細(xì)胞因子促進(jìn)骨折愈合及中藥對(duì)骨生長(zhǎng)因子的作用研究進(jìn)展

楊陽(yáng)錢(qián)旭

【摘要】各種細(xì)胞因子在骨折愈合過(guò)程中互相影響，互相促進(jìn)，起著重要的作用，誘導(dǎo)間充質(zhì)細(xì)胞分化為成骨細(xì)胞、誘導(dǎo)成骨細(xì)胞增殖分化、增加軟骨細(xì)胞分化加速骨組織形成、促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖分化等。TGF-β、BMP-2、PDGF、G-CSF對(duì)促進(jìn)一般性骨折與骨質(zhì)疏松性骨折的愈合作用顯著.中藥促進(jìn)骨折愈合與促進(jìn)成骨因子的分泌有密切聯(lián)系。

【關(guān)鍵詞】骨折；骨質(zhì)疏松；轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β；骨形態(tài)發(fā)生蛋白；血小板衍生生長(zhǎng)因子；人粒細(xì)胞集落刺激因子；中藥

【中圖分類(lèi)號(hào)】R2855【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】 A【文章編號(hào)】1007-8517（2016）19-0094-03

骨折愈合是一個(gè)需要細(xì)胞與細(xì)胞因子協(xié)同作用的復(fù)雜過(guò)程，臨床骨折愈合的常見(jiàn)方式[1]分為三個(gè)階段：血腫機(jī)化演進(jìn)期、原始骨痂形成期和骨痂改造塑性期[2]。

多年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，多種細(xì)胞因子在骨折愈合中互相影響，互相促進(jìn)，起著重要的作用[1-2]。這些作用大致有：誘導(dǎo)間充質(zhì)細(xì)胞分化為成骨細(xì)胞、誘導(dǎo)成骨細(xì)胞增殖分化、增加軟骨細(xì)胞分化加速骨組織形成、促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖分化等。而臨床和實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)骨質(zhì)疏松性骨折愈合過(guò)程的延長(zhǎng)也與一些細(xì)胞因子分泌的變化有著重要聯(lián)系。在骨折的治療中，中藥應(yīng)用廣泛，越來(lái)越多的研究證實(shí)，中藥能促進(jìn)骨折愈合，且其作用機(jī)制與促進(jìn)成骨相關(guān)細(xì)胞因子表達(dá)有密切聯(lián)系。

1轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β

轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β（ Transforming Growth Factor，TGF-β），在骨中含量較多，由骨細(xì)胞產(chǎn)生，在骨折愈合早期即開(kāi)始表達(dá)。能激活成骨細(xì)胞的骨生成作用，同時(shí)抑制破骨細(xì)胞的形成、減少骨吸收。其可以以自分泌或者旁分泌的方式促進(jìn)成骨，對(duì)軟骨形成和軟骨骨化都起到了重要作用。Zimmerman等[3]發(fā)現(xiàn)股骨干和脛骨骨折的患者，在修復(fù)手術(shù)后14天時(shí)，血清中TGF-β1達(dá)到高峰。體外研究發(fā)現(xiàn)[4]，成軟骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞都能生成TGF-β，在軟骨骨化過(guò)程中也出現(xiàn)大量TGF-β[4]。孫玉鵬等[5]發(fā)現(xiàn)在骨折愈合過(guò)程中，TGF-β能作用于小鼠股骨干骨膜間充質(zhì)細(xì)胞使之增殖， 分化成軟骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞，通過(guò)軟骨化骨作用形成新的骨質(zhì)。另外，TGF-β亦可增強(qiáng)重組BMP-2的成骨作用[6]。在骨折愈合早期，TGF-β主要來(lái)自于血小板的脫顆粒作用，而PDGF，VEGF，F(xiàn)GF等細(xì)胞因子能促新生血管生成，可能能增加TGF-β在損傷部位的表達(dá)。幾種細(xì)胞因子協(xié)同作用，共同促進(jìn)成骨。

