骨形態(tài)發(fā)生蛋白治療老年股骨頭壞死研究進(jìn)展

林登峰 張佳 李曉濤 (佳木斯大學(xué)附屬第一醫(yī)院骨外二科，黑龍江 佳木斯 154000)

股骨頭壞死是骨科的常見疾病。隨著近年來科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)于股骨頭壞死的病因、發(fā)病機(jī)制的研究取得長足進(jìn)步，針對(duì)該病的治療方法也在不斷地更新。骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)作為一種近年來被發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)化生長因子，其誘導(dǎo)骨細(xì)胞分化、修復(fù)骨缺損的作用被大量的基礎(chǔ)研究所證實(shí)，越來越多的學(xué)者開始以BMP作為研究重點(diǎn)用以治療股骨頭壞死。本文就近年來BMP治療股骨頭壞死的研究進(jìn)展總結(jié)如下。

1 BMP的基本特性與作用機(jī)制

1965年，BMP首先由URIST發(fā)現(xiàn)。在后來的研究中，URIS發(fā)現(xiàn)這種蛋白具有誘導(dǎo)骨外組織向骨組織分化的能力，因此將其命名為BMP〔1,2〕。除BMP1外，其他BMP均是轉(zhuǎn)化生長因子超家族的重要成員之一〔3〕。截至目前，BMP已有20多位家族成員，其中BMP2的生物活性最強(qiáng)，能有效促進(jìn)骨髓干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化，并且還可抑制骨髓干細(xì)胞脂肪化。多項(xiàng)研究表明〔4,5〕Smad通路是BMP發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)的重要通路。細(xì)胞外的BMP與細(xì)胞表面BMP受體特異結(jié)合使后者被激活，此時(shí)受體內(nèi)此前被抑制的絲氨酸/蘇氨酸激酶被釋放。后者繼續(xù)作用于下游的Smad蛋白，使Smad蛋白發(fā)生磷酸化，被磷酸化的Smad蛋白形成異源三聚體進(jìn)而向胞內(nèi)傳導(dǎo)并在相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的作用下與靶基因特異結(jié)合，從而產(chǎn)生一系列生物學(xué)效應(yīng)〔6〕。BMP通過參與上述信號(hào)通路級(jí)聯(lián)反應(yīng)，發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)。當(dāng)多種因素導(dǎo)致BMP信號(hào)通路出現(xiàn)異常時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)一系列病理過程，導(dǎo)致骨代謝紊亂如骨密度降低、骨質(zhì)破壞等。

2 BMP的基礎(chǔ)研究進(jìn)展

2.1BMP作用 為了探討B(tài)MP在骨折愈合中的作用及其可能的發(fā)生機(jī)制，康麟等〔7〕建立大鼠骨折模型，向?qū)嶒?yàn)組大鼠注射BMP-2過表達(dá)質(zhì)粒溶液，同時(shí)設(shè)立空白對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后使用X線片和免疫印跡技術(shù)來觀察大鼠骨折愈合水平和測量骨折處BMP-2的表達(dá)水平，結(jié)果過表達(dá)BMP-2的大鼠在第7周時(shí)骨折完全愈合，骨密度升高，效果均優(yōu)于空白對(duì)照組。武成聰?shù)取?〕將含有BMP-2的腺病毒轉(zhuǎn)染到骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞中，結(jié)果Ⅰ型膠原蛋白分泌及鈣結(jié)節(jié)形成增多，表明BMP-2能夠促進(jìn)軟骨再生。

2.2BMP的作用濃度 BMP有半衰期短、應(yīng)用成本高的特點(diǎn)，為達(dá)到更好的治療效果，有學(xué)者對(duì)其治療濃度進(jìn)行研究。陳銳棋等〔9〕通過基因水平研究不同濃度BMP-2促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞表達(dá)的效果。結(jié)果表明在一定濃度下，BMP-2對(duì)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向功能細(xì)胞分化具有一定的促進(jìn)作用，但對(duì)其形態(tài)變化影響不大。即當(dāng)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的數(shù)量達(dá)到一定程度時(shí)，即使較低濃度的BMP-2對(duì)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞也可以起到促進(jìn)分化作用。陳明等〔10〕設(shè)立對(duì)照試驗(yàn)，探究BMP-2抑制骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞脂化的最優(yōu)濃度，結(jié)果顯示濃度為100 μg/L時(shí)BMP-2抑制脂化作用最佳。

