中樞神經損傷條件下相關因子對骨折愈合影響的研究進展

廖林波　藍常貢　唐毓金　彭維波　謝克恭　梁俊卿

【關鍵詞】 顱腦損傷；脊髓損傷；生長因子；骨折愈合

中圖分類號：R683.42 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2018.04.027

骨折愈合是一個連續、動態的骨再生過程，其發生機制甚為復雜，該過程的結果受到許多因素（比如神經因素）的影響。臨床工作中為了更好地促進骨折愈合及更加完美地使骨折患者恢復健康，這已成為當代醫生亟需攻克的又一難題。相關資料報道，在中樞神經損傷（包括脊髓損傷和顱腦創傷）患者骨痂生長速度更快、骨痂數量更多、骨折愈合所需要的時間更短，甚至還可出現異位骨化現象。故筆者總結中樞神經損傷條件下相關因子對骨折愈合影響的最新研究進展，并作如下綜述。

1 中樞神經損傷與骨折愈合的關系

早在1960年Gibson在治療四肢骨折伴腦外傷患者的過程中，發現股骨骨折四周可見大量骨痂形成[1]。Robert于1968年又發現了顱腦創傷后亦可出現異位骨化，自此有關中樞神經損傷條件下對骨折愈合的影響已逐步成為諸多學者關注的焦點。Wang等[2]在一項關于脊髓損傷條件下對股骨骨折骨愈合影響的研究中，通過免疫組織化學染色發現，脊髓損傷后骨折四周骨痂數量更多、骨痂組織體積更大，且通過X線評分分析顯示，脊髓損傷后骨折愈合所需要的平均時間比無脊髓損傷者短。國外Perkins與Skirving[3]對22 例單純股骨干骨折患者、22 例腦外傷伴股骨干骨折患者，采用髓內釘固定術治療，發現腦外傷伴股骨干骨折患者骨折局部骨痂量更多，骨愈合時間更短。此外，前期有學者通過動物實驗證實[4]，在骨的愈合過程中，合并有顱腦外傷組大鼠骨痂數量形成更多且骨折愈合更快。彭方亮等[5]在構建SD大鼠腦外傷合并股骨骨折的模型中，與單純股骨骨折SD大鼠相比，發現合并腦外傷的SD大鼠骨折處骨痂量更多，骨愈合的速度更快。上述研究表明，中樞神經損傷（如脊髓損傷、顱腦損傷）條件下骨痂量更多、骨愈合速度更快，提示在骨折愈合過程中，中樞神經系統可能發揮著網絡調控作用。

2 中樞神經損傷條件下相關因子對骨折愈合的影響及其機理

2.1 轉化生長因子-β（transforming growth factor beta，TGF-β）

TGF-β是一種可調節細胞生長、分化的多效能二聚體分子，目前已知的亞型至少有6種，命名為TGF-β1～TGF-β6。TGF-β1具有刺激骨吸收與破骨細胞形成的多重作用[6]，在骨折中TGF-β1表達水平更高[7]。既往有文獻報道[8]，TGF-β1在脊髓損傷大鼠中呈高表達狀態，隨著脊髓損傷程度的增高，血清中該因子的濃度也隨之增高，提示其在脊髓損傷后的骨折愈合中扮演重要角色。一項關于合并腦損傷大鼠骨折愈合過程中TGF-β1血清含量及在骨折位點的表達研究發現[9]，該因子在腦損傷后骨折愈合作用尤為重要，且TGF-β1能有效刺激骨折反應，并加速骨愈合。另外，學者楊森等人[10]對28例住院病人的血清進行ELISA分析，發現在骨折合并脊髓損傷組血清中TGF-β表達水平明顯高于其他對照組，因而認為TGF-β水平改變與骨折愈合有一定的相關性。中樞神經損傷條件下骨折愈合加速TGF-β的作用機理可能為：一方面，早期TGF-β的高表達可能是由于腦外傷或脊髓損傷后局部血腫區域內血小板破裂導致其進入血液循環并進一步作用于骨折斷端的結果。另一方面，中樞神經損傷亦可引起多種細胞（包括星型膠質細胞、神經元細胞和髓內、髓外血管內皮細胞）的表達增加，從而導致內源性TGF-β因子急劇上升以及骨基質蛋白大量表達，進而加速軟骨內成骨。除此之外，合成的骨基質蛋白可促進骨折斷端附件內外形成骨樣組織，并逐漸骨化，從而加速膜內成骨。

