上頜快速擴弓腭中縫血管內皮生長因子的時空表達與新骨形成的相關性研究

張衛兵　王林

[摘要] 目的 探討上頜快速擴弓擴張期和固定期兔腭中縫組織血管內皮生長因子（VEGF）的時空表達模式以及新骨形成情況。方法 將44只新西蘭大白兔隨機分為11組：實驗組（共5組）、對照組（共5組）、對照0組，每組4只。用螺旋分裂基托擴大矯治器（Haas矯正器）擴張兔上牙弓，快速擴張2周，固定4周。在安裝擴張器當天（對照0組）、快速擴張第1、2周、固定第1、2、4周（實驗組和對照組）取兔上頜骨腭中縫組織塊，采用免疫組織化學法檢測VEGF在腭中縫組織中的分布和表達變化，采用過碘酸-Schiff染色法觀測新骨形成。結果 快速擴張的腭中縫可見高水平的VEGF表達，VEGF陽性信號主要定位于血管內皮細胞胞漿和增殖活躍的成骨細胞胞漿。對照組VEGF在整個實驗過程中均呈弱陽性表達。實驗組快速擴張第1周、快速擴張第2周、固定第1周、固定第2周VEGF蛋白表達量均高于對照組。隨著機械應力快速擴張，實驗組VEGF蛋白表達量逐漸上升，固定1周達峰值后逐漸下降。實驗組新骨形成的量均高于對照組，新骨形成的量逐漸上升，固定2周達峰值后逐漸下降。結論 上頜快速擴弓產生的機械牽張力可以導致VEGF生成增加從而促進血管及新骨的生成。

[關鍵詞] 上頜快速擴弓； 血管內皮生長因子； 免疫組織化學； 新骨形成

[中圖分類號] R 783.5 [文獻標志碼] A [doi] 10.7518/hxkq.2014.06.007

上頜快速擴張腭中縫的愈合過程受到多種因素的調節，研究[1-2]表明，轉化生長因子、骨形成蛋白等在上頜快速擴張腭中縫組織改建過程中起重要的調控作用。然而，上頜快速擴張腭中縫牽張成骨是一個血管生成依賴性過程，在骨改建中需要有足夠的血運供應，而且血管生成要早于新骨形成。研究[3]發現血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）在血管生成和新骨形成中扮演十分重要的角色，但是其在上頜快速擴張腭中縫組織改建過程中的作用尚未見報道。本課題擬采用兔上頜快速擴張模型，用免疫組織化學方法檢測VEGF在腭中縫組織中的分布和表達變化，并采用過碘酸-Schiff（periodic acid-Schiff，PAS）染色法觀測新骨形成，為研究VEGF與上頜快速擴張腭中縫牽張成骨的關系提供實驗依據。

3 討論

本研究免疫組織化學方法檢測VEGF在腭中縫組織中的分布和表達變化的情況，采用PAS染色法觀測新骨形成，來探討VEGF在上頜快速擴張腭中縫牽張成骨中的生物學意義。

上頜快速擴張腭中縫牽張成骨的方式為膜內成骨，在腭中縫骨邊緣部位血管增生，間充質細胞密集并分化為骨原細胞，其中部分骨原細胞成為成骨細胞，并且分泌出細胞間質的有機成分，形成類骨質，此過程為新骨形成。此時骨細胞間質（又稱骨基質）的有機成分中富含有糖-蛋白質復合物[6]，經過碘酸的氧化，再與染色劑結合，能夠清楚地顯示為紅色，所以PAS染色法[5]可用來顯示新骨形成。

近年來關于血管生成在骨生長發育和修復再生中的意義越來越受到重視，現已證實新生血管的長入是骨發育、修復再生的必需過程[7]，骨組織重建或適應性增生依賴于新生毛細血管的快速形成與分布，新生血管形成對新骨形成起了關鍵作用[8-9]。

