先天性胫骨假关节(congenital pseudarthrosis of the tibia, CPT)是由于发育异常所致的胫骨畸形，表现为胫骨成角畸形、囊肿或髓腔狭窄等，最终形成不能愈合的假关节。CPT是一种罕见的疾病，其发病率约占新生儿的1/140 000～1/250 000，主要特点是进行性胫骨和腓骨向前外侧弯曲、病理性骨折、进而发展成胫骨和/或腓骨假关节。该病常与1型神经纤维瘤病(neurofibromatosis type 1, NF1)有关，是小儿骨科最难治疗的疾病之一。CPT的病理及发病机制目前尚不完全清楚，存在多种热点研究方向，本文现就病理及发病机制这两方面的研究进展做一综述。
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先天性胫骨假关节(congenital pseudarthrosis of the tibia, CPT)是由于发育异常所导致的胫骨畸形，表现为胫骨成角畸形、囊肿或髓腔狭窄等，最终形成不能愈合的假关节[1]。CPT是一种罕见病，通常在10岁以内发病，发病率约占新生儿的1/140 000～1/250 000[2,3]。CPT常与1型神经纤维瘤病(neurofibromatosis type 1, NF1)有关，约50%的CPT患儿合并NF1，主要特点是进行性胫骨和腓骨向前外侧弯曲、病理性骨折、进而发展成胫骨和/或腓骨假关节[4,5]。CPT也是小儿骨科最难治疗的疾病之一，骨折后难以愈合，愈合后容易发生再骨折[6,7,8]。手术治疗目前仍是CPT的主要治疗手段，但手术治疗面临的问题多，远期效果差，往往需要多次手术，且常常导致患肢截肢[9,10]。CPT治疗没有明显突破的原因是病理及发病机制目前尚不完全清楚[11,12]。本文现就CPT病理及发病机制两个方面目前的研究进展做一综述。
CPT的大体病理解剖特点表现为以下几点[13]：①胫骨向前外侧弯曲，随之产生骨折和形成假关节；②胫骨中段类似沙漏样收缩改变；③胫骨的囊性病变；④骨硬化侵犯胫骨骨干；⑤先累及腓骨，后累及或不累及胫骨；⑥骨内神经纤维瘤或神经鞘瘤。关于CPT大体病理的研究已经基本透彻，其微观病理解剖则主要表现为：假关节病灶部位有明显的异常组织，称为纤维错构瘤，错构瘤的大部分细胞为成纤维细胞，并伴有异常的骨膜增厚[14,15]。其余有关CPT微观病理解剖特点的研究尚未形成统一观点。
病灶部位血管异常是CPT的重要改变，可能是假关节形成的重要因素之一。Al-Hadidy等[16]对1例3岁CPT女患儿的病理研究发现，假关节病灶组织中存在静脉血管畸形，主要表现为大血管管腔呈囊状扩张，血管壁变薄，提示静脉血管畸形可能是导致该患儿CPT发生的主要缺陷。Kuorilehto等[17]对2例散在发病的CPT患儿的研究发现，假关节病灶附近纤维化组织内动静脉壁增厚，管腔狭窄，血管壁增厚是血管中膜和外膜增生所致，可见血管部分阻塞，提示血管病变可能是NF1相关性假关节病变发生的原因之一。Hermanns-Sachweh等[18]对4例CPT患儿的研究发现，假关节病灶骨膜组织中含有类似神经纤维瘤细胞的神经细胞，周围神经样细胞在小骨膜动脉周围形成了一个紧密的鞘，导致小骨膜血管狭窄或闭塞，假关节病灶部位血液循环减少，进而导致成骨能力下降。Carlier等[19]认为，假关节病灶部位纤维错构瘤及异常增厚的骨膜，导致血管形成受限，进而影响骨愈合。由此我们可以看出，假关节病灶部位血管异常很可能是假关节形成的原因之一，临床工作中采用带血管蒂的腓骨移植这一手术方法，可能使CPT的治愈率得到提高。
