骨形態(tài)發(fā)生蛋白在骨科領(lǐng)域的研究進(jìn)展

馮少龍，陳澤駒，劉桂宏，劉宇，劉青華，蔣煜文

·綜述·

骨形態(tài)發(fā)生蛋白在骨科領(lǐng)域的研究進(jìn)展

馮少龍，陳澤駒，劉桂宏，劉宇，劉青華，蔣煜文

519000 廣東，暨南大學(xué)附屬珠海醫(yī)院（珠海市人民醫(yī)院）創(chuàng)傷骨科

骨折是一個最為常見的骨科相關(guān)損傷類型。骨折愈合受多種因素影響，如骨折類型、骨折部位以及軟組織損傷等[1]。一般來說，大多數(shù)骨折患者通過復(fù)位固定后，會在幾個月內(nèi)痊愈。但少數(shù)患者會出現(xiàn)骨不連。尤其是大型的開放性骨折和骨缺損嚴(yán)重的患者[2]。這種情況下，常規(guī)的治療方法難以達(dá)到骨折臨床愈合標(biāo)準(zhǔn)[3]。隨著骨科植入物（如髓內(nèi)釘、鋼板、關(guān)節(jié)假體、椎弓根螺釘?shù)龋┑目焖侔l(fā)展，骨延遲愈合或骨不連的發(fā)生概率大大降低，縮短骨愈合時間，減少術(shù)后并發(fā)癥。目前，通過髓內(nèi)針、螺釘或鋼板等器械對骨折部位進(jìn)行復(fù)位固定仍是骨折治療的重要部分。但植入物可能會延長骨折愈合時間，并導(dǎo)致感染和慢性疼痛。因此，探索新的骨折治療方法已成為骨科研究的重點。

近年來，生長因子研究是骨科治療中新的突破點。骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）是一種二聚體分子，由單個二硫鍵連接的兩條多肽鏈構(gòu)成的多功能蛋白質(zhì)；是轉(zhuǎn)化生長因子 β（TGF-β）大家族的重要成員。根據(jù) BMP 氨基酸序列的結(jié)構(gòu)相似性分類，BMP 家族成員一般分為四類：BMP2/4、BMP5/6/7/8、BMP9/10 和 BMP12/13/14[4-5]。迄今為止，約有 20 個 BMP 家族成員已被鑒定并明確其特征。BMP 通過控制成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的分化來調(diào)節(jié)骨平衡，是促進(jìn)成骨的關(guān)鍵因素[6]。其中 BMP2 和 BMP7 成骨能力更為顯著[7-8]。因此，美國食品和藥品監(jiān)督管理局（food and drug administration，F(xiàn)DA）已批準(zhǔn)重組人 BMP（rhBMP2 和 rhBMP7）用于臨床疾病治療，如開放性骨折、骨不連、椎體融合和頜面骨增強(qiáng)等[9]。

此外，研究發(fā)現(xiàn)用 rhBMP2 或（和）rhBMP7 復(fù)合載體植入骨缺損部位，可以獲得更好的治療效果[7]。載體應(yīng)具有良好的力學(xué)性能、生物相容性、耐腐蝕性、耐磨性和良好的骨結(jié)合能力等特性[10]。載體能否與周圍組織相容，以及它們能否有效地促進(jìn)骨形成是骨科研究的焦點[11]。目前，許多復(fù)合 BMP 的生物材料已用于治療骨科疾病，并取得了預(yù)期的效果。為了讓植入物能更有效地促進(jìn)成骨，可以對生物材料進(jìn)行改性[12-13]。現(xiàn)大部分研究集中在探索新的復(fù)合材料和新的材料合成技術(shù)上，期望可以降低手術(shù)成本，提高手術(shù)的成功率[14]?？偟膩碚f，復(fù)合 BMP 的生物材料已成為研究熱點，也為骨科疾病的治療提供新的研究思路。

