相关的关系，纤维萎缩学说对于ORN发病机制来说仍是一个理论假说，但是纤维萎缩理论已得到学术界的普遍接受。
1.小动脉损伤理论 最早关于放射性骨坏死模型的组织学研究发现：射线导致骨内小动脉损害，血管内膜肿胀，发生小动脉炎和动脉周围炎，血管壁增厚，管腔狭窄，局部血液循环障碍，血供锐减，组织营养不佳；成骨细胞和破骨细胞数量减少，骨髓腔内充满炎症细胞，骨组织功能下降，最终导致骨坏死。
2.放射、创伤和感染学说 Meyer在小动脉损伤理论的基础上提出此学说。该理论核心是创伤是导致骨坏死的启动因子。拔牙和颌骨手术所产生的尖锐骨边缘是创伤的主要来源。创伤使口腔内细菌侵入骨组织，一旦骨组织无法抵御入侵的细菌，颌骨骨髓炎即被诱发并快速沿骨组织播散。放射性骨坏死是活力下降的颌骨组织受到创伤后所导致的感染性病变，故在先前放射性骨坏死一直被称为放射性骨髓炎，而抗感染是治疗放射性骨坏死的首选方案。但是此学说并没有在体外培养或组织学观察中证明放射性骨坏死中存在播散性骨髓炎或经射线照射的骨组织内存在微生物，也没有证明在乏血管的组织中存在化脓性炎症性组织破坏。随后的临床实践发现约1/3的放射性骨髓炎患者没有明显的创伤因素，其发生是自发性的，与高剂量射线相关而并无明显创伤因素。
3.低细胞-低血管-低氧学说 此学说代表学者为Marx，他认为微生物感染只是导致放射性骨坏死其中一个协同因素而非主要因素，他从组织学研究发现病变区内皮细胞死亡、血管内血栓和骨膜纤维化，成骨细胞和骨细胞数量减少，骨髓腔纤维化，表面黏膜和皮肤组织亦发生纤维化，细胞、血管数量减少，这些组织均处于低氧状态，即所谓的低细胞-低血管-低氧组织。该发病机制的内容主要包括以下4点：①射线。②低氧-低细胞-低血管组织。③组织破坏。④慢性不愈性伤口（chronic non-healing wound）。高剂量的射线引起增生性内动脉炎（proliferative endarteritis），诱发组织缺血和缺血性骨坏死。缺血还破坏了成骨和破骨之间的平衡，成骨细胞和破骨细胞的死亡最终引起骨质疏松和骨坏死。由于放射线损伤血管和骨细胞，造成低细胞活性、低血管密度、低氧含量组织的“三低组织”。正常情况下，无论上皮、结缔组织、骨组织都具有生命周期和自我更新能力，而三低组织其自我更新能力受到破坏，组织更新或受损后修复能力下降，无法修复正常降解的胶原组织和骨组织，由此引起组织破坏，此种组织破坏并非由微生物感染发动，而与射线对组织的破坏程度、正常或诱发的细胞死亡和胶原溶解程度有关。创伤只是导致放射性骨坏死其中一个协同因素，创伤产生伤口，伤口修复过程需更多的氧供给和组织修复能力，而三低组织的修复能力低下或几近丧失，由此使伤口持续不愈。此外，由细胞更新和胶原合成能力下降所引发的黏膜、皮肤组织破坏也可导致自发性的放射性骨坏死。
4.纤维萎缩学说 近年来对ORN的研究发现，射线对细胞的损伤先于放射区内血管病变，这个发现对以组织缺氧为基础的三低理论提出了挑战。2004年，Delanian提出假设认为ORN的发生与其他类型骨坏死如磷酸盐相关性骨坏死的发生机制相似，是由于破骨细胞功能下降、骨吸收减少所导致；随后的DNA杂交研究又发现细菌在ORN发生中扮演着必需的角色，支持Meyer的理论假设。基于上述新发现或新观点，射线诱导的纤维萎缩机制被提出，目前得到广泛接受。这个理论假设包括：射线所导致的自由基形成（free radical formation）、内皮细胞损伤和功能异常、炎症、微血管血栓、纤维化（fibrosis）和组织重塑（remodelling），这些组织病变最终导致了骨组织坏死的发生。