CPT病灶部位局部微环境可能损害骨髓间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSC)的成骨分化能力，从而影响假关节的愈合。Diaz-Solano等[12]通过对1例2岁CPT患儿术中切除的假关节病灶组织进行组织学分析，观察到MSC，但未发现由MSC分化而来的成骨细胞、破骨细胞、软骨细胞以及脂肪细胞。但作为外植体培养的假关节病灶组织，可以分化出成骨细胞、软骨细胞以及脂肪细胞，提示假关节病灶组织含有具有成骨分化能力的MSC，但假关节微环境可能损害MSC的成骨分化能力[12]。假关节病灶组织中含有的基质细胞不能在CPT患儿体内成骨，也可能是由于局部微环境因素会影响假关节基质细胞向成骨细胞的分化[20]。Granchi等[21]通过对CPT患儿髂嵴部位MSC和病灶部位MSC的体外培养表达产物进行分析，发现二者表达产物无显著差异，提示CPT的发病机制与病灶部位附近MSC的分子缺陷并无密切关系，局部因素可能影响MSC向成骨细胞的分化。因此，假关节病灶部位局部微环境导致MSC成骨分化能力降低，可能是假关节形成的原因之一，术中假关节病灶组织的完整切除有利于假关节的愈合。
CPT与NF1密切相关，以往文献报道约50%的CPT患儿合并NF1，最近的综述显示大约84.0%的CPT患儿有NF1，但CPT与NF1之间的具体关系尚不完全清楚[22,23,24]。并非所有CPT患儿都有NF1，仅2%的NF1患儿表现为CPT[25]。目前相关微观病理的研究主要是CPT病灶处是否存在神经纤维瘤组织，且一直存在争议。Leskelä等[26]对3例NF1合并CPT患儿的研究发现，假关节病灶组织主要由成纤维细胞和疏松的细胞外基质组成，未在假关节病灶部位或附近检测到神经纤维瘤组织。Stevenson等[27]在对2例NF1合并CPT患儿进行免疫组织化学检测时发现，其主要组织学改变是存在异常的、高度细胞化的纤维瘤样组织，通常伴有假关节病灶部位周围骨膜增厚，但未发现骨内或骨膜神经纤维瘤组织的证据。同样，Ippolito等[13]对24例CPT患儿的研究发现主要组织病理学改变是高度细胞化的纤维瘤样组织的生长，并未发现神经纤维瘤组织。但Hermanns-Sachweh等[18]在对4例患儿进行免疫组织化学检测时，发现S100阳性细胞在病灶纤维组织中散在出现或包绕在小血管周围，异常骨膜与神经纤维瘤病患儿的皮肤神经纤维瘤的超微结构相似，可能提示CPT和NF1有病理联系。Kuorilehto等[17]同样发现血管周围的细胞亚群S100蛋白阳性，与Hermanns-Sachweh等[18]的发现非常相似，但没有对血管周围的S100蛋白阳性细胞的身份做出结论。Nicoll等[28]报道在CPT病灶部位发现神经纤维瘤组织。此外，相关研究均未提示假关节病变处存在神经纤维瘤组织，但以上研究的样本量均较少，需要在样本量充足的情况下做进一步研究。
CPT是一种罕见病，其发病机制尚不明确，由于不同学者研究角度不同，以及该疾病的异质性，很多研究重复性差异突出，目前尚未形成统一观点[15]。
NF1是一种常染色体显性遗传病，以神经纤维瘤和牛奶咖啡斑为特点，由于NF1基因的功能缺失引起[29,30]。NF1基因是人类基因组中最大的基因之一，为肿瘤抑制基因，具有极高的突变率和极端的突变异质性，该基因编码神经纤维瘤蛋白(一种Ras特异性GTP酶激活蛋白，是细胞增殖和存活信号的调节因子)，神经纤维瘤蛋白是Ras级联的负调控因子[31,32,33]。NF1基因突变使得神经纤维瘤蛋白功能丧失，可能导致Ras活性增强、细胞增殖和肿瘤形成[34]。
在CPT患儿假关节组织中，可以检测到NF1基因的缺失或者失活，且NF1基因失活小鼠动物模型基本符合人类假关节的关键特征。Stevenson等[27]通过NF1基因位点上的遗传标记，对假关节组织进行基因型分析，结果显示NF1基因位点杂合性缺失(loss of heterozygosity, LOH)，证实了在假关节组织中NF1基因双失活，同时提示NF1的骨发育异常与神经纤维瘤蛋白-Ras信号转导通路有关。这是第一个有关假关节组织中NF1基因双失活的文献。但Sakamoto等[35]对1例NF1合并CPT患儿进行研究，未发现NF1基因位点的LOH，表明并非在每个NF1合并CPT的病例中都伴有NF1基因的双失活。