1 BMP 在骨科領(lǐng)域的生物學(xué)功能研究進(jìn)展

BMP 的生物學(xué)功能是通過細(xì)胞不同的信號通路調(diào)節(jié)生長發(fā)育。BMP 信號通路是通過絲氨酸（Ser）/蘇氨酸（Thr）蛋白激酶受體轉(zhuǎn)導(dǎo)，即 I 型受體（BMPR I）和 II 型受體（BMPR II）[5]。這兩種受體結(jié)合成一種復(fù)合物，啟動進(jìn)一步的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。BMP 配體激活 BMPR II，然后 BMPR II 磷酸化 BMPR I?；罨腂MPR I 激活 Smad 依賴性和非 Smad 依賴性的信號通路，然后將信號轉(zhuǎn)導(dǎo)至細(xì)胞核并控制成骨基因的表達(dá)。一方面，活化的 BMPR I 磷酸化 Smad 依賴性的信號通路，包括 Smad 1、Smad 5 和Smad 8[15]，然后與Smad 4 結(jié)合形成復(fù)合物，該復(fù)合物被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核并調(diào)節(jié)靶基因轉(zhuǎn)錄。Smad 6 或 7 通過抑制活化的 Smad（R-Smad）受體磷酸化負(fù)調(diào)控 Smad 信號通路，抑制成骨細(xì)胞相關(guān)基因的表達(dá)并抑制成骨細(xì)胞的分化。另一方面，BMP 受體激活非 Smad 依賴性信號通路，即 p38 絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）、細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（ERK）和 c-Jun N 末端激酶（JNK）信號通路[16]。BMP 可以刺激主要成骨轉(zhuǎn)錄因子 Runx2、Dlx5和 osterix（Osx）的表達(dá)；Runx2 在誘導(dǎo)成骨中起著關(guān)鍵作用。此外，TGF-β、Wnt、Hedgehog、Notch、成纖維細(xì)胞生長因子（FGF）等在 BMP 信號通路也發(fā)揮作用[17-18]。在細(xì)胞中，BMP 作為配體存在于各種細(xì)胞的膜上，如成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞、脂肪干細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞和肌腱成纖維細(xì)胞，通過濃度梯度進(jìn)行擴(kuò)散。當(dāng)這些細(xì)胞的受體被激活時，它們會誘導(dǎo)細(xì)胞分化和增殖[19]。因此，BMP 在骨骼的生長發(fā)育和維持骨環(huán)境的穩(wěn)態(tài)中起著重要的作用。

1.1 骨形成

骨形成有兩種形式，膜內(nèi)成骨和軟骨成骨。膜內(nèi)成骨，由結(jié)締組織發(fā)育而來。結(jié)締組織內(nèi)含有間充質(zhì)細(xì)胞，可分化為成骨細(xì)胞，成骨細(xì)胞又分化成為骨細(xì)胞。與此同時，破骨細(xì)胞也開始發(fā)育，并出現(xiàn)膠原纖維。原始骨呈膜狀，不斷增殖、塑形，形成板層骨。如人的頂骨、額骨和鎖骨。軟骨成骨首先由透明軟骨形成軟骨雛形，由破軟骨細(xì)胞清除軟骨，成骨細(xì)胞促進(jìn)成骨。軟骨成骨主要發(fā)生在長骨、短骨和一些不規(guī)則骨中。有研究發(fā)現(xiàn)，BMP 在骨折愈合早期可促進(jìn)形成軟骨樣組織，促進(jìn)軟骨細(xì)胞的增殖和分化，并引導(dǎo)軟骨骨化，在軟骨成骨中發(fā)揮重要作用[20-21]。

骨重建包括舊骨吸收和新骨形成。這兩個過程受系統(tǒng)調(diào)節(jié)和生長因子（如 BMP）在體內(nèi)局部釋放的影響。在成骨細(xì)胞分化過程中，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞受成骨關(guān)鍵基因（Runx2 和 Osx）調(diào)節(jié)。其中 Runx2 起主導(dǎo)作用，BMP 信號通路直接影響 Runx2 基因的表達(dá)。因此，BMP 可以更有效地誘導(dǎo)成骨細(xì)胞分化、調(diào)節(jié)骨形成[6, 22]。BMP2 是骨折修復(fù)必不可少的內(nèi)源性介質(zhì)。它可以誘導(dǎo)細(xì)胞在膜下分化成軟骨細(xì)胞，促進(jìn)骨形成和骨吸收，在骨折愈合的早期階段發(fā)揮重要作用[23]。有研究表明，BMP2 顯著促進(jìn)成骨分化[22, 24]，骨愈合[25]和肢體發(fā)育[26]。在體內(nèi)快速骨化階段，BMP7 的 mRNA 表達(dá)急劇增加并保持在高水平，同時誘導(dǎo) Smad 通路表達(dá)；因此，BMP7 也具有非常強(qiáng)的促進(jìn)骨形成能力[18, 27-28]。研究表明，使用rhBMP2 和 rhBMP7 可促進(jìn)急性開放性脛骨骨折患者骨不連的愈合，縮短愈合時間[29-30]。在成骨細(xì)胞系中，BMP2、BMP4、BMP7 和 BMP9 可有效誘導(dǎo) Smad 介導(dǎo)的信號通路。此外，BMP2、BMP4和 BMP9 均可誘導(dǎo) Runx2 表達(dá)，但 BMP6 和 BMP7 并不誘導(dǎo) Runx2 表達(dá)；研究表明，BMP9 誘導(dǎo)間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）成骨分化的能力最強(qiáng)[18]；可以有效促進(jìn) BMP/Smad 信號通路的表達(dá)，增加堿性磷酸酶（ALP）活性，誘導(dǎo)礦化結(jié)節(jié)的形成，增加成骨相關(guān)基因的表達(dá)，從而促進(jìn)骨和關(guān)節(jié)修復(fù)[31-32]。總結(jié)見表 1。

