骨搬移技術(shù)的現(xiàn)狀及研究進(jìn)展

王藝欽 陽(yáng)富春

廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院（南寧530021）

骨搬移技術(shù)，是遵循張力應(yīng)力法則利用活性骨塊搬移治療大段骨缺損的外科技術(shù)。由20 世紀(jì)50年代Ilizarov 發(fā)現(xiàn)并命名的Ilizarov 技術(shù)經(jīng)過(guò)三個(gè)階段的發(fā)展：環(huán)形外固定支架、牽張成骨、骨搬移，已經(jīng)越來(lái)越多地廣泛應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。隨著社會(huì)快速發(fā)展，高能量損傷導(dǎo)致的大段骨缺損病例越來(lái)越多，骨搬移在治療大段骨缺損方面被廣泛使用，能很大程度上避免了其他技術(shù)如自體骨移植、同種異體骨移植等的不足。骨搬移主要分3個(gè)階段：潛伏期、搬移期、固化期。潛伏期是截骨術(shù)后至搬移期開(kāi)始前時(shí)期，一般為5～7 d。潛伏期的生物活性與骨折愈合初期相似，主要表現(xiàn)為血腫形成，骨折斷端的骨細(xì)胞、破損的骨膜和周圍細(xì)胞發(fā)生壞死，并釋放多種成骨因子。搬移期，利用外固定支架以恒定的速度（一般為1 mm/d）持續(xù)穩(wěn)定的牽張分離兩截骨端，在外界持續(xù)穩(wěn)定的機(jī)械牽張刺激下，骨搬移區(qū)的成骨性因子和成骨性細(xì)胞始終保持高水平和高活性狀態(tài)，持續(xù)刺激搬移區(qū)的骨質(zhì)再生。隨著搬移期的牽張延長(zhǎng)，搬移區(qū)逐漸分為幾個(gè)區(qū)域，中央纖維區(qū)、編織骨區(qū)、小梁骨區(qū)和軟骨組織區(qū)[1]。搬移期結(jié)束后即進(jìn)入到固化期，在固化期堅(jiān)強(qiáng)固定的靜止條件下，搬移區(qū)的類骨質(zhì)轉(zhuǎn)化為礦化骨，搬移骨再生過(guò)程中合成分泌的高濃度代謝生長(zhǎng)因子隨著骨骼重塑形成成熟皮質(zhì)和松質(zhì)骨而逐漸下降至正常水平。由于骨搬移技術(shù)從安裝支架開(kāi)始到成功拆除支架，所需時(shí)間較長(zhǎng)，故臨床治療期間會(huì)受到多種因素的干擾，影響搬移骨再生。本文簡(jiǎn)要回顧了骨搬移技術(shù)目前的主要研究方向及臨床主要相關(guān)影響因素。

1 骨搬移促骨痂再生實(shí)驗(yàn)研究

1.1 成骨因子研究顯示，骨搬移過(guò)程中，搬移區(qū)成骨因子水平明顯升高，在搬移過(guò)程中具有啟動(dòng)和持續(xù)刺激骨再生的作用。其中被研究最多的成骨因子是骨形態(tài)發(fā)生蛋白2（BMP2）[2]和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1（TGFβ1）[3-4]。BMP2和TGFβ1 均屬于轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子超家族成員，主要經(jīng)過(guò)Smads信號(hào)通路級(jí)聯(lián)作用，促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞增殖分化為成骨細(xì)胞或成軟骨細(xì)胞，刺激成骨細(xì)胞分泌骨基質(zhì)參與成骨，對(duì)成骨過(guò)程具有啟動(dòng)和刺激誘導(dǎo)作用。生長(zhǎng)因子具有良好的促成骨作用，是當(dāng)前的研究熱門。主要方面有局部應(yīng)用BMP2[5]和TGFβ 1 促進(jìn)搬移骨再生和BMP2和TGFβ1 基因治療[3，6]等。美國(guó)FDA 已批準(zhǔn)BMP2 用于臨床骨折和椎體融合治療。我國(guó)也有BMP2的相關(guān)產(chǎn)品應(yīng)用于臨床，如骨優(yōu)導(dǎo)等。雖然BMP2 有良好的促進(jìn)成骨作用，但有臨床病例報(bào)道其具有促進(jìn)異位骨化[7]風(fēng)險(xiǎn)。臨床應(yīng)用BMP2 出現(xiàn)異位骨化等風(fēng)險(xiǎn)的高低與使用劑量濃度是否呈相關(guān)性仍需進(jìn)一步研究證實(shí)。也可嘗試聯(lián)合應(yīng)用生長(zhǎng)因子和其他促成骨方式如機(jī)械刺激等方式來(lái)綜合促進(jìn)搬移骨再生。