整个ORN病变过程可分为3个阶段：①前纤维化期（pre-fibrotic phase）。主要以内皮细胞损伤变化为主，骨组织内可见急性炎症反应。②持续合成期（constitutive organized phase）。成纤维活性增强导致纤维组织异常增生，伴随细胞外间质的结构紊乱。③后纤维萎缩期（late fibroatrophic phase）。重塑后的组织脆弱，功能降低，一旦发生创伤，即可引起一系列组织反应性炎症。此理论与Marx三低理论主要不同之处在于后者认为组织缺氧是导致组织、细胞更新修复能力下降的主要因素，而前者认为ORN发生进展的主要因素是射线诱导的纤维化（RIF），即成纤维活性的激活及失调控导致放射区组织发生纤维性萎缩。组织经放疗后射线本身和射线产生的活性氧或自由基均可损伤血管内皮细胞，受损的内皮细胞释放细胞因子引起急性炎症反应，炎症中的巨噬细胞可进一步释放活性氧，加重损伤及炎症。内皮细胞损伤也可导致血栓形成、局部微循环障碍、组织缺血、局部组织损伤。此外，受损的内皮细胞还使血管通透性增加，血管内细胞因子外渗，促使纤维母细胞分化为肌纤维母细胞（MF），MF具有较强的增殖活性，能分泌异常的细胞外间质，同时减少细胞外间质的降解；由于ORN可能存在抗凋亡机制，使得分化出的MF持续存在，加剧了细胞外间质合成和降解失衡，纤维化持续进行。至病变进展后期MF最终会发生凋亡，但是组织在放疗后的数十年中都会处于低细胞、低血管和纤维化的状态。
骨组织是体现局部组织合成和降解失衡最明显的组织。成骨细胞对射线敏感，易受损，射线所导致成骨细胞死亡和MF过度增生使骨基质减少，减少的骨基质被纤维化组织取代。破骨细胞对射线不敏感，放疗反应中的巨噬细胞可增强破骨细胞活性，使骨吸收增加；同时放疗后破骨细胞较成骨细胞更易恢复，使骨形成减少。此外，放疗导致的骨髓细胞和骨膜细胞的损伤及数量减少，骨髓和骨膜分化的成骨细胞减少，骨形成减少。
综上所述（图6-31），ORN是由于照射产生活性氧或自由基，一方面活性氧/自由基破坏骨髓细胞、骨细胞、成骨细胞、破骨细胞等，导致骨形成减少、骨破坏增加，骨机械强度降低，骨脆性增加；另一方面活性氧/自由基破坏内皮细胞，导致微血管血栓，微血管系统受损，组织缺血；诱发组织炎症反应，释放细胞因子和趋化因子，组织成纤维活性激活及肌纤维母细胞分化，组织纤维化，细胞外基质重塑，RIF组织形成，所有放射区组织处于低细胞、低血管、纤维化状态，细胞死亡和细胞外间质溶解速度超过了细胞修复和胶原合成速度，细胞、组织自我更新减缓，组织修复能力下降，组织抗感染、抗损伤能力降低，最终导致骨组织坏死。在此过程中，损伤和感染可加速及加重此病变进程。
（二）肌纤维母细胞