表1 BMP 對骨形成的生物作用

BMP相關(guān)調(diào)節(jié)點位生物作用 BMP2Runx2、Dlx5、骨橋蛋白（OPN）、骨鈣素（OCN）和 I 型膠原蛋白促進(jìn)礦化結(jié)節(jié)的形成和成骨分化。骨骼愈合和肢體發(fā)育[22] BMP4Sox9、聚集蛋白聚糖（Acan）和 II 型膠原蛋白激活或促進(jìn)其他 BMP 的釋放。骨發(fā)育、重建和骨折愈合[33] BMP5Col2a1 和 Sox9促進(jìn)骨折和軟組織愈合[34] BMP6Col1a2、Runx2 和 OPN顯著的成骨作用。促進(jìn)椎體缺損和節(jié)段缺損的愈合[35] BMP7Runx2、ALP、OPN 和OCN誘導(dǎo)成骨細(xì)胞成熟，促進(jìn)骨折愈合[29-30] BMP9ALP、Runx2、I 型膠原蛋白最強(qiáng)的誘導(dǎo)成骨分化能力[18]

1.2 軟骨形成

關(guān)節(jié)軟骨損傷的原因有機(jī)械磨損、炎癥及外力因素等。軟骨血管少，一旦受損，其自發(fā)愈合和再生的能力非常弱。軟骨的形成對于骨折的早期愈合和后期穩(wěn)定至關(guān)重要，可以減少晚期并發(fā)癥。有研究表明，早期刺激軟骨再生是防止骨延遲愈合或骨不連有效的方法[36-37]。軟骨的形成在骨骼系統(tǒng)中很重要。目前，在 BMP 用于軟骨修復(fù)治療的研究中，已初步呈現(xiàn)出一些具有價值的研究成果[38]。如何有效地修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨是當(dāng)前研究的重大挑戰(zhàn)。

軟骨形成是一個復(fù)雜的過程。在基因水平上，軟骨基因的表達(dá)依賴于 BMP 信號通路。Runx2 基因是骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（bone marrow mesenchymal stem cell，BMSC）分化過程中的關(guān)鍵基因，調(diào)節(jié) Osx、SRY（Y 染色體的性別決定區(qū)域）相關(guān)促 HMG（人絕經(jīng)促性腺素）盒[SRY(sex determination region of Y chromosome)-related HMG-box，SOX]、II 型膠原、Acan和其他基因的表達(dá)。BMSC通過維持 Runx2 基因的表達(dá)形成軟骨細(xì)胞[39]。有研究發(fā)現(xiàn)正常人軟骨中 BMP2、BMP4、BMP5、BMP6、BMP7 和 BMP9 高表達(dá)[40]，這表明BMP 參與維持正常人軟骨組織中的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。BMP 可以影響體內(nèi)軟骨形成，但 BMP 的表達(dá)與軟骨形成之間的關(guān)系需要體內(nèi)和體外實驗進(jìn)一步研究。

