1型神経線維腫症（NF1）は.外胚葉および中胚葉組織を侵す疾患で.常染色体優性遺伝であり.発症率は約3,000人に1人.変異率が高い. 側弯症.側方後弯症.頚椎病変.脊椎すべり症.骨成長病変.先天性弓状骨および偽関節.骨膜下骨成長.骨皮質の菲薄化.低身長および大頭変形.翼状片形成不全などである。 最近発表された多くの報告によると.NF1患者は成人・小児を問わず骨密度が著しく低下し.程度の差はあれ骨量減少や骨粗鬆症を示すが.その発症機序は未だ不明であり.考えられる発症機序を以下に概説する。
1.神経線維腫症タンパク質の機能異常
NF1遺伝子がコードする産物は神経線維腫症タンパク質であり.様々な細胞や組織で発現している。 GTPアーゼ活性化タンパク質（Ras-GAP）.分子量327kDaの2818アミノ酸からなるタンパク質であるが.SDS-PAGEでの分子量は約220-280kDaであり.神経線維腫症タンパク質は.細胞内シグナル伝達分子P21-Ras（Ras）の活性を負に制御することにより.成長因子の発現や成長因子の活性化 細胞増殖を誘導する。 NF1遺伝子のハプロ不全または完全欠損は.Ras活性の量的依存的な上昇をもたらし.次いでマイトジェン活性化プロテインキナーゼ（MAPK）経路やホスファチジルイノシトール三リン酸キナーゼ（PI-3K）経路を含む多数のシグナル伝達経路を順次活性化する。 ホスファチジルイノシトール-3-リン酸キナーゼ）経路である。 これらのシグナル伝達経路は細胞種特異的に細胞の増殖と分化に影響を与える。
NF1患者では.特定の変異または微小欠失によって引き起こされる最初のNF1遺伝子の単一コピー欠損に続いて.別の機能的NF1対立遺伝子の局所的不活性化が起こり得る。 単一遺伝子欠失から対立遺伝子の二重不活性化への移行は.ヘテロ接合性の喪失（LOH）としても知られている。NF1遺伝子の特異的変異または完全欠失は.神経線維腫症タンパク質の機能異常をもたらし.その結果.骨の発生とリモデリング.およびそれが調節する骨の恒常性に異常な変化をもたらす可能性がある。 骨膜細胞におけるNF1遺伝子の機能喪失は.NF1患者における偽関節によって示されるように.骨膜骨芽細胞の機能不全による骨皮質の菲薄化を引き起こす可能性がある。
神経線維腫症タンパク質は.Ras-GAP機能に加えて.アデニル酸シクラーゼ活性（cAMP）とプロテインキナーゼA（PKA）活性も制御する。cAMPとPKAは.骨芽細胞と破骨細胞の機能を制御する主要なシグナル伝達経路であるため.ハプロ不全のNF1患者は.骨形成の低下（骨芽細胞活性の低下）および／または破骨細胞の増加を持っている可能性がある。 このため.ハプロ不全NF1患者では.骨形成の低下（骨芽細胞活性の低下）および／または破骨細胞活性の亢進がみられ.その結果.骨の発育不良や骨代謝障害が生じる可能性がある。
2.血清25-(OH)VDの低下
25-(OH)VDは生体内で1,25(OH)2VDに変換され.カルシウムとリンの腸管吸収を増加させ.骨形成に重要な役割を果たす。血清25-(OH)VDは.NF1患者では正常対照群と比較して有意に低い。 しかし.NF1患者における血清25-(OH)VD濃度の低さとBMDの低下との関係は.依然として不明である。tuckerらは.成人NF1患者72人と健常人312人を対象に.夏と冬に血清25-(OH)VDを測定した。 312人の対照者のうち.56人は夏に.256人は冬に測定した。 血清25-(OH)VD濃度は.NF1患者の56%で低下していた（冬季は29/52.夏季は38/68）。 平均血清25-(OH)VD濃度は.冬期と夏期の両方で.NF1患者では正常対照群よりも有意かつ統計的に低かった。
NF1患者における血清25-(OH)VD濃度の低下は.カルシウムとリンの吸収を低下させ.骨へのカルシウムとリンの沈着を減少させるため.BMDの減少につながると考えられる。2006年.Lammertら[8]は.55人のNF1患者と58人の健常対照者における血清25-ヒドロキシビタミンDと皮膚神経線維腫の数を調査し.NF1患者では血清25-(OH)VD濃度が.健常対照者では血清25-(OH)VD濃度が.NF1患者では血清25-(OH)VD濃度が.それぞれ有意に低いことを明らかにした。 NF1患者における血清25-ヒドロキシビタミンD値の低下は.BMDの低下につながる可能性がある。2010年.Seitzらは.14人の成人NF1患者と年齢・性別をマッチさせた対照者の臨床評価を行った。 その結果.NF1患者では血清25-(OH)-VD3とBMDがともに対照群より低いことが示された。 本研究の結果は.NF1患者における血清25-(OH)-VD3の低下が.NF1患者の骨格病変の発生を促進することを示唆している。