1.2 富血小板血漿富血小板血漿是全血經(jīng)過(guò)離心沉淀后獲取的上層富含高濃度血小板的血漿。血小板與機(jī)體的凝血功能有關(guān)，也具有修復(fù)血管內(nèi)皮功能，此外，血小板是除了骨組織外內(nèi)含有TGFβ1 因子最高的組織[8]。在骨搬移區(qū)注射富血小板血漿，有助于血腫轉(zhuǎn)化為血凝塊，促進(jìn)肉芽組織的形成，同時(shí)TGFβ1的作用下，促進(jìn)間充質(zhì)細(xì)胞增殖分化為成骨細(xì)胞或成軟骨細(xì)胞，促進(jìn)成骨。有研究結(jié)果顯示，自體富血小板血漿局部注射于骨搬移區(qū)，能夠促進(jìn)骨搬移區(qū)的愈合[9]。臨床上自體富血小板血漿收集方便，具有明顯的安全性和一定的臨床應(yīng)用前景和實(shí)用價(jià)值[10-11]。但LATAlSKI[12]的臨床報(bào)告顯示，患者注射自體富血小板血漿后，24 h內(nèi)出現(xiàn)皮疹，伴有咽炎，扁桃體腫大，咽后部黏液膿性分泌物和眼瞼腫脹，使用雷氯他定等抗組胺藥物治療后，皮疹消失，皮內(nèi)試驗(yàn)陽(yáng)性（10 × 13 mm），研究者認(rèn)為，雖然純自體富血小板血漿應(yīng)用于自身是安全的，但是由于目前制備方法多樣，導(dǎo)致有可能在制備過(guò)程中的干預(yù)會(huì)降低對(duì)自身使用的安全性。因此，在使用自體富血小板血漿用于治療前，應(yīng)規(guī)范化采集富血小板血漿的操作流程，避免其他來(lái)源物質(zhì)的影響；且應(yīng)常規(guī)進(jìn)行皮試，以避免發(fā)生過(guò)敏性休克的可能。自體富血小板血漿取材方便、制備簡(jiǎn)單及可吸收等特點(diǎn)使其在骨缺損修復(fù)方面擁有著廣闊的應(yīng)用前景。但是目前仍沒(méi)有規(guī)范統(tǒng)一的高效穩(wěn)定的制備方法，以減少因外界干預(yù)導(dǎo)致可能出現(xiàn)的不良反應(yīng)。另外，能否使用同種異體的富血小板血漿，這樣就能減少對(duì)患者的二次傷害。這些都是今后潛在研究方向。

1.3 細(xì)胞移植細(xì)胞移植主要包括干細(xì)胞移植和成骨細(xì)胞移植。移植干細(xì)胞來(lái)源主要有：骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞、內(nèi)皮祖細(xì)胞、脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞、牙髓干細(xì)胞等，移植的方式主要為搬移區(qū)局部注射干細(xì)胞懸液、植入生物支架或細(xì)胞膜片等，通過(guò)保持骨搬移區(qū)局部相關(guān)骨生成細(xì)胞的濃度，達(dá)到促進(jìn)骨再生目的。

傳統(tǒng)的干細(xì)胞植入方法如局部注射干細(xì)胞懸液，由于去除了細(xì)胞外基質(zhì)成分，存在弱化或抑制干細(xì)胞分化成骨能力的可能性。細(xì)胞膜片組織工程技術(shù)是一種保存細(xì)胞外基質(zhì)的細(xì)胞處理方法，RANSOM 等[13]研究表明，搬移再生區(qū)域骨質(zhì)主要來(lái)源于骨骼中的干細(xì)胞，在骨搬移期間，骨組織干細(xì)胞通過(guò)粘著斑激酶（FAK）進(jìn)行機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)激活基因調(diào)控程序，在骨搬移區(qū)中刺激骨再生。MA 等[14]在研究中，將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物新西蘭兔分為兩組，實(shí)驗(yàn)組為將骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞膜片種植在羥基磷灰石表面形成種植體，植入兔脛骨搬移區(qū)內(nèi)，對(duì)照組為在兔脛骨搬移區(qū)內(nèi)局部注射骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞懸液作為對(duì)照組，結(jié)果顯示實(shí)驗(yàn)組的成骨效果比對(duì)照組明顯增多，提示細(xì)胞膜片技術(shù)比局部注射干細(xì)胞懸液具有更優(yōu)的成骨能力。盡管干細(xì)胞移植在促進(jìn)搬移骨再生方面具有良好的效果，但是由于在臨床上干細(xì)胞提取相對(duì)困難，且價(jià)格昂貴，目前仍難以在臨床推廣應(yīng)用，故今后的研究方向應(yīng)集中在細(xì)胞移植方式的簡(jiǎn)單化和廉價(jià)化，才真正有可能在臨床普及推廣。