3 BMP治療股骨頭壞死的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究

在骨組織修復(fù)過程中，血運(yùn)的恢復(fù)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，血管內(nèi)皮生長因子具有促進(jìn)機(jī)體血管生長的作用。有研究表明〔11〕BMP-2植入體內(nèi)后的一系列生物學(xué)反應(yīng)，能誘導(dǎo)間充質(zhì)細(xì)胞分化，并表達(dá)血管內(nèi)皮生長因子。張雁儒等〔12〕利用血管內(nèi)皮生長因子聯(lián)合BMP雙基因轉(zhuǎn)染骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞，并設(shè)立單基因組和空白對(duì)照組，復(fù)合材料后分別植入兔股骨頭壞死模型中，治療后采用X射線和蘇木素-伊紅(H-E)染色評(píng)估治療效果，結(jié)果顯示聯(lián)合應(yīng)用組和單基因組均獲得成骨，且聯(lián)合應(yīng)用組治療效果優(yōu)于其他2組，這說明血管內(nèi)皮生長因子聯(lián)合BMP轉(zhuǎn)染骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞有助于壞死區(qū)域的骨修復(fù)，并可恢復(fù)其血運(yùn)。有研究表明〔13〕BMP可單獨(dú)作用誘導(dǎo)成骨，但其單獨(dú)作用效價(jià)低，促進(jìn)生成的血管數(shù)量有限，胡亮等〔14〕采用BMP-2聯(lián)合突變型低氧誘導(dǎo)因子雙基因轉(zhuǎn)染骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞治療兔股骨頭壞死，經(jīng)雙基因轉(zhuǎn)染的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞復(fù)合材料植入兔股骨頭壞死模型，經(jīng)過治療后8 w，實(shí)驗(yàn)組壞死區(qū)域明顯成骨，骨小梁面積百分比實(shí)驗(yàn)組優(yōu)于對(duì)照組，表明BMP與其他生長因子協(xié)同作用成骨效應(yīng)優(yōu)于單獨(dú)作用。

骨折的愈合是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的過程，目前機(jī)制尚不明確，其不僅受到人體內(nèi)外環(huán)境的影響，同時(shí)也受到多種生長因子的調(diào)控。上述實(shí)驗(yàn)表明BMP通過誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化從而促進(jìn)骨愈合，同時(shí)BMP聯(lián)合多種生長因子協(xié)同作用可有效增強(qiáng)成骨作用。但異體移植和復(fù)合物載體造成的排斥反應(yīng)及復(fù)合物應(yīng)用的最佳濃度問題仍未得到有效解決，因此以細(xì)胞為BMP載體的基因治療股骨頭壞死的方法暫時(shí)僅應(yīng)用于動(dòng)物，未能在臨床上進(jìn)行推廣。

4 BMP治療老年股骨頭壞死的臨床應(yīng)用

股骨頭壞死的發(fā)病機(jī)制在于多種病因致股骨頭內(nèi)血液微循環(huán)受阻，引起骨細(xì)胞破壞及隨后的修復(fù)，繼而出現(xiàn)骨壞死區(qū)域、股骨頭形態(tài)和結(jié)構(gòu)均發(fā)生變化，誘發(fā)患者關(guān)節(jié)疼痛、功能障礙等一系列臨床癥狀〔14〕。近年來股骨頭壞死患者人數(shù)呈逐年增加趨勢〔15,16〕，我國是股骨頭壞死的高發(fā)地區(qū)之一〔17,18〕，而老年患者是我國股骨頭壞死患者中的高發(fā)人群。早期股骨頭壞死往往無典型臨床癥狀或僅有輕微疼痛，因此得不到患者的重視，然而該病發(fā)展迅速，待患者患髖疼痛加劇就醫(yī)時(shí)大多已失去保頭機(jī)會(huì)，最終不得不進(jìn)行人工關(guān)節(jié)置換手術(shù)。人工關(guān)節(jié)置換手術(shù)有創(chuàng)傷大、人工關(guān)節(jié)使用壽命有限、術(shù)后恢復(fù)時(shí)間長等劣勢，故早發(fā)現(xiàn)、早診斷、及時(shí)采取適當(dāng)有效的保髖治療是早期治療股骨頭壞死的關(guān)鍵。近年來，手術(shù)治療股骨頭壞死的方法也在不斷完善，有髓芯減壓術(shù)、骨移植術(shù)、鈦棒植入術(shù)、截骨術(shù)等〔19〕?，F(xiàn)階段早期股骨頭壞死保髖治療通過采取減輕患肢負(fù)重、限制患肢活動(dòng)結(jié)合上述保留關(guān)節(jié)的手術(shù)均可獲得良好的治療效果。BMP是一種功能多樣的轉(zhuǎn)化生長因子，參與物質(zhì)代謝的多個(gè)過程，將其單獨(dú)或協(xié)同其他因子作用于股骨頭壞死區(qū)域，可誘導(dǎo)局部成骨細(xì)胞的分化、促進(jìn)壞死區(qū)域的骨修復(fù)。通過大量的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和臨床應(yīng)用，BMP聯(lián)合保留關(guān)節(jié)的手術(shù)應(yīng)用于治療股骨頭壞死的效果得到了肯定。全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)是目前臨床上公認(rèn)的解除晚期股骨頭壞死患者疼痛、恢復(fù)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)功能的有效辦法，已經(jīng)取得了相當(dāng)令人滿意的成效〔20,21〕。但對(duì)于早期股骨頭壞死患者，在延緩疾病進(jìn)展、降低患者創(chuàng)傷、節(jié)省醫(yī)療費(fèi)用等方面，相比于傳統(tǒng)關(guān)節(jié)置換手術(shù)，保髖治療更具優(yōu)勢。大量基礎(chǔ)研究已經(jīng)證實(shí)了BMP單獨(dú)或與其他細(xì)胞因子協(xié)同使用能夠修復(fù)骨缺損，促進(jìn)成骨細(xì)胞的分化和再生。目前BMP應(yīng)用于治療早期股骨頭壞死正在逐步從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)階段過渡到臨床應(yīng)用階段，其臨床應(yīng)用還未得到廣泛認(rèn)可，因此報(bào)道數(shù)量不多。