结缔组织是人体的基本组织之一。由细胞和细胞外间质组成。构成结缔组织的细胞主要为纤维细胞等，细胞外基质又分为纤维和基质，前者主要为胶原纤维、弹性纤维、网状纤维，基质则位于细胞和纤维之间。结缔组织具有很强的再生能力，组织受创伤后，纤维细胞可分裂增殖转化为纤维母细胞（fibroblast），纤维母细胞具有很强的合成和分泌功能，可形成新的纤维和基质，参与完成组织修复。MF是一种特殊类型的纤维母细胞，多出现于肉芽组织中。1971年，Gabbiani等在研究损伤修复的肉芽组织中发现了一种兼具成纤维细胞（或称纤维母细胞）和平滑肌细胞双重特性的细胞，即MF，这种细胞具有收缩功能，肉芽组织所显示的收缩现象即以此细胞为中心产生的。以后在正常组织和一些病变中亦发现此种细胞。MF是根据其超微结构特征而定义的高度分化的细胞，电镜检查是识别和明确MF的“金标准”，电镜下该细胞具特征性的细胞器，包括：①应力纤维（stress fibers）。细胞浆内平行及成捆排列的微丝和密体的复合物。②纤维连接复合体（fibronexus junction），是纤维连接蛋白（fibronectin）穿越细胞膜所形成的跨膜连接复合体，连接细胞内微丝和细胞外间质（ECM），在细胞膜表面形成含整合素的细胞-间质连接复合体。
图6-31 放射性颌骨坏死的主要发病机制
MF的起始细胞目前尚未明确，组织中纤维母细胞的衍化可能是其来源之一。在正常情况下，MF 内存在少量的（或无）肌动蛋白，通常无功能活性，不分泌ECM物质；当组织损伤后，MF被激活并迁移至受损部位，合成及分泌ECM。MF可由炎症细胞或宿主细胞所释放的细胞因子激活，也可能因微环境中机械应力的变化而激活。在组织完好、正常情况下，交叉状排列的ECM使MF细胞处于应力遮蔽（stress-shielding）状态；当组织受损、ECM重塑后，这种应力遮蔽机制受到破坏，为抵抗异常机械力，纤维母细胞分化出具收缩性的、主要由肌动蛋白构成的应力纤维，这种初期分化出纤维母细胞被称为原肌纤维母细胞（protomyofibroblast），随后在转化生长因子如TGF-β1等的作用下，细胞开始表达α-SMA，分化为MF细胞。在此MF分化过程中，结缔组织生长因子、血小板生长因子（platelet-derived growth factor，PDGF）等发挥辅助TGF-β1功能的作用。
MF除从纤维母细胞分化而来之外，尚存在其他分化途径：如内皮细胞的内皮间叶转化（endothelial to mesenchymal transition），骨髓的纤维细胞均可分化为原肌纤维母细胞，进而分化为成熟MF。有学者推测，ORN病变中射线损伤血管内皮细胞，由此可能发出启动纤维化的信号；血管炎症，血管内血栓形成，可使局部组织缺血，局部组织处于缺氧状态；炎症也可导致血管通透性增加，已有研究发现血管通透性增加及组织缺氧可导致一系列细胞因子释放，如TGF-β1等，由此激活产生MF，启动纤维化。
MF除具有收缩、移动功能之外，还具有分泌功能，能分泌含胶原纤维的ECM，修复受损的组织，同时也可分泌多种细胞因子、生长因子和炎症介质，参与炎症反应及发挥免疫调节作用。当损伤修复进入后期，ECM重塑后，MF进入凋亡状态，通过自身凋亡而消失；正常情况下，MF的分化、增殖、凋亡处于动态平衡之中。但是，在病理情况下，MF细胞的凋亡机制受损或发生障碍，细胞处于激活、增殖状态，由此产生了大量ECM，导致器官纤维化。十数年的研究已经发现并证实MF是纤维化反应中的主要作用细胞，与多种纤维化病变如肝纤维化、肺纤维化、肾纤维化、心脏纤维化等有关；然而在ORN领域，虽然许多研究者对MF在射线诱导纤维化过程中的作用进行了较多研究，但是MF是否是RIF病理发生的主要细胞仍缺乏实验证据支持，也尚无证据证明ORN中的MF是抗凋亡的。目前多数学者推测ORN的纤维化与肺、肝等器官纤维化的机制类似，当MF细胞激活后，产生大量的ECM，使ECM重塑；同时有学者认为，ORN中可能存在免疫逃逸机制，使MF抗凋亡，始终处于激活状态，导致大量纤维性ECM沉积，最终使颌骨发生纤维化。