BMP2 通過抑制細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶 4 的表達(dá)、Runx2 的泛素化和蛋白酶降解，提高 Runx2 在轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后表達(dá)水平[41]。BMP2 誘導(dǎo) Sox9 表達(dá)，進(jìn)而刺激軟骨標(biāo)記物的表達(dá)，例如 II 型膠原 α1 鏈（Col2a1）[26]。BMP4 在軟骨形成中起引導(dǎo)作用。不僅可以誘導(dǎo)間充質(zhì)細(xì)胞分化為軟骨，還可以誘導(dǎo)結(jié)節(jié)間質(zhì)細(xì)胞的表達(dá)，從而促進(jìn)軟骨結(jié)節(jié)的形成[42]。BMP5 可以增加肥大標(biāo)記物、I 型膠原、II 型膠原和 X 型膠原的表達(dá)[43]。有研究表明，敲除軟骨細(xì)胞中 BMP6 基因?qū)е?II 型膠原和 X 型膠原的表達(dá)顯著降低[44]。BMP7 可促進(jìn)軟骨標(biāo)記物的表達(dá)，例如Col1a2、Col2a1、Col10a1、基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP13）、Runx2 和 Acan[45-46]。此外，BMP9 可以增加 BMSC 中 II 型膠原蛋白、Sox9、Acan 和軟骨寡聚蛋白的表達(dá)[47]。不同 BMP 的生物學(xué)功能會有交叉，所以，BMP 組合使用可能比單個BMP 在促進(jìn)軟骨或骨再生更有效。BMP 在軟骨形成過程中的作用總結(jié)見表 2。

表2 BMP在軟骨形成中的生物作用

BMP相關(guān)調(diào)節(jié)點位生物作用 BMP2Runx2、Sox5、Sox9、Acan和 Col2a1增加 Runx2 的表達(dá)水平，促進(jìn)軟骨形成[36] BMP4Sox9、II 型膠原蛋白、X 型膠原蛋白起引導(dǎo)作用。調(diào)控椎體軟骨、椎弓根和近端肋骨發(fā)育[48] BMP5I 型膠原蛋白、II 型膠原蛋白、X 型膠原蛋白促進(jìn)軟骨形成[43] BMP6II 型膠原和 X 型膠原影響軟骨發(fā)育[44] BMP7Col1a2、Col2a1、Col10a1、MMP13、Runx2和 Acan促進(jìn)軟骨形成[46] BMP9II 型膠原蛋白、Sox9、Acan和 ALK-1激活 Smad 通路，促進(jìn)軟骨細(xì)胞分化和成骨分化[47]

1.3 肌腱和韌帶愈合

肌腱和韌帶修復(fù)也是骨科的重要研究方向。然而，肌腱和韌帶細(xì)胞往往是不可再生的，以疤痕組織修復(fù)為主。如何盡可能恢復(fù)肌腱和韌帶的功能也是骨科領(lǐng)域研究的一個焦點。BMP 除了可促進(jìn)軟骨形成和成骨外，還可促進(jìn)肌腱和韌帶的分化和生長，主要起作用的細(xì)胞因子是 BMP12、BMP13、BMP14 和 BMP15[19, 49]。

BMP 在肌腱修復(fù)相關(guān)基因上調(diào)因子有 BMP11、BMP12、BMP13、BMP14 和 BMP15[18]。分子生物學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，BMP12 基因轉(zhuǎn)染可誘導(dǎo) BMSC 分化為肌腱細(xì)胞，增加 I 型膠原 mRNA 和蛋白質(zhì)表達(dá)，但不會影響 III 型膠原 mRNA 和蛋白質(zhì)表達(dá)[50]。將轉(zhuǎn)染 BMP12 的細(xì)胞移植到大鼠肌腱損傷中，結(jié)果顯示 I/III 型膠原、scleraxis（SCX）和 tenascin-C 均表達(dá)增多[51]。腺病毒介導(dǎo)的 BMP13 植入大鼠岡上肌腱表明，BMP13 上調(diào)了 III 型膠原和纖維連接蛋白的表達(dá)，并提高了生物力學(xué)性能[52]。Wang 等[49]體外研究 BMP14 對 BMSC 分化的影響結(jié)果表明，BMP14 在 mRNA 和蛋白質(zhì)水平上調(diào) sirtuin 1（Sirt 1）的表達(dá)，激活 JNK 和 Smad 通路，可顯著增加肌腱標(biāo)記物。BMP12 和 BMP13 通過腺病毒載體在 BMSC 和前交叉韌帶（ACL）成纖維細(xì)胞中表達(dá)，在 I 型膠原水凝膠中培養(yǎng) 21 d 后，BMSC 和前交叉韌帶成纖維細(xì)胞分化為韌帶細(xì)胞[53]。因此，多種 BMP 聯(lián)合應(yīng)用于肌腱和韌帶修復(fù)中，效果更為明顯。BMP 在肌腱韌帶愈合過程中的作用總結(jié)見表 3。

