ENPP1缺乏与后纵韧带骨化症（OPLL）的关联及酶替代疗法的临床前疗效

《Journal of Bone and Mineral Research》：The prevalence of ENPP1 deficiency in humans with OPLL and the preclinical efficacy of ENPP1 enzyme therapy in OPLL mice

本研究针对后纵韧带骨化症（OPLL）和弥漫性特发性骨肥厚（DISH）缺乏有效治疗方法的临床难题，通过前瞻性队列研究和Enpp1缺陷小鼠模型，首次发现OPLL患者存在血浆无机焦磷酸盐（PPi）降低和ENPP1基因杂合致病性变异（检出率14%），并证实骨靶向ENPP1酶替代疗法可显著改善小鼠脊柱骨化、骨骼脆性和肌腱附着点病变。该研究为OPLL的精准诊疗提供了新的生物标志物和治疗策略，相关酶替代疗法已进入III期临床试验阶段。

　　

想象一下，随着年纪增长，你的脊柱韧带开始像骨骼一样慢慢钙化，逐渐压迫脊髓，导致疼痛、僵硬甚至瘫痪——这就是后纵韧带骨化症（Ossification of the Posterior Longitudinal Ligament, OPLL）和弥漫性特发性骨肥厚（Diffuse Idiopathic Skeletal Hyperostosis, DISH）患者的真实困境。这些疾病随年龄增长而恶化，目前缺乏有效治疗方法，患者只能依赖止痛药或冒险接受复发率高的手术。更令人困惑的是，其发病机制至今不明。

转折点出现在1981年，日本研究人员在ICR小鼠品系中偶然发现了一种会自发脊柱韧带骨化的“踮脚走路”（tiptoe walking, ttw）小鼠模型。二十年后，科学家们才揭开谜底：这种小鼠的病变竟然源于Ectonucleotide pyrophosphatase/phosphodiesterase 1（ENPP1）基因的致病性变异。ENPP1是哺乳动物体内产生细胞外无机焦磷酸盐（inorganic pyrophosphate, PP_i）的关键酶，而PP_i正是抑制组织异常钙化的“天然卫士”。尽管动物模型明确了ENPP1的重要性，但人类大规模基因研究却一直未能证实ENPP1与OPLL的关联，仅有个别病例报道，使得这条线索一度被忽视。

为了打破这一僵局，由美国耶鲁大学、日本东京大学、德国汉堡大学医学中心等机构组成的研究团队开展了跨国际合作。他们推测，ENPP1缺乏导致的PP_i水平下降，可能是驱动OPLL的关键病理机制。为了验证这一假说，研究人员从临床到基础展开了一系列深入研究，其成果发表在《Journal of Bone and Mineral Research》上。

研究人员主要采用了以下几种关键技术方法：首先，他们对50名OPLL和25名颈椎骨关节炎（OA）手术患者进行了前瞻性血浆生物标志物检测和针对19个与磷酸盐代谢及脊柱韧带骨化相关基因的外显子测序。其次，他们利用Enpp1缺陷（Enpp1^asj）小鼠模拟OPLL表型，并分别使用可溶性ENPP1（1118）和骨靶向ENPP1（2000）进行每周一次的皮下注射治疗，评估其对脊柱、骨骼和肌腱表型的改善效果。此外，研究还通过微型计算机断层扫描（micro-CT）分析骨骼微结构，进行生物力学测试评估骨骼脆性，并利用组织形态计量学定量分析骨改建和肌腱钙化情况。

ENPP1缺乏在OPLL患者中的普遍性及病例展示

通过对手术患者的血浆分析，研究人员发现了一个关键差异：与OA患者相比，OPLL患者的血浆PP_i水平显著降低，而碱性磷酸酶（ALP）水平并无变化，提示PP_i生成减少是其水平下降的主因。基因测序进一步发现，50名OPLL患者中有7人（14%）携带ENPP1基因的杂合致病性变异，而其他18个相关基因中未发现罕见变异。这些ENPP1变异体经酶活性速度测定证实，其催化效率均低于野生型的50%。此外，研究还展示了一例来自汉堡的63岁男性DISH患者，其携带一种新的ENPP1杂合致病性变异（p.Ser875Phe），表现为早发性骨质疏松、多次椎体骨折和脊髓韧带骨化，并伴有轻微的FGF23介导的磷酸盐消耗，这为ENPP1单倍剂量不足与脊柱骨化疾病的关联提供了有力的个体化证据。

ENPP1酶疗法在OPLL小鼠模型中的疗效

为了直接评估ENPP1替代疗法的潜力，研究团队在Enpp1^asj小鼠模型中测试了两种形式的ENPP1酶制剂。在血浆生物标志物方面，骨靶向ENPP1（2000）能有效使降低的PP_i恢复正常，并纠正升高的 intact FGF23（iFGF23）、甲状旁腺激素（PTH）和碱性磷酸酶水平；而可溶性ENPP1（1118）虽能超生理性升高PP_i并校正血磷，但对iFGF23、PTH和碱性磷酸酶的异常效果有限。在脊柱表型上，骨靶向ENPP1能显著抑制脊柱旁异位骨化，并改善腰椎的生物力学性能，如提高刚度和最大负荷承载力；可溶性ENPP1则未观察到明显益处。对于肌腱病变，可溶性ENPP1表现出更强的抑制跟腱钙化的能力，而骨靶向ENPP1效果相对较弱。在长骨微结构和力学性能上，两种疗法各有优势：骨靶向ENPP1更能改善骨小梁结构并全面恢复正常生物力学性能；可溶性ENPP1则对皮质骨微结构的改善更为有效。骨组织形态计量学分析显示，两种治疗均能纠正Enpp1缺陷导致的骨矿化延迟和骨形成率亢进。

研究结论与意义

这项研究通过严谨的临床队列和临床前模型，确立了血浆PP_i降低、ENPP1缺乏与OPLL发病之间的因果关联。它不仅解释了OPLL患者中存在ENPP1功能受损的遗传亚群，也提示非遗传因素可能导致ENPP1活性下降，共同促成疾病发生。更重要的是，研究首次在动物模型中证实，补充ENPP1酶，尤其是骨靶向形式，能够逆转脊柱骨化、改善骨骼质量并纠正矿物质代谢紊乱，为OPLL的靶向治疗提供了直接证据。

该研究的发现具有重要的临床转化价值。目前，基于ENPP1-Fc的酶替代疗法（如INZ-701）已进入III期临床试验阶段，用于治疗ENPP1缺乏相关疾病。本研究为这些疗法拓展应用于更常见的OPLL和DISH患者群体提供了强有力的科学依据。未来，通过检测血浆PP_i和ENPP1基因，或可识别出可能从ENPP1替代疗法中获益的OPLL患者，实现精准医疗。同时，研究揭示的性别差异（小鼠模型中以雄性表型为主，与OPLL患者男性居多的情况一致）也为深入探索疾病机制提供了新方向。总之，这项研究为理解并治疗困扰众多中老年人的脊柱骨化疾病开辟了新的道路。