（三）放射性颌骨坏死的病理特征
组织病理上，射线导致的纤维化即RIF的形成过程与创伤的慢性愈合过程类似。纤维化程度与放射剂量相关。照射区的所有组织，包括皮肤、黏膜、皮下组织、骨组织都会发生RIF。依据纤维萎缩理论，人为地将RIF分为3个发展阶段，各阶段呈现的病理特征如下：①前纤维化期。在此阶段，内皮细胞扮演着重要的角色。射线导致内皮细胞损伤，释放趋化因子，发生血管反应，病理上病变组织表现为非特异性炎症反应。白细胞外渗，游走至损伤部位；血管通透性增加，组织渗出增多，组织水肿，胶原纤维降解。内皮细胞破坏导致血管内血栓形成，局部微循环障碍，局部组织缺血。内皮细胞破坏使结缔组织失去了天然屏障，使结缔组织直接暴露于局部刺激，而这些局部刺激对结缔组织来说相当于异物，由此启动了纤维化活性。②持续合成期。纤维母细胞细胞内出现α-SMA，转化为MF，此为纤维母细胞的活化细胞，MF产生大量胶原蛋白、纤连蛋白和其他细胞外间质蛋白，导致间质重塑，组织呈纤维化表现。RIF病变活跃期时镜下可见丰富活化的MF和紊乱排列的纤维性间质。而在病变相对静止期，则可见稀少散在的纤维母细胞（或纤维细胞）和大量硬化的纤维性间质。持续性的细胞因子释放，进一步放大了对结缔组织和内皮细胞的破坏，使纤维化过程（RIF）持续存在。③后纤维萎缩期。该期可持续放疗后数十年，RIF组织持续进展，纤维化程度日益加重。镜下表现为致密、硬化的纤维组织和散在稀少的纤维母细胞（纤维细胞）。组织脆弱，细胞、血管数量显著减少。一旦受到创伤，很易发生感染，表现为显著死骨形成和周围骨、软组织的慢性炎症性反应。
临床上，对ORN局部骨组织切除后的标本行病理检查时，通常发现病变组织处于后纤维萎缩期，主要病理特征是变性和坏死，不是炎症（图6-32）。炎症性变化多出现于外伤等骨组织暴露部位。颌骨表现为皮质骨骨纹理粗糙，骨层板结构断裂或消失，并可见微裂，部分骨细胞消失，骨陷窝空虚，若骨陷窝内骨细胞大部分消失，则形成死骨；骨髓腔内纤维组织显著增生，取代正常骨髓腔的疏松结缔组织和骨髓组织，细胞数量显著减少，可见散在的纤维母细胞（纤维细胞），成骨细胞和破骨细胞均不明显，有时可见散在炎症细胞浸润；骨组织内血管数量明显减少，可见小动脉内膜、内弹力层消失，肌层纤维化，外膜增厚，偶见动脉管腔内血栓形成（图6-33）。骨松质骨小梁呈萎缩状态，小梁骨纤细，髓腔增大，骨小梁边缘可见类骨质沉积（图6-34）。若继发感染，通常发生在颌骨表面骨组织暴露部分，此时可见明显的死骨组织形成（图6-35），镜下死骨表现为骨细胞死亡、消失，骨陷窝空虚，骨髓液化萎缩；死骨旁见菌落和炎性肉芽组织增生，死骨周围的骨组织呈骨髓炎表现，骨髓腔内炎细胞浸润，血管增生，并呈现一定程度的骨吸收及修复（骨重建）现象，骨吸收区见活跃的破骨现象，骨表面见吸收陷窝和多核破骨细胞（图6-36），当炎症逐渐趋于消退时，原骨组织吸收区域可见修复现象，骨小梁及骨吸收表面类骨质沉积、钙化，骨黏合线形成（图6-37）。
（四）放射性颌骨坏死的组织学鉴别诊断
图6-32 放射性骨坏死的病理表现（1）
镜下见骨小梁呈萎缩状态，小梁骨纤细，骨髓腔增大，大量增生的纤维化组织替代正常骨髓组织（HE×2）
