Нейрофиброматоз 1 типа (NF1), заболевание, поражающее эктодермальные и мезодермальные ткани, является аутосомно-доминантным с частотой встречаемости примерно 1 на 3 000 и высоким уровнем мутаций, К ним относятся сколиоз, боковой кифоз, поражения шейного отдела позвоночника, спондилолистез, поражения костного роста, врожденные искривления и псевдоартрозы, субпериостальные костные разрастания, истончение костной коры, низкий рост и большая деформация головы, а также дисплазия птеригоида. В последнее время в литературе появилось много сообщений о том, что у пациентов с НФ1, будь то взрослые или дети, значительно снижена минеральная плотность костной ткани и наблюдаются различные степени потери костной массы или остеопороза, однако их патогенез остается неясным, и возможный патогенез рассматривается ниже. 1. Аномальная функция белка нейрофиброматоза Продуктом, кодируемым геном NF1, является белок нейрофиброматоза, который экспрессируется в различных клетках и тканях. Действуя как GTPase-активирующий белок (Ras-GAP), белок, состоящий из 2818 аминокислот с молекулярной массой 327 кДа, но молекулярной массой приблизительно 220-280 кДа на SDS-PAGE, нейрофиброматозный белок негативно регулирует активность внутриклеточной сигнальной молекулы P21-Ras (Ras), тем самым подавляя экспрессию факторов роста и активацию фактора роста индуцированную клеточную пролиферацию. Гаплонедостаточность или полная делеция гена NF1 приводит к количественно зависимому увеличению активности Ras, которая затем последовательно активирует большое количество сигнальных путей, включая путь митоген-активированной протеинкиназы (MAPK) и путь фосфатидилинозитолтрифосфат-киназы (PI-3K). путь фосфатидилинозитол-3-фосфат киназы). Эти сигнальные пути могут влиять на пролиферацию и дифференцировку клеток в зависимости от типа клеток. У пациентов с NF1 первоначальный дефект одной копии гена NF1, вызванный специфической мутацией или микроделецией, может сопровождаться локальной инактивацией другого функционального аллеля NF1. Переход от делеции одного гена к двойной инактивации аллеля также известен как потеря гетерозиготности (LOH). специфические мутации или полные делеции гена NF1 приводят к аномальной функции белка нейрофиброматоза, что может привести к аномальным изменениям в развитии и ремоделировании костей и гомеостаза костной ткани, который он регулирует. Потеря функции гена NF1 в периостальных клетках может привести к истончению костной коры из-за дисфункции периостальных остеобластов, о чем свидетельствует псевдоартроз у пациентов с NF1. Белки нейрофиброматоза, помимо функции Ras-GAP, также регулируют активность аденилатциклазы (cAMP) и протеинкиназы А (PKA). cAMP и PKA являются основными сигнальными путями, регулирующими функцию остеобластов и остеокластов, поэтому у гаплоинсубъективных пациентов с NF1 может быть снижено образование костной ткани (снижена активность остеобластов) и/или повышена активность остеокластов, что приводит к остеогенезу или потере костной ткани. Это приводит к костной дисплазии или нарушению костного метаболизма. Сывороточный 25-(OH)VD значительно ниже у пациентов с НФ1, чем у нормального контроля, поскольку в организме он преобразуется в 1,25(OH)2VD, который увеличивает кишечное всасывание кальция и фосфора и играет важную роль в формировании костей. Однако связь между низкой концентрацией 25-(OH)VD в сыворотке крови и снижением BMD у пациентов с NF1 остается неясной. Tucker et al. измерили уровень 25-(OH)VD в сыворотке крови летом и зимой у 72 взрослых пациентов с NF1 и 312 нормальных здоровых людей. Из 312 контрольных групп у 56 были летние измерения, а у 256 — зимние. Концентрация 25-(OH)VD в сыворотке крови была снижена у 56% пациентов с НФ1 (29/52 зимой; 38/68 летом). Средняя концентрация 25-(OH)VD в сыворотке крови была значительно и статистически достоверно ниже у пациентов с НФ1, чем у нормального контроля, как зимой, так и летом. Сниженная концентрация 25-(OH)VD в сыворотке крови у пациентов с NF1 может снижать абсорбцию кальция и фосфора и уменьшать отложение кальция и фосфора в костях, что приводит к снижению BMD. В 2006 году Lammert et al[8] исследовали количество 25-гидроксивитамина D в сыворотке крови и кожные нейрофибромы у 55 пациентов с NF1 и 58 здоровых людей из контрольной группы и обнаружили, что 25-гидроксивитамин D в сыворотке крови у пациентов с NF1 был снижен. Снижение уровня 25-гидроксивитамина D в сыворотке крови у пациентов с НФ1 может привести к снижению BMD. В 2010 году Seitz и др. провели клиническое обследование 14 взрослых пациентов с НФ1 и контрольной группы, соответствующей возрасту и полу. Результаты показали, что сывороточный 25-(OH)-VD3 и BMD были ниже у пациентов с НФ1 по сравнению с контрольной группой. Результаты этого исследования позволяют предположить, что снижение уровня 25-(OH)-VD3 в сыворотке крови у пациентов с НФ1 способствует развитию поражений скелета у пациентов с НФ1. In vitro