In vitroでは.VD治療はいくつかの細胞株の増殖を抑制するが.NF1ハプロ不全患者に見られるようなRasシグナル伝達経路の活性化は.VDによる細胞増殖抑制効果を妨げる可能性がある。 さらに.フィブロネクチンとVDはともに細胞増殖を制御しており.VDの正常な抑制作用とアポトーシス促進作用が低下しているため.VD欠乏はNF1患者の骨格変化を促進する可能性がある。 VDの摂取量を増やし.カルシウムを補充することで.患者の骨量が増加する可能性がある。
3.細胞学的因子
骨代謝は.新生骨形成（同化）と骨吸収（異化）の2つの側面に分けられる。 骨芽細胞と破骨細胞である。 骨の恒常性とは.骨格マトリックスの形成と吸収のバランスである。 破骨細胞は骨髄の単球／マクロファージ系に由来し.骨基質にうまく接着して骨を吸収する一方.骨芽細胞は新しい骨基質を産生する。 このように骨の形態とリモデリングのバランスが崩れると.骨の構造と機能に病的な変化が生じる。
（1）骨芽細胞 NF1遺伝子は.軟骨内骨形成期の成長板や成熟骨芽細胞で高レベルに発現していることが研究で示されている。 成熟骨の骨芽細胞.破骨細胞.骨細胞による神経線維腫症タンパク質の発現は.膜内骨形成と軟骨内骨形成の両方でモニターされている。 病態の初期には.軟骨内骨形成と骨のダイナミックバランスの障害から骨格疾患が生じる可能性がある。 一方.NF1患者におけるBMDの低下は.細胞周期制御の失敗または成熟骨リモデリングの障害によって引き起こされる可能性がある。 NF1患者では.神経線維腫症タンパク質が骨芽細胞.破骨細胞.骨細胞に広く発現していることから.成熟した骨細胞の各タイプがBMDに関与している可能性がある。 成長因子が介在するRas-MAPKシグナルは骨形成シグナルに対抗し.骨芽細胞の分化を阻害する。
実際.NF1+/-マウスの間質幹細胞は増殖が亢進しているが.骨芽細胞分化は障害されている。 このように.NF1ヘテロ接合体はRas活性を亢進させ.破骨細胞を介した骨吸収を亢進させるとともに.骨芽細胞を介した骨形成を低下させる。 これらの両側面がNF1患者の骨ホメオスタシスに影響を及ぼしている。 細胞学的レベルでは.in vitroの骨芽細胞は増殖が亢進しているが.分化とミネラル化は低下している。yuらは.NF1+/-マウスの骨量と骨構造に.野生型コントロールと比較して有意差はないが.骨形成が低下する傾向があることを見出した。 NF1+/-マウスの間葉系幹細胞および前駆細胞の骨形成分化は.Wuらによって損なわれていることが明らかにされた。
NF1ob-/-マウスは神経線維腫症タンパク質の発現を欠き.長骨弓の変化を伴わない骨形成の亢進を示した。NF1prxlマウスの発生肢の未分化MSCは神経線維腫症タンパク質を欠き.脛骨弓の変化と高い骨粗鬆症を示した。 NF1-/-胚発生長骨の切片を免疫組織化学的に調べたところ.骨芽細胞はリン酸化P44/42MAPKシグナルを欠いていた。
（2）骨芽細胞 NF1患者では骨芽細胞の機能と増殖に異常がみられ.NF1マウスモデルでは骨芽細胞と破骨細胞の両方の増殖と機能に変化がみられた。 血清TRAP5b濃度の上昇は.NF1患者における破骨細胞の数と活性の増加を示唆している。 Stevensonらは.51人のNF1患児（5〜19歳）の尿中ピリジン架橋産物（尿中ピリジンおよびデオキシピリジン）を調査・分析した。 対照群は99人の健常児であった。