Yichayaou等[7]在對(duì)老年性髖骨骨折病例的研究中發(fā)現(xiàn)，在修復(fù)術(shù)后7d時(shí)，血清中TGF-β1已有明顯升高，較高水平可維持一個(gè)月。另有實(shí)驗(yàn)證明[8]，TGF-β1 在大鼠骨質(zhì)疏松損傷愈合的過(guò)程中存在一種周期性的表達(dá)現(xiàn)象：15d時(shí)達(dá)到高峰30d已經(jīng)有回落，且TGF-β1的表達(dá)水平低于同時(shí)期的假手術(shù)組。

多個(gè)研究發(fā)現(xiàn)中藥能促進(jìn)TGF-β等成骨因子分泌而促進(jìn)骨折愈合。研究發(fā)現(xiàn)[9]補(bǔ)腎健脾活血方（淫羊藿、熟地、鹿角霜、申姜、肉蓯蓉、敗龜板等）中藥藥液能顯著提高骨質(zhì)疏松骨折大鼠骨折斷端TGF-βmRNA的表達(dá)水平，可能是中藥促進(jìn)骨質(zhì)疏松型骨折愈合的機(jī)制之一。劉忠倫等[10]在交鎖髓內(nèi)固定術(shù)后早、中期用通絡(luò)消腫湯和續(xù)筋接骨膠囊輔助治療脛骨骨折，發(fā)現(xiàn)中藥輔助治療組骨折骨性愈合時(shí)間和術(shù)后3個(gè)月優(yōu)良率都優(yōu)于對(duì)照組：且中藥輔助治療組的血清TGF-β1水平高于對(duì)照組，中藥促進(jìn)骨折骨性愈合的作用機(jī)制可能與其促進(jìn)TGF-β1的表達(dá)有關(guān)。另有研究發(fā)現(xiàn)[11]用丹參接骨膠囊治療大鼠閉合性股骨骨折，在不同愈合時(shí)期TGF-β1表達(dá)均高于生理鹽水組。

2骨形態(tài)發(fā)生蛋白

骨形態(tài)發(fā)生蛋白（Bone Morphogenetic Protein，BMP），屬于轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（TGF-β）超家族。在骨發(fā)生、骨修復(fù)過(guò)程中起著不可替代的作用。BMP能誘導(dǎo)特定的間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化為成骨細(xì)胞[12]，并可以以軟骨內(nèi)化骨和膜內(nèi)化骨兩種方式誘導(dǎo)成骨。BMPs信號(hào)通過(guò)smad傳導(dǎo)，smad家族是一類(lèi)將信號(hào)從細(xì)胞膜外傳導(dǎo)入細(xì)胞膜內(nèi)的介導(dǎo)者[13]。BMP前體蛋白經(jīng)蛋白水解后形成活性二聚體，再與BMPRⅠ和 BMPRⅡ型受體的復(fù)合物結(jié)合，Ⅱ型受體使Ⅰ型受體磷酸化激活，后者通過(guò)依次磷酸化Smad-1、Smad-5、Smad-8 來(lái)傳遞BMP信號(hào)[14]。

在BMP家族中，現(xiàn)在研究較多的為BMP-2和BMP-7。體外研究發(fā)現(xiàn)BMP-2可增強(qiáng)大鼠BMCs向成骨分化的能力[15]。離體的BMP-2可誘導(dǎo)成骨細(xì)胞前體細(xì)胞分化為較成熟的成骨細(xì)胞樣細(xì)胞[16]。BMP-7單獨(dú)使用即有很強(qiáng)成骨活性，在富含成骨細(xì)胞的細(xì)胞培養(yǎng)中，BMP-7能促進(jìn)細(xì)胞增生及膠原合成[17]。體內(nèi)研究中，Blokhuis[18]等發(fā)現(xiàn)，BMP-7能使去勢(shì)后骨折大鼠骨小梁的數(shù)量明顯現(xiàn)增加，骨痂體積增大，從而顯著促進(jìn)雌激素缺陷大鼠骨折早期愈合。