лечение ВД подавляло рост некоторых клеточных линий, но активация сигнального пути Ras, как это происходит у пациентов с гаплоинсубъективным НФ1, может препятствовать ингибирующему эффекту ВД на рост клеток. Кроме того, и фибронектин, и VD регулируют пролиферацию клеток, а нормальное ингибирующее и способствующее апоптозу действие VD снижается, и дефицит VD может ускорить изменения скелета у пациентов с NF1. Увеличение потребления VD и добавки кальция могут увеличить костную массу у пациентов. Цитологические факторы Метаболизм костной ткани делится на два аспекта: образование новой кости (анаболизм) и резорбция кости (катаболизм). Эти два аспекта осуществляются двумя типами зрелых клеток — остеобластами и остеокластами. Костный гомеостаз — это баланс между формированием и резорбцией скелетного матрикса. Остеокласты происходят из системы моноцитов/макрофагов костного мозга и успешно прилипают к костному матриксу и резорбируют кость, в то время как остеобласты производят новый костный матрикс. Дисбаланс в морфологии и ремоделировании кости может привести к патологическим изменениям в структуре и функции кости. (1) Остеобласты Исследования показали, что ген NF1 экспрессируется на высоком уровне в пластинах роста и зрелых остеобластах во время эндохондрального остеогенеза. Экспрессия белка нейрофиброматоза остеобластами, остеокластами и остеоцитами зрелой кости отслеживается как при интрамембранозном остеогенезе, так и при интрахондральном остеогенезе. На ранних стадиях патогенеза заболевания скелета могут возникать из-за нарушения динамического баланса эндохондрального остеогенеза и костной ткани. С другой стороны, снижение массы тела у пациентов с НФ1 может быть вызвано нарушением контроля клеточного цикла или нарушением ремоделирования зрелой кости. У пациентов с NF1 каждый из типов зрелых клеток костной ткани может играть определенную роль в BMD, поскольку белки нейрофиброматоза широко экспрессируются в остеобластах, остеокластах и остеоцитах. Сигнализация Ras-MAPK, опосредованная фактором роста, противодействует остеогенной сигнализации и нарушает дифференцировку остеобластов. Действительно, стромальные стволовые клетки мыши NF1+/- демонстрируют повышенную пролиферацию, но нарушают дифференцировку остеобластов. Таким образом, в контексте этих исследований, гетерозиготы NF1 приводят к повышению активности Ras, что может увеличить остеокласт-опосредованную резорбцию кости, а также снизить остеобласт-опосредованное формирование кости. Оба эти аспекта влияют на гомеостаз костной ткани у пациентов с NF1. На цитологическом уровне остеобласты in vitro демонстрируют повышенную пролиферацию, но сниженную дифференцировку и минерализацию. yu et al. не обнаружили существенных различий в объеме и структуре костной ткани у мышей NF1+/- по сравнению с контрольной группой дикого типа, но наблюдалась тенденция к снижению костеобразования. Остеопрогениторные клетки в эпифизе бедренной кости мышей NF1+/- демонстрируют преждевременный апоптоз и высокую пролиферацию. остеопрогениторные клетки мышиного происхождения NF1+/- активируются сигнальной системой Ras. Wu et al. обнаружили нарушение остеогенной дифференцировки мезенхимальных стволовых клеток и клеток-предшественников у NF1+/-мышей. Различные модели трансгенных мышей NF1 показали различные фенотипы. У мышей nF1ob-/- отсутствовала экспрессия белка нейрофиброматоза и наблюдалось повышенное костеобразование без изменений свода длинных костей. Недифференцированные МСК в развивающихся конечностях мышей NF1prxl не имели белка нейрофиброматоза и показали изменения свода большеберцовой кости и высокий остеопороз. Иммуногистохимическое исследование срезов длинных костей эмбрионального развития NF1-/- показало, что в остеобластах отсутствовал фосфорилированный P44/42MAPK сигналинг. (2) Остеобласты Нарушения функции и пролиферации остеобластов у пациентов с НФ1, а также изменения пролиферации и функции как остеобластов, так и остеокластов наблюдались в мышиной модели НФ1. Повышенные концентрации TRAP5b в сыворотке крови указывают на увеличение количества и активности остеокластов у пациентов с НФ1. Недавние гистоморфологические исследования биопсий костей у пациентов с НФ1 показали 4-кратное увеличение количества остеобластов и 10-кратное увеличение количества остеокластов по сравнению с контрольной группой, сопоставимой по возрасту и полу.Stevenson et al. изучили и проанализировали продукты сшивания пиридина в моче (пиридин и дезоксипиридин) у 51 ребенка (5-19 лет) с НФ1. Контрольную группу составили 99 нормальных здоровых детей. Многомерный анализ показал, что Dpd и Dpd/Pyd были значительно и статистически достоверно повышены у пациентов с НФ1 с пороками развития скелета или без них. Yang et al[13] обнаружили увеличение количества многоядерных остеобластов у NF1+/- мышей. Остеобласты и предшественники остеокластов мышей NF1+/- были чувствительны к ограниченным концентрациям M-CSF и уровням