細胞因子促進骨折愈合及中藥對骨生長因子的作用研究進展

楊陽錢旭

【摘要】各種細胞因子在骨折愈合過程中互相影響，互相促進，起著重要的作用，誘導間充質細胞分化為成骨細胞、誘導成骨細胞增殖分化、增加軟骨細胞分化加速骨組織形成、促進成纖維細胞增殖分化等。TGF-β、BMP-2、PDGF、G-CSF對促進一般性骨折與骨質疏松性骨折的愈合作用顯著.中藥促進骨折愈合與促進成骨因子的分泌有密切聯系。

【關鍵詞】骨折；骨質疏松；轉化生長因子β；骨形態發生蛋白；血小板衍生生長因子；人粒細胞集落刺激因子；中藥

【中圖分類號】R2855【文獻標志碼】 A【文章編號】1007-8517（2016）19-0094-03

骨折愈合是一個需要細胞與細胞因子協同作用的復雜過程，臨床骨折愈合的常見方式[1]分為三個階段：血腫機化演進期、原始骨痂形成期和骨痂改造塑性期[2]。

多年來研究發現，多種細胞因子在骨折愈合中互相影響，互相促進，起著重要的作用[1-2]。這些作用大致有：誘導間充質細胞分化為成骨細胞、誘導成骨細胞增殖分化、增加軟骨細胞分化加速骨組織形成、促進成纖維細胞增殖分化等。而臨床和實驗研究發現骨質疏松性骨折愈合過程的延長也與一些細胞因子分泌的變化有著重要聯系。在骨折的治療中，中藥應用廣泛，越來越多的研究證實，中藥能促進骨折愈合，且其作用機制與促進成骨相關細胞因子表達有密切聯系。

1轉化生長因子β

轉化生長因子β（ Transforming Growth Factor，TGF-β），在骨中含量較多，由骨細胞產生，在骨折愈合早期即開始表達。能激活成骨細胞的骨生成作用，同時抑制破骨細胞的形成、減少骨吸收。其可以以自分泌或者旁分泌的方式促進成骨，對軟骨形成和軟骨骨化都起到了重要作用。Zimmerman等[3]發現股骨干和脛骨骨折的患者，在修復手術后14天時，血清中TGF-β1達到高峰。體外研究發現[4]，成軟骨細胞和成骨細胞都能生成TGF-β，在軟骨骨化過程中也出現大量TGF-β[4]。孫玉鵬等[5]發現在骨折愈合過程中，TGF-β能作用于小鼠股骨干骨膜間充質細胞使之增殖， 分化成軟骨細胞和成骨細胞，通過軟骨化骨作用形成新的骨質。另外，TGF-β亦可增強重組BMP-2的成骨作用[6]。在骨折愈合早期，TGF-β主要來自于血小板的脫顆粒作用，而PDGF，VEGF，FGF等細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。幾種細胞因子協同作用，共同促進成骨。

Yichayaou等[7]在對老年性髖骨骨折病例的研究中發現，在修復術后7d時，血清中TGF-β1已有明顯升高，較高水平可維持一個月。另有實驗證明[8]，TGF-β1 在大鼠骨質疏松損傷愈合的過程中存在一種周期性的表達現象：15d時達到高峰30d已經有回落，且TGF-β1的表達水平低于同時期的假手術組。

多個研究發現中藥能促進TGF-β等成骨因子分泌而促進骨折愈合。研究發現[9]補腎健脾活血方（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疏松骨折大鼠骨折斷端TGF-βmRNA的表達水平，可能是中藥促進骨質疏松型骨折愈合的機制之一。劉忠倫等[10]在交鎖髓內固定術后早、中期用通絡消腫湯和續筋接骨膠囊輔助治療脛骨骨折，發現中藥輔助治療組骨折骨性愈合時間和術后3個月優良率都優于對照組：且中藥輔助治療組的血清TGF-β1水平高于對照組，中藥促進骨折骨性愈合的作用機制可能與其促進TGF-β1的表達有關。另有研究發現[11]用丹參接骨膠囊治療大鼠閉合性股骨骨折，在不同愈合時期TGF-β1表達均高于生理鹽水組。

2骨形態發生蛋白

骨形態發生蛋白（Bone Morphogenetic Protein，BMP），屬于轉化生長因子-β（TGF-β）超家族。在骨發生、骨修復過程中起著不可替代的作用。BMP能誘導特定的間充質細胞轉化為成骨細胞[12]，并可以以軟骨內化骨和膜內化骨兩種方式誘導成骨。BMPs信號通過smad傳導，smad家族是一類將信號從細胞膜外傳導入細胞膜內的介導者[13]。BMP前體蛋白經蛋白水解后形成活性二聚體，再與BMPRⅠ和 BMPRⅡ型受體的復合物結合，Ⅱ型受體使Ⅰ型受體磷酸化激活，后者通過依次磷酸化Smad-1、Smad-5、Smad-8 來傳遞BMP信號[14]。