图6-33 放射性骨坏死的病理表现（2）
镜下见小动脉肌层纤维化，动脉管腔内血栓形成（HE×20）
图6-34 放射性骨坏死的病理表现（3）
炎症一定程度消退后，骨小梁表面有类骨质（箭头）沉积（HE×20）
图6-35 放射性骨坏死的病理表现（4）
镜下见感染区死骨形成（箭头），死骨组织骨陷窝空虚，骨细胞死亡、消失，死骨周围为大量炎性肉芽组织（HE×10）(https://www.daowen.com)
导致颌骨坏死的常见病因除射线之外，尚有药物及感染性因素，即颌骨药物相关性骨坏死（medication-related osteonecrosis of the jaws，MRONJ）和颌骨化脓性骨髓炎（suppurative osteomyelitis of the jaws）所导致的骨坏死。上述三种疾病在病变局部（病变中心部位、主要炎症区）均能产生死骨，组织学表现为骨陷窝空虚，死骨周围均可见炎性肉芽组织增生或大量菌落沉积，在死骨形成区（炎症区）这三种疾病组织学表现类似，而在邻近死骨形成区（主要炎症区周边）的骨病变的组织学变化在一定程度上可帮助鉴别ORN和MRONJ、化脓性骨髓炎。毫无疑问，在上述三种疾病的鉴别诊断中，仅凭组织学表现来鉴别是不够的，需结合临床病因（如有无服药、放疗、牙痛史等）、疾病病程、临床表现、影像学表现等综合考虑，方能做出明确诊断。下文就MRONJ和颌骨化脓性骨髓炎的临床、病理特征进行分述。
1.颌骨药物相关性骨坏死 颌骨药物相关性骨坏死定义为“一种因为治疗全身其他疾病需要使用双膦酸盐类药物（BP）或其他靶向药物后而发生的严重颌骨坏死并发症”。2003年，Markt首次报道BP致颌骨坏死的病例，将其命名为颌骨双膦酸盐相关性骨坏死（BRONJ），后来陆续发现除双膦酸盐药物外，其他抗骨吸收药物（如狄诺塞麦）和抗血管生成药物[如贝伐单抗（bevacizumab）、阿柏西普（aflibercept） ]、络氨酸激酶抑制剂[如舒尼替尼（sunitinib）、索拉非尼（sorafenib） ]等亦有可能导致颌骨坏死，为适应临床发病状况，美国口腔颌面外科协会（AAOMS）建议修订BRONJ的命名为颌骨药物相关性骨坏死（MRONJ）。临床上MRONJ好发于下颌骨（73%），上颌骨占22.5%，上、下颌骨同时受累的占4.5%。约60%的患者发病前有侵入性牙科操作的病史，其余为自发性。约1/3的患者无症状，其余患者可出现疼痛、麻木，流脓、口内外瘘管形成、张口受限、死骨暴露，甚至骨折等临床症状。
双膦酸盐导致的颌骨坏死与药物抑制破骨细胞的功能有关，双膦酸盐可驻留于骨组织中，具细胞毒性、抑制破骨细胞功能，同时可能通过抑制甲羟戊酸途径中的酶活性诱导体内外破骨细胞的凋亡，使骨吸收减少，打破正常的骨吸收和骨形成的生理平衡；一旦发生侵入性外科操作，易诱发感染及炎症反应，一些动物模型的研究显示，炎症和细菌感染加剧了颌骨坏死的发生，炎症和感染是BRONJ骨坏死发病机制的重要组成部分。病理上手术后送检标本大部分呈现为死骨组织（图6-38），表现为骨陷窝内骨细胞消失，表面见骨吸收陷窝；死骨周围可见大量炎性细胞浸润及小血管增生、炎性肉芽组织形成；死骨周围有时可见菌落；与正常骨组织相比，未发生坏死的骨小梁多表现为不规则的Paget样骨小梁，骨增生活跃，增生小梁骨表面可见成骨细胞、明显的类骨质沉积（图6-39），局部尚可见破骨细胞，部分破骨细胞胞质内含空泡；骨髓腔内则可见大量炎细胞浸润，伴小血管瘤样增生。部分BRONJ患者尚可见显著的骨膜反应（图6-40）。