Lee等[36]对16例NF1合并CPT患儿进行分析，发现其中4例的假关节组织中可观察到NF1基因位点的LOH，表明NF1基因的双失活可能是部分患儿假关节组织的一个致病特征，但非假关节形成的必要条件。同样，Paria等[37]的研究结论也表明，胫骨假关节至少部分表现为NF1基因的双失活。Kolanczyk等[38]的研究发现，对于处在生长发育过程中的小鼠，当灭活小鼠肢体中未分化间充质细胞的NF1基因时，小鼠会表现出胫骨弯曲、发育减退，这与NF1合并CPT患儿表现一致。El-Hoss等[39]对NF1合并CPT的小鼠动物模型的研究表明，通过一种重组表达腺病毒(AdCre)灭活骨折骨痂部位的NF1基因，可观察到骨折愈合率明显降低，组织学分析显示，骨折部位被纤维组织和高度增生组织侵袭，纤维组织平均增加10倍以上，基本上准确地再现了人类假关节的关键特征，表明局部的NF1基因的缺失会影响骨愈合。以上研究表明，NF1基因的缺失或者失活，可能导致假关节的产生，但是NF1基因的缺失或者失活并非假关节形成的必要条件，目前不能确定病灶组织中是否存在其他修饰基因或突变，仍有待进一步研究。
Knudson[40]对"两次打击模型"的概念做出了详细解释，"第一次打击"涉及到所有细胞中存在的一个等位基因的生殖细胞系功能丧失，"第二次打击"涉及特定细胞中其余等位基因的体细胞功能丧失，导致肿瘤形成。NF1患儿的一个NF1等位基因功能缺失，可能是由于遗传或新的生殖细胞系突变所致，而第二个等位基因功能缺失，则会导致神经纤维瘤蛋白表达完全缺失，进而导致肿瘤形成[30]。
Margraf等[41]研究3例NF1合并CPT患儿的假关节病灶组织，使用全外显子下一代测序(next-generation sequencing，NGS)变异频率数据(等位基因不平衡分析)来检测体细胞LOH，可以直接从NGS数据中检测到体细胞LOH的第二次打击，这论证了Knudson[40]的"第二次打击"学说。Tahaei等[42]推测，缺乏NF1基因的骨祖细胞，分别编码上皮调节蛋白及其受体表皮生长因子受体的EREG基因和EGFR基因表达增加，可能导致其成骨分化潜能降低，通过单细胞mRNA测序，证实了EREG基因的过度表达与NF1基因在人类骨细胞中体细胞突变的第二次打击相关。NF1基因的双失活可能导致假关节形成，但第二次打击突变的组织或细胞来源尚不清楚。Sant等[43]对NF1合并CPT患儿的研究发现，通过对假关节病灶组织不同部分进行外显子测序，并与生殖细胞系(外周血)进行比较，在CPT病灶部位增生的软组织中可以检测到体细胞NF1基因突变，表明第二次打击可能发生在骨膜的间充质干细胞中。"第二次打击"学说丰富了NF1基因缺失或失活这一发病机制，但第二次打击突变的组织或细胞来源目前仍不清楚，需要进一步研究明确第二次打击突变的组织或细胞来源。
Ras/丝裂原激活蛋白激酶(Ras/MAPK)信号通路是细胞增殖和存活的重要通路。NF1基因编码神经纤维瘤蛋白，是一种Ras特异性GTP酶激活蛋白，其功能是刺激Ras蛋白的GTP酶活性，将GTP结合Ras的活性形式，转化为不活跃的GDP结合状态，从而直接抑制Ras的激活，是细胞Ras/MAPK信号通路的负调控因子，NF1基因的失活将导致Ras/MAPK信号通路活化，最终刺激转录和细胞生长[44,45]。Ras/MAPK信号通路相关基因突变导致的许多遗传综合征，被统称为Ras病(RASopathies)，包括NF1[46]。
Sharma等[47]的研究表明，在NF1中，NF1基因的失活将活化Ras/MAPK信号通路，进而导致破骨细胞祖细胞和成骨细胞祖细胞等细胞系的异常增殖和分化，活化的MAPK信号，在一定程度上是导致成骨细胞分化、骨形成障碍以及破骨细胞成熟增加的原因，这也解释了为什么NF1相关骨折难以愈合。Kuorilehto等[48]通过对2种鼠模型的研究发现，正常骨折愈合需要NF1基因的表达和功能，从而抑制Ras/MAPK信号通路的活化。以上研究表明，Ras/MAPK信号通路的过度活化，可能是假关节难以愈合的原因，可以针对MAPK通路研发促进骨折愈合的相关药物。