機械力調節骨縫生長如前方牽引施加矯形力于上頜頜周骨縫和上頜快速擴張腭中縫等，是經過一系列復雜的細胞和分子生物學行為完成的，涉及到諸如血管生成、間質細胞分化遷移、細胞外基質合成和礦化及骨改建等多個生理過程，且都由許多生長因子通過分子信號轉導途徑精細調節[10]。在矯形擴大骨縫組織的改建中，血管生成和骨生成是協調進行和相互影響的，新形成的血管促進新骨的形成，在新骨形成之前，首先發生的是血管的侵襲，新骨發生在新生的血管附近，血管轉運骨祖細胞，分泌分裂原始成骨細胞，并提供養分和氧氣[11]。VEGF則是血管生長的重要調節因子。VEGF是一種多功能的細胞因子，具有增加微血管通透性和促進血管內皮細胞增殖、遷移，誘導血管生成的作用[12]。VEGF還參與骨形成與代謝，Nakagawa等[13]研究表明阻斷內源性VEGF的活性，骨形成與骨吸收就停止。VEGF可通過自分泌、旁分泌作用于成骨細胞和破骨細胞，在調節血管生成的同時，對骨組織的再生、修復發揮非常重要的作用。關于VEGF在上頜快速擴張腭中縫組織中的表達模式及作用尚不清楚。

本研究結果顯示，實驗組新骨形成的量均高于對照組，同時機械力刺激可以導致內源性VEGF的生成增加，實驗組VEGF的表達水平顯著高于對照組。在實驗組中隨著機械應力快速擴張，VEGF蛋白的表達量逐漸上升，第3周即固定第1周達峰值后逐漸下降。新骨形成則是從快速擴張第1周到固定第1周逐漸增加，在VEGF最高水平表達的1周后即固定第2周達峰值。牽張成骨過程中VEGF的顯著表達同時伴隨著新骨形成的增加，可見快速擴張兔腭中縫牽張成骨過程中VEGF的表達同新骨的形成呈正相關性。體外實驗證實VEGF對培養的成骨細胞有促進趨化和增生的作用[14]，成骨細胞本身可表達VEGF，成骨細胞本身也表達其受體Flt-1和Flk-1[15]。VEGF既能以旁分泌，又能以自分泌作用方式調節成骨細胞功能。本研究中觀察到在擴張第2周及固定第1、2周時成骨細胞VEGF染色強陽性，表明VEGF參與了快速擴張力作用下腭中縫組織的成骨調控活動。

實驗組腭中縫組織中VEGF呈高水平表達，除定位于血管內皮細胞，還定位于增殖活躍的間充質細胞、成骨細胞。VEGF的分布廣泛，表明其可能更多地參與和調節牽張成骨各個時期的細胞生物學行為。本研究組織學觀察顯示成骨細胞和血管床的內皮細胞緊密相鄰，實驗組腭中縫組織成骨細胞和血管內皮細胞VEGF染色強陽性，說明成骨和血管化是不可分割的。成骨細胞在缺氧的條件下分泌VEGF，VEGF有促進內皮細胞增殖和保護內皮細胞的作用，而內皮細胞又能合成分泌一系列可溶性調節因子，這些因子具有控制成骨細胞募集、增殖及分化等作用。成骨細胞和內皮細胞相互作用，促進血管化，帶來養分和新的成骨細胞，完成骨組織的修復重建工作。

本研究結果提示VEGF在上頜快速擴張機械-生物信號傳遞以及細胞應答過程中扮演重要的角色。VEGF功能與新骨形成密切相關。也許可在施加擴張力后的腭中縫組織中，通過組織工程學技術局部施加外源性VEGF，或者通過基因技術使腭中縫組織的成骨細胞持續、穩定表達VEGF，以此來增強腭中縫組織的血管生成作用及骨縫改建中的成骨活動，促進大量新骨形成，提高矯治療效的穩定性。

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（本文編輯 李彩）