图6-36 放射性骨坏死的病理表现（5）
镜下见骨表面的破骨现象，凹陷状的Howship陷窝和陷窝内的破骨细胞。骨组织下方骨髓组织内呈明显的炎症表现（HE×20）
图6-37 放射性骨坏死的病理表现（6）
骨组织表面可见黏合线（箭头），是骨重建过程中旧骨吸收完成与新骨开始的分界线，一定程度上可反应骨重建过程（HE×40）
图6-38 药物相关性骨坏死，图示死骨组织
骨陷窝空虚，死骨周围见菌落（HE×20）
图6-39 药物相关性骨坏死，图示骨髓腔内较多炎症细胞浸润
骨吸收及骨重建活跃，骨表面见成骨细胞及多核破骨细胞（HE×20）
图6-40 药物相关性骨坏死，图示骨表面增生的骨组织
骨膜反应（HE×10）
2.颌骨化脓性骨髓炎 颌骨化脓性骨髓炎大多数由细菌感染引起，是颌骨骨质及骨髓腔的炎症性病变，常导致颌骨的溶骨性破坏、死骨形成及化脓性炎，通常伴周围软组织的化脓性炎症。骨坏死也是该疾病最常发生的事件。颌骨化脓性骨髓炎大多数继发于牙源性感染（如牙槽脓肿、冠周炎）或颌骨外伤（如骨折、拔牙创伤），部分也可来源于急性坏死性溃疡性龈口炎或急性坏疽性龈口炎。下颌骨远比上颌骨多见，因为上颌骨血供丰富，抗感染能力强。颌骨化脓性骨髓炎按病程可分为急性化脓性骨髓炎和慢性化脓性骨髓炎。急性者起病急，临床可出现发热、局部疼痛、张口受限、淋巴结肿大、软组织肿胀等典型的红肿热痛表现；急性骨髓炎若没有及时消退，可转化为慢性骨髓炎，表现为软组织肿胀、疼痛、瘘管形成及瘘管内溢脓、死骨形成、牙齿松动、脱落等临床表现。病理上，炎症初期，炎症在骨髓腔内发生并扩散，骨髓腔内血管增生、扩张、充血，组织水肿，中性粒细胞为主的大量炎性细胞浸润，随后可发生局部组织及中性粒细胞变性坏死，形成髓腔内脓肿，脓肿内含脓液，脓液可随哈弗管扩散至骨表面，形成骨膜下脓肿。骨膜下脓肿最终会穿破骨膜及黏膜（皮肤），形成黏膜瘘管或皮肤瘘管，脓液从瘘管得以引流，急性炎症可能由此引流途径而得以缓解，病变渐渐转入慢性期。慢性化脓性骨髓炎往往在病变局部见明显的死骨形成，死骨大小不一，死骨周围见菌落及大量炎性肉芽组织，中性粒细胞等炎症细胞散在及弥漫浸润；小块死骨可被脓液溶解消失或从瘘管内排出；大块死骨不易排出，需行手术治疗予以摘除。在死骨周围未发生骨坏死的骨组织多呈现骨新生修复现象，骨髓腔内血管增生，不同程度的淋巴细胞、浆细胞、组织细胞和中性粒细胞浸润。
综上所述，无论MRONJ还是化脓性骨髓炎，邻近主要炎症区（死骨形成区周围相对正常骨组织区域）的骨组织内多呈现活跃的骨新生、骨修复现象，骨髓腔炎性细胞浸润、血管增生，两者组织学表现类似，MRONJ与化脓性骨髓炎的鉴别诊断更多需依赖于临床病史及临床表现；而ORN在死骨形成区周围相对正常骨组织区域则多表现为骨髓腔纤维化，细胞数量显著减少，血管数量减少，血管栓塞，小梁骨数量减少，成骨细胞和破骨细胞均不明显，给人以骨生理功能低下的组织学印象，与MRONJ、化脓性骨髓炎明显不同；虽然ORN在主要炎症区周围骨组织中也可出现一定程度的骨修复现象，即可见骨质增生、类骨质沉积和骨吸收现象，此与MRONJ、化脓性骨髓炎相似，但ORN很少出现骨膜反应，骨表面通常无反应性新骨形成，此点可与MRONJ、化脓性骨髓炎鉴别。
（蒋灿华 朱凌 田臻 戴晓庆 唐晓）