股骨頭壞死的發(fā)生是由于股骨頭區(qū)域血運(yùn)被破壞，失去營養(yǎng)供給導(dǎo)致股骨頭塌陷。對(duì)于早期股骨頭壞死塌陷前患髖采取以髓芯減壓為基礎(chǔ)的打壓植骨術(shù)，能夠?qū)乃绤^(qū)域起到支撐作用，具有創(chuàng)傷小、安全性高的特點(diǎn)，療效易于被患者接受。BMP有誘導(dǎo)成骨的作用，為了提高治療效果，有學(xué)者使用髓芯減壓聯(lián)合BMP的方法治療股骨頭壞死，取得了一定成效〔19,20〕。王永博等〔20〕回顧性分析了23例接受10 mm髓芯減壓聯(lián)合含BMP的打壓植骨術(shù)治療的患者，所有患者順利完成手術(shù)，術(shù)后隨訪12～90個(gè)月，采用Harris髖關(guān)節(jié)評(píng)分(HSS)評(píng)價(jià)，術(shù)后6個(gè)月、末次隨訪分?jǐn)?shù)與術(shù)前相比顯著提高。結(jié)果表明髓芯減壓聯(lián)合BMP的手術(shù)治療有手術(shù)創(chuàng)傷小、術(shù)后恢復(fù)快的特點(diǎn)，能夠有效緩解癥狀；并且含BMP的同種異體骨材料臨床應(yīng)用便捷，相比于傳統(tǒng)換髖手術(shù)，有一定的臨床價(jià)值；盧巖巖等〔21〕選取了38例早中期股骨頭壞死患者，均采用髓芯減壓自體髂骨打壓植骨聯(lián)合BMP-2的方法治療股骨頭壞死，術(shù)后隨訪9～20個(gè)月，術(shù)后HSS高于術(shù)前、復(fù)查X射線顯示植骨滿意，未見股骨頭明顯進(jìn)一步塌陷，得出結(jié)論該方法治療早中期股骨頭壞死可達(dá)到緩解癥狀、穩(wěn)定疾病的目的。

骨移植技術(shù)旨在有效清除股骨頭壞死區(qū)域的死骨，植入具有活力的新骨，對(duì)股骨頭壞死區(qū)域提供支撐、防止塌陷，減少或延緩人工關(guān)節(jié)置換的可能性。李子榮等〔22〕對(duì)照分析了加入和未加入BMP-2的打壓植骨術(shù)治療股骨頭壞死的療效，實(shí)驗(yàn)共納入42例患者，術(shù)后療效采用HSS評(píng)分和影像學(xué)評(píng)定，結(jié)果顯示加入BMP-2組的術(shù)后效果及預(yù)后均優(yōu)于未加入組。許軍等〔23〕采用帶旋髂深血管蒂骨瓣和BMP人工骨移植的方法治療缺血性股骨頭壞死，共計(jì)25例，術(shù)后HHS評(píng)分優(yōu)良率達(dá)89.7%，說明該方法可有效恢復(fù)股骨頭壞死區(qū)域血運(yùn)，對(duì)于骨關(guān)節(jié)面的修復(fù)和延緩關(guān)節(jié)置換手術(shù)有一定的幫助。

綜上，已經(jīng)證實(shí)BMP的誘導(dǎo)成骨作用，同時(shí)BMP臨床應(yīng)用于治療早期骨性關(guān)節(jié)炎也取得了顯著的效果，為廣大臨床工作者治療股骨頭壞死拓寬了思路、提供了新的選擇。但BMP仍有成骨效應(yīng)有限、濃度過高易誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)、對(duì)晚期股骨頭壞死效果差、單獨(dú)使用成骨誘導(dǎo)活性低等問題。BMP治療股骨頭壞死臨床應(yīng)用方法還需改進(jìn)、遠(yuǎn)期療效還需觀察。