1.4 血管形成

血管再生是骨形成過程中關(guān)鍵的步驟。在骨愈合過程中，新形成的血管對營養(yǎng)供應(yīng)、大分子運(yùn)輸、細(xì)胞聚集和維持代謝微環(huán)境非常重要。如何有效地促進(jìn)血管生成和保持 BMP 的持續(xù)釋放是促進(jìn)骨形成關(guān)鍵所在[54]。血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）是血管生成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子之一。VEGF 可調(diào)節(jié)干細(xì)胞的增殖、血管化和骨化[55]。在骨愈合過程中，VEGF 先刺激血管生成，然后 BMP 促進(jìn)骨形成。BMP 和 VEGF 在成骨和血管生成之間具有調(diào)節(jié)耦合效應(yīng)[56]。研究表明，在骨不連模型中局部應(yīng)用 VEGF，在骨折愈合的早期可以促進(jìn)骨愈合[57]。骨愈合過程中，VEGF 早期高表達(dá)，BMP 晚期高表達(dá)。因此，VEGF 的早期快速釋放和保持 BMP2 的全程緩慢釋放，可以更高效地促進(jìn)骨再生。VEGF 和 BMP2 協(xié)同作用，可顯著增強(qiáng)成骨和血管再生分化[58]。VEGF 通過調(diào)控血管的形成間接促進(jìn)骨形成。此外，BMP 和 VEGF 之間的這種相互作用已在骨再生研究中得到證實。

1.5 BMP 衍生肽及其他活性物質(zhì)

BMP 具有成本高、異位骨形成、化學(xué)不穩(wěn)定性和免疫反應(yīng)等缺點。而 BMP 衍生肽相比 BMP 有分子量小、化學(xué)穩(wěn)定性好、應(yīng)用靈活、經(jīng)濟(jì)成本低、安全性高和生物效應(yīng)良好等優(yōu)點[57,59]。BMP 衍生肽也可以激活成骨分化，從而誘導(dǎo)成骨[60]。

骨愈合不僅依賴于單個生長因子作用，還依賴于許多生物成分的聯(lián)合作用，例如地塞米松（Dex）、維生素 C、維生素 D、TGF-β、VEGF、FGF 和胰島素等。因為 Dex 與 BMP2 具有協(xié)同作用，常添加到體外成骨誘導(dǎo)培養(yǎng)基使用。當(dāng)間充質(zhì)干細(xì)胞在添加 BMP 和 Dex 的基本培養(yǎng)基中培養(yǎng)時，成骨細(xì)胞 ALP 活性顯著增加[61]。與單獨(dú)使用 BMP 相比較，BMP 和 FGF 聯(lián)合使用顯著增強(qiáng)成骨能力[62]。BMP2 和 TGF-1 或TGF-3 聯(lián)合使用比單獨(dú)使用 BMP2 具有更強(qiáng)的軟骨再生活性[63]。

2 骨科領(lǐng)域 BMP 臨床應(yīng)用的研究進(jìn)展

2.1 開放性骨折或骨不連

嚴(yán)重的開放性骨折或骨不連通常需要多次手術(shù)和長期康復(fù)治療，并可能遺留功能殘疾或心理疾病。目前，自體骨移植（autologous bone grafting，ABG）治療骨缺損，治愈率和安全性較高。大量臨床研究表明，BMP 治療骨不連可以縮短骨愈合時間，與 ABG 聯(lián)合使用治療效果更佳[64]。Hissnauer 等[2]回顧性分析 10例用 rhBMP2 治療的先天性脛骨假關(guān)節(jié)（CPT）或脛骨骨不連的患兒。10 名患兒中有9 名在首次手術(shù)后痊愈。Singh 等[30]對 42 名（BMP7 單獨(dú)應(yīng)用 1 例，BMP 聯(lián)合 ABG 41 例）持續(xù)接受 rhBMP7 治療的難治性上肢骨不連患者進(jìn)行隨訪。其中 40 例骨折愈合，2 例骨折部分愈合。因此，rhBMP 和 ABG 聯(lián)合應(yīng)用比單獨(dú)應(yīng)用 BMP 治療骨不連的效果更好。