1.4 低強(qiáng)度脈沖超聲低強(qiáng)度脈沖超聲（low intensity pulsed ultrasound，LIPUS）是一種聲壓波，具有無(wú)創(chuàng)性和機(jī)械刺激效應(yīng)。近年來(lái)，有實(shí)驗(yàn)研究利用低強(qiáng)度脈沖超聲的機(jī)械能量，促進(jìn)搬移骨再生與成熟的治療[15-16]，大部分研究結(jié)果提示應(yīng)用低強(qiáng)度脈沖超聲具有促成骨作用，且該技術(shù)操作簡(jiǎn)單，易于在臨床推廣應(yīng)用，具有良好的臨床應(yīng)用前景。有許多實(shí)驗(yàn)都描述了低強(qiáng)度脈沖超聲對(duì)骨折或骨搬移的愈合有促進(jìn)作用，但均未能從微觀層面分析產(chǎn)生結(jié)果的原因。在此可以嘗試分析，低強(qiáng)度脈沖超聲具有固定的脈沖強(qiáng)度和脈沖頻率，以機(jī)械能量形式作用于骨折或骨缺損區(qū)，骨細(xì)胞主要通過(guò)腔隙小管系統(tǒng)的壓力變化來(lái)感知外界的機(jī)械信號(hào)，從而完成機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞的形成和活性[17]。與骨搬移技術(shù)通過(guò)牽張產(chǎn)生機(jī)械壓力相似，低強(qiáng)度脈沖超聲通過(guò)特定強(qiáng)度和頻率的脈沖產(chǎn)生機(jī)械壓力通過(guò)腔隙小管系統(tǒng)將信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)到骨組織細(xì)胞，從而促進(jìn)搬移骨再生。但也有實(shí)驗(yàn)得出不同的結(jié)論，即低強(qiáng)度脈沖超聲并不能有效縮短搬移骨再生的時(shí)間[18-19]，故有待進(jìn)一步更精細(xì)的實(shí)驗(yàn)研究加以驗(yàn)證其成骨原理，從更深層面揭示低強(qiáng)度脈沖超聲是否真正具有促成骨作用。

2 影響臨床搬移骨再生因素

2.1 患者體質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)有研究表明，營(yíng)養(yǎng)不良或腸道吸收不良的疾病，如厭食[20-21]和乳糜瀉[22]會(huì)嚴(yán)重影響骨骼健康，并對(duì)成骨不利。LUMPKIN等[23]將骨搬移鼠模型分為正常進(jìn)食組（對(duì)照組）和腸內(nèi)營(yíng)養(yǎng)組（實(shí)驗(yàn)組），結(jié)果顯示對(duì)照組體重在固化期結(jié)束時(shí)才恢復(fù)至術(shù)前體重，而腸內(nèi)營(yíng)養(yǎng)組在搬移期間體重就達(dá)到術(shù)前水平。放射學(xué)和組織學(xué)結(jié)果顯示，相同搬移時(shí)間的實(shí)驗(yàn)組骨痂再生量比對(duì)照組高，且實(shí)驗(yàn)組搬移區(qū)成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞均比對(duì)照組高，提示骨搬移術(shù)后良好的營(yíng)養(yǎng)支持能有效促進(jìn)搬移骨再生。而長(zhǎng)期酗酒具有顯著的抑制骨再生功能[24]。BROWN 等[25]在研究中對(duì)比了單純骨搬移鼠和骨搬移并乙醇干預(yù)鼠的骨再生情況，結(jié)果表明乙醇干預(yù)鼠的骨再生量明顯比對(duì)照組低，提示乙醇暴露會(huì)影響搬移骨再生。此外，煙草中含有的尼古丁成分也對(duì)骨再生愈合產(chǎn)生抑制效果，包括搬移期和固化期的骨再生[19，26]。LI 等[27]研究顯示，尼古丁暴露上調(diào)缺氧誘導(dǎo)因子1α和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子VEGF的表達(dá)，增強(qiáng)血管生成，但抑制骨形態(tài)發(fā)生蛋白2BMP2的表達(dá)。結(jié)果表明，兔骨搬移治療中，尼古丁的血管增強(qiáng)效應(yīng)不能補(bǔ)償尼古丁對(duì)骨愈合的抑制效應(yīng)，總體結(jié)果是導(dǎo)致骨愈合能力下降。該研究顯示，尼古丁可促進(jìn)血管VEGF 生成，卻抑制BMP2，從而導(dǎo)致最終骨愈合能力下降，在隨后的研究中如能揭示尼古丁抑制BMP2的促成骨作用，則有望為未來(lái)的臨床治療策略提供新的思路。