β-连环蛋白是一种多功能蛋白，通过与细胞骨架的相互作用，协助细胞对细胞外的信号和影响作出反应，在骨骼发育和修复中起着至关重要的作用。β-连环蛋白在骨软骨前体细胞中，正向调节成骨细胞分化。在骨折修复过程的早期，β-连环蛋白的精确调控，对于MSC分化为骨软骨祖细胞也是必要的[49,50]。Baht等[51]发现，NF1患儿骨折部位组织和NF1基因缺陷小鼠组织，均显示β-连环蛋白水平升高，且激活了β-连环蛋白介导的信号通路，导致纤维性骨折修复过程延迟。未分化MSC中β-连环蛋白的水平精确调控时，MSC分化为骨软骨祖细胞，但如果Wnt/β-连环蛋白信号在细胞定向分化前过高，那么细胞就倾向于向成纤维细胞表型分化。使用奈福泮治疗，能够减少β-连环蛋白信号，提高骨折修复和成骨细胞的分化能力，使骨折骨痂中骨组织的比例更高，纤维组织的比例更低。同样，Baht等[52]及Luscan等[53]的研究也表明，在MSC向骨软骨祖细胞分化过程中，必须严格调控β-连环蛋白水平，确保正确分化为骨软骨祖细胞，未分化MSC中β-连环蛋白水平升高，会导致向纤维细胞表型的分化。Ghadakzadeh等[54]发现NF1患儿中β-连环蛋白水平的上调，会阻止成骨细胞的分化，进而导致体内假关节病变。因此，在临床试验中使用改变β-连环蛋白水平的治疗，可以改善NF1相关骨折的修复，或可以作为CPT治疗的辅助手段。
Leskelä等[26]研究了3例NF1合并CPT患儿，发现病灶部位骨髓MSC的成骨分化能力低于髂嵴部位，且均低于不患CPT者。细胞水平成骨细胞分化的紊乱，可能与Ras/MAPK信号的改变有关。同样，Madhuri等[55]的研究也表明，CPT的MSC成骨分化潜能低于正常对照组。Granchi等[21]通过比较CPT患儿病灶部位骨髓、髂嵴部位骨髓以及不患CPT者骨髓的MSC成骨分化能力，表明CPT患儿髂嵴部位骨髓MSC成骨分化能力强于假关节病灶部位，但低于不患CPT者，表明CPT患儿的假关节病灶部位MSC成骨分化能力差。同时该研究还表明，自体MSC移植可能是治疗复发性CPT的有效措施，但尚需临床研究来证实其疗效。Dilogo等[56]对6例CPT患儿假关节病灶部位和髂嵴部位的MSC进行分离和比较，观察2种MSC的三系分化潜能，发现二者分化潜能并无显著差异，且CPT患儿髂嵴来源的MSC的增殖能力，与来自健康人的MSC的增殖能力相当，但假关节病灶部位MSC的衰老趋势明显高于髂嵴，这一研究发现有望促进自体MSC治疗CPT患儿的应用。由此可见，大多数文献表明CPT患儿病灶部位骨髓MSC的成骨分化能力较弱，但病灶部位骨髓MSC尚存在三系分化潜能，自体MSC移植治疗CPT存在一定的可能性。
Cho等[57]的研究表明，破骨细胞活性的增加，在假关节的发生和复发中起着至关重要的作用。NF1基因单倍体不足，以及随后破骨细胞及其前体的Ras/MAPK信号通路活性过强，又促进破骨细胞的产生，表明纤维错构瘤细胞对破骨细胞及其前体有积极影响，抑制破骨活性可能是治疗CPT的有效方法。El Khassawna等[58]建立NF1基因敲除小鼠骨折模型时，发现破骨细胞数量增加不仅局限于骨表面，还存在于纤维组织中，小鼠软骨骨痂形成的减少、骨密度的降低与破骨细胞数量的增加直接相关。此外，还有相关文献报道，与正常胫骨骨折的愈合情况相比，假关节骨折部位的破骨细胞活性有所增加[15,39]。由此可见，破骨细胞活性增加在假关节的发生中起着重要作用，抑制破骨细胞活性可能有利于假关节的愈合。
综上所述，虽然人们对CPT这一疾病的认识已有300多年的历史，但由于该病的罕见性，对于CPT的微观病理解剖特点尚未形成统一观点，还有待进一步探索。此外CPT的发病机制也尚不明确，存在多种可能的致病机制，是某一种机制占主导地位还是多种机制联合作用致病，还需要进一步深入研究。
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