表3 BMP 在肌腱和韌帶愈合中的生物作用總結(jié)

BMP相關(guān)調(diào)節(jié)點位生物作用 BMP12I/III 型膠原蛋白、腱蛋白-c和 SCX誘導(dǎo)間充質(zhì)干細(xì)胞分化為肌腱細(xì)胞，促進(jìn)肌腱損傷再生[50] BMP13III 型膠原、纖維連接蛋白促進(jìn)肌腱愈合[52] BMP14加強(qiáng)sirtuin 1表達(dá)激活 JNK 和 Smad 通路，誘導(dǎo) BMSC 肌腱分化[49]

rhBMP2 和 rhBMP7 均有助于骨折愈合。目前關(guān)于 rhBMP 的安全性和有效性仍存在較大爭議。rhBMP 在長骨骨不連治療研究較少，在骨不連治療中的作用和適應(yīng)證尚未明確闡明。需要更多的研究來驗證rhBMP 長期療效和安全性。

Caterini 等[29]報告了 12 例難治性肱骨骨不連患者，他們接受了 rhBMP7、羥基磷灰石和 ABG 治療。所有患者骨不連平均愈合時間為 7.3 個月，功能基本恢復(fù)，療效滿意。這表明rhBMP7 和 HA 的聯(lián)合應(yīng)用促骨愈合效果更佳。在治療上加用 BMP 可以一定程度提高急性脛骨骨折的愈合率，并且明顯減少二次手術(shù)；但也易發(fā)生異位骨化[65]。Dilogo 等[66]采用自體 BMSC、HA 和 rhBMP2 聯(lián)合治療 6 例骨缺損患者。術(shù)后 12 個月的隨訪表明，所有患者的功能均有明顯改善。rhBMP2 和 rhBMP7 與其他骨生長促進(jìn)物質(zhì)（如 HA 和 ABG）結(jié)合，可顯著促進(jìn)骨愈合。為了減少異位骨化并發(fā)癥，可選擇合適的生物材料復(fù)合使用。

2.2 椎體融合

骨不連在脊柱骨科也非常具有挑戰(zhàn)性。脊柱不穩(wěn)可引起神經(jīng)損傷和后遺癥。因此，需要手術(shù)融合椎體，增加脊柱穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的手術(shù)方法治愈率低，會引起許多并發(fā)癥。在脊柱外科中，BMP 治療能否提高治愈率并減少并發(fā)癥，是個亟待解決的問題。

特別是小兒脊柱外科，由于兒童自體骨量不足，難以滿足 ABG。因此，尋找可替代的 ABG 或減少骨移植數(shù)量治療方法非常重要。目前，ABG 結(jié)合 BMP 用于脊柱融合，受到了越來越多的關(guān)注[67-68]。在一項研究中[68]，13 名脊柱畸形兒童在脊柱融合期間接受 rhBMP2 治療，平均隨訪51 個月。結(jié)果顯示，經(jīng)rhBMP2 治療的兒童脊柱融合率高，并發(fā)癥的發(fā)生率無增加。因此，rhBMP2 適用于小兒脊柱外科治療，如先天性或系統(tǒng)性疾病導(dǎo)致骨缺損嚴(yán)重的情況。Gressot 等[69]對 11 例經(jīng)長節(jié)段融合和 rhBMP2 治療 L5-S1脊柱畸形的患兒進(jìn)行了回顧性分析，與直接融合相比，這種治療方法并發(fā)癥發(fā)生率低，出血少，手術(shù)時間短。鎮(zhèn)萬源等[70]對 106 例腰椎退行性疾病患者采用不同手術(shù)方式進(jìn)行比較分析，57 例采用 BMP2 加入 Cage 并植入椎間隙，49 例采用自體骨填充于 Cage 中并植入椎間隙，發(fā)現(xiàn)采用 BMP2 組進(jìn)行腰椎后路釘棒內(nèi)固定植骨間融合術(shù)治療效果更佳。