劉東寧等[19]通過(guò)體外研究發(fā)現(xiàn)，三七總皂甙可通過(guò)上調(diào)BMP-2的表達(dá)水平、增強(qiáng)堿性磷酸酶活性，促進(jìn)骨髓基質(zhì)細(xì)胞向成骨細(xì)胞增殖、分化。尹宏[20]等用磷酸鈣骨水泥-淫羊藿復(fù)合物局部治療大鼠骨質(zhì)疏松性骨折，發(fā)現(xiàn)其BMP-2mRNA的表達(dá)高于磷酸鈣骨水泥治療組，提示局部應(yīng)用淫羊藿復(fù)合物治療能更為有效誘導(dǎo)骨質(zhì)疏松型骨折局部?jī)?nèi)源性BMP-2mRNA的表達(dá)，從而有效促進(jìn)骨質(zhì)疏松型骨折的修復(fù)。另有研究發(fā)現(xiàn)[21]，接骨Ⅰ號(hào)（含紅花、桃仁、桂枝、川芎、乳香、沒(méi)藥、元胡、鍛自然銅、續(xù)斷、狗脊等）能提高BMP-7基因表達(dá)水平，加速骨折愈合。以上研究均表明中藥促進(jìn)骨折愈合的作用與其促進(jìn)BMP分泌密切相關(guān)。

3血小板衍生生長(zhǎng)因子

血小板衍生生長(zhǎng)因子（Platelet-Derived Growth Factor，PDGF）廣泛存在與骨組織中，為一種促有絲分裂的生長(zhǎng)因子。能促進(jìn)成骨細(xì)胞，成纖維細(xì)胞等的分裂與增殖，同時(shí)也能強(qiáng)力促進(jìn)間充質(zhì)細(xì)胞的分裂增值，并可通過(guò)促進(jìn)纖維組織生成和血管生成來(lái)加速創(chuàng)傷愈合[22]。PDGF是由兩條相關(guān)多肽鏈 （A和B）通過(guò)二硫鍵連接而成的二聚體[23]，其存在PDGF-AA、PDGF-BB、PDGF-AB三種異構(gòu)體結(jié)構(gòu)。其中PDGF-BB能強(qiáng)烈地促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞的增值和遷移[24-26]。在骨折后組織重建過(guò)程中，PDGF-A/B可由成骨細(xì)胞、成軟骨細(xì)胞和間充質(zhì)干細(xì)胞合成分泌，起到募集間充質(zhì)干細(xì)胞聚集于損傷部位，加速骨折愈合的作用[26]。

當(dāng)骨折發(fā)生時(shí)， 血小板黏附于骨髓腔內(nèi)外的毛細(xì)血管內(nèi)皮下層的膠原上， 同時(shí)釋放大量 PDGF， 能增強(qiáng)單核細(xì)胞的大量增殖和分化， 協(xié)同其他因子促進(jìn)骨折愈合[27]。杜志仙等[28]發(fā)現(xiàn)腦外傷合并骨折組骨折愈合速度較單純骨折組快，PDGF于14d達(dá)高峰， 維持21d下降，其原因可能為腦外傷后腦組織PDGF表達(dá)增強(qiáng)，通過(guò)受損的血-腦屏障被運(yùn)輸?shù)窖褐校?使血液中的PDGF 濃度升高，從而在骨折部位發(fā)生高表達(dá)，進(jìn)而使其調(diào)控骨折愈合的作用得以發(fā)揮。

在對(duì)骨質(zhì)疏松性骨折愈合影響的研究中[29-30]，發(fā)現(xiàn)在骨質(zhì)疏松性骨折的早期，與PDGF促進(jìn)一般性骨折機(jī)理相同，PDGF可以誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖與血管再生， 促進(jìn)纖維骨痂分化、成熟， 促進(jìn)成骨細(xì)胞分裂、 增殖。