多変量解析の結果.骨格奇形の有無にかかわらず.NF1患者ではDpdとDpd/Pydの両方が有意かつ統計的に増加していた。 NF1ob-/-マウスにおける尿中ピリジン架橋産物の排泄増加は.破骨細胞機能の亢進と骨吸収の亢進を示している。yangら[13]は.NF1+/-マウスにおいて多核破骨細胞数の増加を認めた。 NF1+/-マウスの骨芽細胞および破骨細胞前駆細胞は.限られた濃度のM-CSFおよびNF-kBリガンド受容体活性化因子（RANKL）レベルに感受性を示した。NF1+/-マウスの骨芽細胞は.M-CSF刺激に応答してP21-Ras-GTPおよびAKtのリン酸化の増加を示し.破骨細胞の獲得.増殖.遊走.接着および溶解活性の増加をもたらした。 卵巣摘出後のNF1+/-マウスにおける破骨細胞のこれらの機能亢進は.野生型マウスと比較して重度の骨量減少をもたらした。 <さらに.NF1患者からin vitroで分化した破骨細胞は.NF1+/-マウスの破骨細胞が示すのと同様に.Ras/PI3K活性の亢進と溶解活性の亢進を示した。 この研究は.破骨細胞の活性と数の増加がNF1患者の骨量減少と骨量減少に寄与している可能性と.RasがMAPK経路とPI3K経路を介して成長因子とサイトカインシグナルをつなぐ重要な細胞内シグナル伝達メディエーターであることを示唆している。 最近の細胞培養モデルでは.PI3KがRANKL誘導破骨細胞形成を増加させることが明らかになっており.これは高レベルのRas活性と関連している。 このことは.NF1+/-マウスの骨髄細胞のin vitro培養とNF1患者の血清単核球で確認された。Tuckerらは.患者の10％以上で血清PTH濃度の上昇.骨TRAP5bと尿中デオキシピリジノリンヒンジ産物の増加.24時間尿中カルシウムと尿中リン排泄量の増加を認めた。 これらの所見から.NF1患者では破骨細胞活性が亢進し.骨異化が促進されている可能性が示唆される。 破骨細胞の働きを抑制するビスフォスフォネート製剤は.このような患者の治療に有効であろう。
(3) 線維芽細胞と肥満細胞 線維芽細胞増殖因子はマウスにおいてRas/MAPK経路を活性化し.SHP2-Ras-MAPK経路の不活性化は破骨細胞活性の亢進に続く骨形成の亢進をもたらし.破骨細胞と骨芽細胞間のシグナル伝達の障害を示唆している。 さらに.NF1患者の骨への線維芽細胞の増殖と浸潤は.骨修復時の骨前駆細胞の移植を妨げる可能性がある。
In vitroで培養したNF1-/-線維芽細胞は.無制限の増殖と異常なコラーゲン合成を示すことから.NF1遺伝子欠損の骨芽細胞においても.高い増殖と異常な骨形成が存在する可能性が示唆される。 ハプロ欠損NF1はまた.CKITL（c-kit受容体）リガンド作用により.肥満細胞の増殖.生存.クローン形成を増加させる。 肥満細胞症は骨粗鬆症と関連していることから.NF1患者では肥満細胞の高増殖が骨量減少につながる可能性がある。 骨端肥満細胞は.骨回転の亢進.骨髄線維化.骨形成と密接に関連している。
4.生体力学的および身体活動的要因
ハプロ不全NF1患者の筋肉に関連する機械的変化は.骨の恒常性にさらに影響を及ぼす可能性がある。 一部のNF1患者では.筋間コンパートメント容積の減少がみられ.骨量減少を引き起こす可能性がある。 ジストロフィーによる骨格の変化がより決定的な原因因子であるが.脊柱周囲の筋力低下が側弯症形成に寄与している可能性も示唆されている。 骨量の減少がNF1患者における一次的なものなのか.あるいはNF1患者の骨格変形に伴う身体活動の低下によるものなのかはまだ不明であるが.NF1患者における身体活動の低下も骨密度減少の一因である可能性がある。 運動量や活動量の増加は.骨量の減少を改善する可能性がある。
5.血管因子
すべての萎縮性骨不連続部に血液供給障害があるわけではないという証拠があるが.NF1患者.特に脛骨偽関節患者では.血管新生障害または血液供給不足が骨治癒に影響する。 隣接する骨膜の血管性の低下や.脛骨偽関節周囲の血管壁の全体的な肥厚が報告されている。 これらの病態はいずれも.骨癒合と骨量の増加を阻害する。 NF+/-マウスを用いた研究では.細胞遊走の亢進と血管新生促進因子の作用による血管新生の亢進が示されている。 しかし.この研究では.骨折の血管新生が阻害されたわけではなく.未成熟で過剰な血管肥厚が骨修復と骨量維持に影響を与えた可能性が示唆されたに過ぎない。
まとめると.I型神経線維腫症患者における骨量の減少は.神経線維腫症タンパク質の機能異常または発現低下.骨芽細胞.破骨細胞.線維芽細胞.肥満細胞の機能異常.生体力学的因子または血管因子の組み合わせに起因する可能性がある。