rhBMP2 治療效果良好，但我們不能忽視術(shù)后并發(fā)癥的存在。拉什大學(xué)骨外科回顧了 573 名脊椎手術(shù)期間接受 rhBMP2 治療的成年患者[71]。在這些患者中，91.4% 達(dá)到了術(shù)后愈合標(biāo)準(zhǔn)。然而，少數(shù)患者使用rhBMP2 治療后發(fā)現(xiàn)有異位骨形成、椎體骨溶解和假性關(guān)節(jié)形成等并發(fā)癥。在 119 名患者的隨訪研究中[71]，rhBMP2 治療可降低假性關(guān)節(jié)形成的發(fā)生率，但也容易出現(xiàn)術(shù)后神經(jīng)根炎和異位骨形成等并發(fā)癥。數(shù)據(jù)表明，使用水凝膠密封可顯著降低術(shù)后神經(jīng)根炎的發(fā)生率?？偟膩碚f，rhBMP2 在成人脊柱手術(shù)應(yīng)用取得滿意的效果。但兒童應(yīng)用 rhBMP2，椎體融合失敗率高于成人。因此，rhBMP2 在兒童和成人脊柱融合中的應(yīng)用研究應(yīng)區(qū)別對待。BMP 是否影響兒童椎體的發(fā)育，還有待進(jìn)一步的評價和研究。

總之，以往大量的 BMP 臨床應(yīng)用回顧性研究證實，BMP 具有促進(jìn)骨修復(fù)，減少并發(fā)癥等優(yōu)點。然而，BMP 單獨(dú)的療效并不顯著。在骨愈合過程中將其他促進(jìn)骨愈合的因素（如 ABG、HA 顆粒、水凝膠、膠原海綿和骨替代物）與 BMP 結(jié)合，可以獲得更好的治療效果。

3 當(dāng)前限制和未來展望

在骨科中，由大面積骨缺損引起的骨延遲愈合或骨不連，一直是一個難題。如何有效地促進(jìn)骨愈合已是一個重要的研究領(lǐng)域。假體植入、ABG、載體復(fù)合藥物或生長因子等方法均可促進(jìn)骨愈合。在近幾年生長因子研究當(dāng)中，BMP 成骨活性最強(qiáng)。目前，對 BMP 的認(rèn)識還較淺，骨基質(zhì)蛋白是通過 Smad 途徑刺激成骨細(xì)胞分化，但骨基質(zhì)蛋白的信號通路仍在研究中。BMP 不是依賴單一的信號通路發(fā)揮作用，而是通過許多信號通路共同作用及各種因素相互影響，刺激體內(nèi)的成骨細(xì)胞修復(fù)骨缺損。此外，BMP 基因不僅在骨骼系統(tǒng)中表達(dá)，而且在其他器官和組織中也有表達(dá)。目前，體外研究和動物實驗研究表明，BMP 在軟骨分化、骨分化和肌腱及韌帶分化中具有重要作用。BMP2、BMP4、BMP5、BMP6、BMP7 和 BMP9 對軟骨形成和骨愈合有明顯的刺激作用，而 BMP12、BMP13 和 BMP14 對肌腱和韌帶修復(fù)有顯著的作用。BMP 和其他細(xì)胞因子也具有協(xié)同作用，增強(qiáng)其成骨、成軟骨、促進(jìn)肌腱形成和血管形成能力。

2002 年，F(xiàn)DA 批準(zhǔn) rhBMP2 和 rhBMP7 用于臨床治療脊椎融合、開放性骨折或骨不連以及頜面骨修復(fù)等問題。在應(yīng)用 BMP 的過程中，我們應(yīng)注意預(yù)防并發(fā)癥，并對成人和兒童進(jìn)行個體化治療。如何在低劑量下實現(xiàn) BMP 的緩慢和持續(xù)釋放是一個難題。如何將BMP 復(fù)合到合適的支架上，使其能夠在骨折愈合過程中持續(xù)緩慢釋放并刺激成骨作用，這是 BMP 在骨組織工程進(jìn)一步的研究方向。

4 結(jié)論

BMP 在刺激干細(xì)胞分化為骨、軟骨母細(xì)胞和肌腱方面具有強(qiáng)大的作用，為骨科疾病的治療提供了新的思路。BMP 在應(yīng)用時，需要載體（膠原蛋白海綿或其他植入物）來實現(xiàn)其緩慢和持續(xù)釋放，這是未來的一個研究趨勢。

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蔣煜文，Email：jywjyw71@163.com

2022-11-16