активатора рецептора лиганда NF-kB (RANKL). Остеобласты мышей NF1+/- показали повышенное фосфорилирование P21-Ras-GTP и AKt в ответ на стимуляцию M-CSF, что привело к повышенному приобретению остеокластов, пролиферации, миграции, адгезии и активности лизиса. Эти повышенные функции остеокластов у NF1+/- мышей после овариэктомии привели к серьезной потере костной массы по сравнению с мышами дикого типа. Кроме того, остеокласты, дифференцированные от пациентов с NF1 in vitro в культуре, показали повышенную активность Ras/PI3K и повышенную активность лизиса, аналогичную поведению остеокластов от NF1+/- мышей. Это исследование предполагает, что повышенная активность и количество остеокластов могут способствовать потере костной массы и снижению костной массы у пациентов с NF1, и что Ras является важным клеточным сигнальным медиатором, который связывает сигналы факторов роста и цитокинов через пути MAPK и PI3K. Недавние модели клеточных культур показали, что PI3K увеличивает RANKL-индуцированное образование остеокластов, что связано с высоким уровнем активности Ras. Это было подтверждено в культурах in vitro клеток костного мозга мышей NF1+/- и в сыворотке мононуклеарных клеток пациентов с NF1. Tucker и др. обнаружили повышенную концентрацию ПТГ в сыворотке крови, повышенный уровень костного TRAP5b и продуктов дезоксипиридинолиновой петли в моче, а также повышенную 24-часовую экскрецию кальция и фосфора с мочой у >10% пациентов. Эти данные позволяют предположить, что у пациентов с НФ1 может быть повышена активность остеокластов, что приводит к ускоренному катаболизму костной ткани. Бисфосфонатные препараты, подавляющие функцию остеокластов, могут быть эффективны в лечении таких пациентов. (3) Фибробласты и тучные клетки Фактор роста фибробластов активирует Ras/MAPK-путь у мышей, а инактивация SHP2-Ras-MAPK-пути приводит к увеличению образования костной ткани после повышения активности остеокластов, что свидетельствует о нарушении сигнализации между остеокластами и остеобластами. Кроме того, пролиферация и инвазия фибробластов пациентов с NF1 в кость может препятствовать имплантации предшественников остеобластов во время восстановления кости. Культивируемые in vitro NF1-/-фибробласты демонстрируют неограниченную пролиферацию и аномальный синтез коллагена, что позволяет предположить, что высокая пролиферация и аномальное образование костей могут также присутствовать в остеобластах, дефицитных по гену NF1. Гаплоинсуфицированный NF1 также увеличивает пролиферацию, выживание и образование клонов тучных клеток благодаря роли лиганда CKITL (рецептор c-kit). Поскольку мастоцитоз связан с остеопорозом, высокая пролиферация тучных клеток может привести к потере костной массы у пациентов с NF1. Паростальные тучные клетки тесно связаны с повышенным оборотом костной ткани, миелофиброзом и костеобразованием. 4. Биомеханические факторы и факторы физической активности Механические изменения, связанные с мышцами гаплоинсуффективных пациентов с NF1, могут дополнительно влиять на костный гомеостаз. У некоторых пациентов с NF1 наблюдается уменьшение объема межмышечного компартмента, что может привести к потере костной массы. Хотя дистрофические изменения скелета являются более точным причинным фактором, было высказано предположение, что снижение силы мышц вокруг позвоночника может способствовать формированию сколиоза. Хотя остается неясным, является ли снижение костной массы первичным у пациентов с НФ1 или снижение физической активности после скелетных деформаций у пациентов с НФ1 приводит к снижению костной массы, снижение физической активности у пациентов с НФ1 также может быть фактором снижения плотности костной ткани. Увеличение физической нагрузки или активности может улучшить снижение костной массы. 5. Сосудистые факторы Хотя есть доказательства того, что не все атрофические остеохондрозы связаны с нарушением кровоснабжения, нарушение врастания сосудов или отсутствие кровоснабжения влияет на заживление костей у пациентов с НФ1, особенно у пациентов с псевдоартрозом большеберцовой кости. Сообщалось о снижении сосудистости прилегающей надкостницы или генерализованном утолщении сосудистой стенки вокруг псевдоартроза большеберцовой кости. Оба эти состояния препятствуют заживлению костей и увеличению костной массы. Исследования на мышах NF+/- показали усиление ангиогенеза вследствие повышенной миграции клеток и воздействия проангиогенных факторов. Однако данное исследование может лишь предположить, что реваскуляризация перелома не нарушена, а незрелое и чрезмерное утолщение сосудов могло повлиять на восстановление кости и поддержание костной массы. В целом, снижение костной массы у пациентов с нейрофиброматозом I типа может быть результатом аномальной функции или снижения экспрессии белков нейрофиброматоза; аномальной функции остеобластов, остеокластов, фибробластов и тучных клеток; а также комбинации биомеханических факторов или сосудистых факторов.