2.2 糖尿病及其治療藥物糖尿病是臨床上的常見(jiàn)病，并且廣泛影響機(jī)體的組織和器官的正常功能，而且糖尿病對(duì)骨折修復(fù)有顯著影響。CARlOS等[28]研究了在骨搬移過(guò)程中，Ⅱ型糖尿病可能對(duì)搬移骨再生有抑制作用。另外，Ⅱ型糖尿病的治療藥物羅格列酮也可能會(huì)對(duì)骨形成有進(jìn)一步的抑制作用。STAGE 等[29]研究了羅格列酮對(duì)骨缺損修復(fù)模型和骨搬移修復(fù)模型的影響，結(jié)果表明羅格列酮通過(guò)抑制間充質(zhì)干細(xì)胞增殖分化和血管生成因子表達(dá)機(jī)制，對(duì)骨缺損修復(fù)模型和骨搬移修復(fù)模型的骨生成均產(chǎn)生抑制效果。DESMOND 等[30]研究顯示，二甲雙胍與成骨細(xì)胞結(jié)合，在成骨細(xì)胞中抑制細(xì)胞內(nèi)的活性氧種類產(chǎn)生并誘導(dǎo)單磷酸腺苷活化蛋白激酶（AMPK）磷酸化/活化。這增加了一氧化氮合酶的活性和一氧化氮的產(chǎn)生，促進(jìn)了成骨細(xì)胞的增殖。此外，活化的AMPK通過(guò)RUNT相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2和小異二聚體伴侶的表達(dá)上調(diào)成骨細(xì)胞的分化和礦化，同時(shí)通過(guò)降低成骨細(xì)胞核因子-κB 配體的還原受體激活劑/骨保護(hù)素比率降低破骨細(xì)胞的募集和骨吸收活性，增強(qiáng)成骨作用。綜上所述，骨搬移治療修復(fù)骨缺損期間應(yīng)用羅格列酮可能對(duì)骨再生有抑制作用，而二甲雙胍治療則可能具有促進(jìn)骨再生作用。

2.3 骨質(zhì)疏松及其治療藥物臨床上不乏老年患者或者骨質(zhì)疏松患者需要使用骨搬移技術(shù)治療大段骨缺損等骨科疾病，但是老年人或者骨質(zhì)疏松患者的骨再生能力較正常成年人的骨再生能下低下，所以以正常骨搬移速度進(jìn)行搬移牽拉，容易導(dǎo)致骨質(zhì)生長(zhǎng)緩慢或骨再生停止[31]。臨床上往往需要對(duì)這類患者的術(shù)前血清鈣濃度進(jìn)行檢測(cè)和對(duì)術(shù)后骨搬移速度進(jìn)行個(gè)體化的調(diào)整，以達(dá)到相適應(yīng)的搬移速度。但目前由于缺乏相應(yīng)的診斷標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定個(gè)體化的搬移速度，而只能依靠臨床醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，而搬移速度過(guò)快或者過(guò)慢均容易導(dǎo)致早期固結(jié)或者骨質(zhì)不生長(zhǎng)情況發(fā)生，影響后續(xù)的治療。