在對(duì)促進(jìn)骨折愈合的中藥的機(jī)理研究中，魏合偉等[31]發(fā)現(xiàn)運(yùn)用中藥骨康（含補(bǔ)骨脂、淫羊藿、熟地等）含藥血清培養(yǎng)的成骨細(xì)胞進(jìn)行移植， 能增強(qiáng)骨痂中血小板衍生生長(zhǎng)因子A 和血小板衍生生長(zhǎng)因子αR 的表達(dá)，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)性骨質(zhì)疏松性骨折的愈合。另有對(duì)兔骨折的研究發(fā)現(xiàn)[32]，接骨丹（含當(dāng)歸、川芎、紅花、桃仁、骨碎補(bǔ)、牛膝等）治療組與對(duì)照組比較，治療組骨折愈合較快，骨折端微循環(huán)明顯改善，且接骨丹能調(diào)節(jié)外周血中骨生長(zhǎng)因子的合成、分泌，促進(jìn)BMP、TGF-β、PDGF的表達(dá) 。

4人粒細(xì)胞集落刺激因子

人粒細(xì)胞集落刺激因子（Granulocyte Colony-Stimulating Factor，G-CSF）是一種造血生長(zhǎng)因子，可以顯著增強(qiáng)粒細(xì)胞的增殖和分化，增加骨髓前體細(xì)胞的數(shù)量。另外，它還可以延長(zhǎng)中性粒細(xì)胞的存活期，使其凋亡延遲[33]。GCSF是骨髓造血干/祖細(xì)胞強(qiáng)有力的動(dòng)員劑， 常應(yīng)用于骨髓或干細(xì)胞移領(lǐng)域，能促進(jìn)干細(xì)胞的釋放、富集、動(dòng)員、遷移和分化 [34]。

在骨折愈合過(guò)程中，TGF-β1表達(dá)增加，而NSAIDs則能抑制骨折愈合。Kaygusuz MA等[35]研究發(fā)現(xiàn)GCSF能使骨折后大鼠TGF-β1表達(dá)增加，顯著促進(jìn)骨折愈合。同時(shí)給予GCSF后也能拮抗萘普生導(dǎo)致的TGF-β1表達(dá)減少以及骨折愈合延遲現(xiàn)象，表明GCSF對(duì)促進(jìn)骨折愈合有顯著作用。另有研究表明，rhG-CSF可以在短期內(nèi)快速動(dòng)員機(jī)體外周造血干細(xì)胞增殖和趨化到外周組織損傷處，也可動(dòng)員外周BMSCs快速增殖。

在相關(guān)中藥研究中，黃進(jìn)等[36]研究發(fā)現(xiàn)體積分?jǐn)?shù)10%的中藥黃精含藥血清具有明顯促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞增殖的作用，并顯著促進(jìn)粒細(xì)胞集落刺激因子mRNA 的表達(dá)。

5小結(jié)與展望

近年來(lái)，細(xì)胞因子的研究可謂是一熱點(diǎn)。在骨損傷修復(fù)的研究中，研究人員對(duì)細(xì)胞因子的周期性表達(dá)情況、作用機(jī)理探討較多，肯定了其在骨折愈合中發(fā)揮的重要作用。但是許多細(xì)胞因子家族（如BMP家族）龐大，數(shù)量眾多，一些目前人們還不熟知、了解還不深入的細(xì)胞因子在骨修復(fù)中發(fā)揮的作用是需要探知的。中藥是我國(guó)的瑰寶，中藥治療骨折及骨質(zhì)疏松有廣泛的臨床應(yīng)用，探尋中藥治療單純骨折、骨質(zhì)疏松、骨質(zhì)疏松性骨折的分子機(jī)理，對(duì)中醫(yī)藥發(fā)展有著重要意義。

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（編輯：梁志慶）