在BMP家族中，現在研究較多的為BMP-2和BMP-7。體外研究發現BMP-2可增強大鼠BMCs向成骨分化的能力[15]。離體的BMP-2可誘導成骨細胞前體細胞分化為較成熟的成骨細胞樣細胞[16]。BMP-7單獨使用即有很強成骨活性，在富含成骨細胞的細胞培養中，BMP-7能促進細胞增生及膠原合成[17]。體內研究中，Blokhuis[18]等發現，BMP-7能使去勢后骨折大鼠骨小梁的數量明顯現增加，骨痂體積增大，從而顯著促進雌激素缺陷大鼠骨折早期愈合。

劉東寧等[19]通過體外研究發現，三七總皂甙可通過上調BMP-2的表達水平、增強堿性磷酸酶活性，促進骨髓基質細胞向成骨細胞增殖、分化。尹宏[20]等用磷酸鈣骨水泥-淫羊藿復合物局部治療大鼠骨質疏松性骨折，發現其BMP-2mRNA的表達高于磷酸鈣骨水泥治療組，提示局部應用淫羊藿復合物治療能更為有效誘導骨質疏松型骨折局部內源性BMP-2mRNA的表達，從而有效促進骨質疏松型骨折的修復。另有研究發現[21]，接骨Ⅰ號（含紅花、桃仁、桂枝、川芎、乳香、沒藥、元胡、鍛自然銅、續斷、狗脊等）能提高BMP-7基因表達水平，加速骨折愈合。以上研究均表明中藥促進骨折愈合的作用與其促進BMP分泌密切相關。

3血小板衍生生長因子

血小板衍生生長因子（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因子。能促進成骨細胞，成纖維細胞等的分裂與增殖，同時也能強力促進間充質細胞的分裂增值，并可通過促進纖維組織生成和血管生成來加速創傷愈合[22]。PDGF是由兩條相關多肽鏈 （A和B）通過二硫鍵連接而成的二聚體[23]，其存在PDGF-AA、PDGF-BB、PDGF-AB三種異構體結構。其中PDGF-BB能強烈地促進間充質干細胞的增值和遷移[24-26]。在骨折后組織重建過程中，PDGF-A/B可由成骨細胞、成軟骨細胞和間充質干細胞合成分泌，起到募集間充質干細胞聚集于損傷部位，加速骨折愈合的作用[26]。

當骨折發生時， 血小板黏附于骨髓腔內外的毛細血管內皮下層的膠原上， 同時釋放大量 PDGF， 能增強單核細胞的大量增殖和分化， 協同其他因子促進骨折愈合[27]。杜志仙等[28]發現腦外傷合并骨折組骨折愈合速度較單純骨折組快，PDGF于14d達高峰， 維持21d下降，其原因可能為腦外傷后腦組織PDGF表達增強，通過受損的血-腦屏障被運輸到血液中， 使血液中的PDGF 濃度升高，從而在骨折部位發生高表達，進而使其調控骨折愈合的作用得以發揮。

在對骨質疏松性骨折愈合影響的研究中[29-30]，發現在骨質疏松性骨折的早期，與PDGF促進一般性骨折機理相同，PDGF可以誘導血管內皮細胞增殖與血管再生， 促進纖維骨痂分化、成熟， 促進成骨細胞分裂、 增殖。

在對促進骨折愈合的中藥的機理研究中，魏合偉等[31]發現運用中藥骨康（含補骨脂、淫羊藿、熟地等）含藥血清培養的成骨細胞進行移植， 能增強骨痂中血小板衍生生長因子A 和血小板衍生生長因子αR 的表達，促進實驗性骨質疏松性骨折的愈合。另有對兔骨折的研究發現[32]，接骨丹（含當歸、川芎、紅花、桃仁、骨碎補、牛膝等）治療組與對照組比較，治療組骨折愈合較快，骨折端微循環明顯改善，且接骨丹能調節外周血中骨生長因子的合成、分泌，促進BMP、TGF-β、PDGF的表達 。

4人粒細胞集落刺激因子

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

在骨折愈合過程中，TGF-β1表達增加，而NSAIDs則能抑制骨折愈合。Kaygusuz MA等[35]研究發現GCSF能使骨折后大鼠TGF-β1表達增加，顯著促進骨折愈合。同時給予GCSF后也能拮抗萘普生導致的TGF-β1表達減少以及骨折愈合延遲現象，表明GCSF對促進骨折愈合有顯著作用。另有研究表明，rhG-CSF可以在短期內快速動員機體外周造血干細胞增殖和趨化到外周組織損傷處，也可動員外周BMSCs快速增殖。

在相關中藥研究中，黃進等[36]研究發現體積分數10%的中藥黃精含藥血清具有明顯促進骨髓間充質干細胞增殖的作用，并顯著促進粒細胞集落刺激因子mRNA 的表達。

5小結與展望

近年來，細胞因子的研究可謂是一熱點。在骨損傷修復的研究中，研究人員對細胞因子的周期性表達情況、作用機理探討較多，肯定了其在骨折愈合中發揮的重要作用。但是許多細胞因子家族（如BMP家族）龐大，數量眾多，一些目前人們還不熟知、了解還不深入的細胞因子在骨修復中發揮的作用是需要探知的。中藥是我國的瑰寶，中藥治療骨折及骨質疏松有廣泛的臨床應用，探尋中藥治療單純骨折、骨質疏松、骨質疏松性骨折的分子機理，對中醫藥發展有著重要意義。

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（編輯：梁志慶）