臨床上治療骨質(zhì)疏松藥主要有雙磷酸鹽、雌激素及其受體調(diào)節(jié)劑、降鈣素等抗骨吸收藥和甲狀旁腺激素等促骨形成藥物。其中雙膦酸鹽和甲狀旁腺激素是臨床上運(yùn)用最多的抗骨質(zhì)疏松藥物。甲狀旁腺激素是依賴于機(jī)體內(nèi)維生素D和鈣含量發(fā)揮促進(jìn)骨生成和礦化的生物活性物質(zhì)，目前也已被批準(zhǔn)用于臨床治療骨質(zhì)疏松的代謝性藥物[32]。臨床上不乏患骨質(zhì)疏松患者需使用骨搬移技術(shù)進(jìn)行治療骨缺損等外科疾病[33]。對(duì)于是否在此類患者身上應(yīng)用甲狀旁腺激素能有效促進(jìn)骨質(zhì)疏松患者的搬移骨再生愈合，WAGNER 等[34]研究發(fā)現(xiàn)，在搬移期開(kāi)始，每日給予甲狀旁腺激素類似物特立帕肽0.2 μg 皮下注射，連續(xù)使用8周，骨密度結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組比空白對(duì)照組的固化期骨質(zhì)再生明顯增加。但MILSTREY 等[35]研究不同劑量（10、40、200 μg/kg）甲狀旁腺激素對(duì)骨折骨質(zhì)再生的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，甲狀旁腺激素劑量依賴性地刺激骨折早期骨痂形成，但骨的生物力學(xué)剛度并未呈劑量依賴性增加，相反，在體外實(shí)驗(yàn)中，200 μg/kg甲狀旁腺激素處理組的礦化骨痂反而減少，考慮高劑量甲狀旁腺激素對(duì)骨有代謝分解作用。目前關(guān)于甲狀腺激素促進(jìn)骨再生的研究結(jié)果基本呈現(xiàn)促成骨作用，但具體作用機(jī)制未明確，有待后續(xù)研究跟進(jìn)，明確甲狀旁腺激素的信號(hào)通路網(wǎng)絡(luò)及與其他成骨活性分子間相互作用后，將有可能成為臨床上取代或協(xié)同BMP2 用于促進(jìn)搬移骨再生的生物活性物質(zhì)。

雙膦酸鹽能特異性與骨質(zhì)中的羥膦灰石結(jié)合，抑制破骨細(xì)胞活性，從而抑制骨質(zhì)吸收，也是臨床上常用的抗骨質(zhì)疏松藥物。有實(shí)驗(yàn)表明雙膦酸鹽能有效促進(jìn)動(dòng)物模型中局部肢體骨礦物密度的改善和再生強(qiáng)度。PATRICK 等[36]的臨床對(duì)比研究顯示，骨搬移聯(lián)合雙膦酸鹽治療組比單純骨搬移組的骨密度高，提示骨搬移治療期間聯(lián)合使用雙膦酸鹽能有效促進(jìn)搬移骨再生，縮短治療時(shí)間。

2.4 骨搬移期間的處理在搬移期和固化期，患者適當(dāng)?shù)幕顒?dòng)和負(fù)重對(duì)搬移骨再生成熟具有重要作用[1]。搬移截骨術(shù)后使用抗生素，對(duì)于搬移骨再生無(wú)抑制作用[37]。非甾體抗炎藥是否對(duì)搬移骨再生有促進(jìn)或者抑制影響仍未明確[38-39]。然而，在血清中具有較短半衰期的藥物，例如布洛芬，短期使用中等劑量的情況下，對(duì)成骨作用和骨的愈合并無(wú)抑制作用。但也有研究顯示，吲哚美辛似乎與其他的非甾體類抗炎藥不同，吲哚美辛具有抑制成骨作用[40-41]。有實(shí)驗(yàn)顯示，預(yù)防性使用抗凝劑利伐沙班和依諾肝素預(yù)防骨科手術(shù)的血栓栓塞，對(duì)骨再生愈合無(wú)影響[42]。惡性骨腫瘤的術(shù)后化療對(duì)骨愈合是否有影響，目前仍未有大規(guī)模動(dòng)物或臨床試驗(yàn)探究驗(yàn)證，但有研究顯示，術(shù)后化療對(duì)骨搬移成骨無(wú)明顯促進(jìn)或者抑制作用[43]，但具體結(jié)論還需更深入研究探索。

3 進(jìn)展及展望

隨著對(duì)骨搬移技術(shù)研究的深入，越來(lái)越多具有促進(jìn)搬移骨再生潛力的治療方法被人們發(fā)現(xiàn)。在此基礎(chǔ)上，聯(lián)合使用上述方法也許會(huì)達(dá)到更好效果[44]，更能有效促進(jìn)骨再生，縮短骨痂愈合的時(shí)間，具體實(shí)施還需有待更進(jìn)一步的研究。在臨床上，患者營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)、系統(tǒng)性疾病如糖尿病和骨質(zhì)疏松、藥物的使用通常會(huì)影響再生骨的質(zhì)量[25]，而如何對(duì)這些患者進(jìn)行個(gè)體化糾正方案和監(jiān)控以達(dá)到最優(yōu)化治療就成了臨床醫(yī)生最關(guān)注的方面。在需要時(shí)或可通過(guò)注射富血小板血漿、成骨因子（BMP2 等）或聯(lián)合應(yīng)用雙磷酸鹽和甲狀旁腺激素來(lái)促進(jìn)骨再生，達(dá)到輔助骨搬移技術(shù)治療大段骨缺損的治療目的。