2.2 胰島素樣生長因子（insulin-like growth factor，IGF）

IGF亦稱為促生長因子，在中樞神經損傷中該因子能夠在骨生長、骨重塑以及骨修復過程扮演重要角色[11]。研究發現，IGF在骨折合并腦外傷患者血清中呈異常表達[12]。那么中樞神經損傷后IGF表達的增加是如何影響骨折愈合過程，為此國內外學者進行了大量臨床實驗與動物研究。既往有文獻報道[13]，腦損傷極有可能對骨愈合產生一定影響，而IGF則可能是中樞神經受損后影響骨折愈合的重要因素之一。 此外，在一項關于低氧大鼠顱腦損傷合并骨折后IGF-I表達變化的生物學意義的研究中[14]，通過ELISA法測定發現，血清中IGF-I表達水平在腦外傷伴骨折組尤為顯著，且通過X線評分時，發現合并腦損傷的大鼠骨折愈合明顯快于無腦損傷組大鼠，提示腦損傷合并骨折組骨痂的形成與改造可能提前啟動了，其結果是骨痂形成與骨愈合速度更快，故認為IGF-I可能是腦外傷后影響骨愈合的關鍵因子。合并腦外傷組外周血中，該因子表達情況顯著高于單純骨折組，究其原因可能是：受損神經組織釋放的IGF-I通過破壞的血腦屏障進入外周血，最終作用于局部骨折處而發揮作用。

2.3 腫瘤壞死因子-α（tumor Necrosis Factor-α，TNF-α）

TNF-α亦稱惡病質素，自1975年被發現至今其在脊髓損傷后的表達研究甚多，諸多資料顯示腫瘤壞死因子-α在中樞系統損傷（例如脊髓損傷或顱腦創傷）后早期呈高表達狀態[15～16]，這初步提示TNF-α同創傷后的應激反應密切相關。最近有學者通過動物實驗證實[17]，在脊髓損傷早期（8 h）脊髓組織細胞中的TNF-α就有明顯升高。Ross等研究發現，在顱腦創傷患者外周血及腦脊液中TNF-α濃度也有一定程度增高。除此之外，國內曾日祥等[18]對87例住院患者的外周血進行分析，發現脊髓損傷并發骨折組血清TNF-α含量明顯高于對照組。學者Wang等[19]在研究脊髓損傷條件下對股骨骨折骨愈合的研究中發現，與骨折組相比，脊髓損傷并骨折組骨痂組織體積更大，且骨折愈合平均時間更短。上述各項研究表明，炎癥因子TNF-α在中樞神經系統損傷后可能對骨折的早期愈合作用至關重要，其原因可能為：由于在中樞神經損傷后早期血清中TNF-α濃度就呈現出高表達現象，該因子可促使諸多趨化因子（如中性粒細胞和單核細胞）的產生，并進一步加重炎癥反應，同時還可使小膠質細胞活化，引起膠質增生、瘢痕形成以及繼發的毒副作用[20]，從而最終能破壞血脊髓屏障或血腦屏障，因而TNF-α被認為是眾多細胞因子中的重要啟動因子。而在中樞系統中，在創傷條件的刺激下，TNF-α亦可由多種細胞（包括神經細胞和小膠質細胞）合成、分泌，故在中樞神經損傷伴骨折患者血清中TNF-α變化情況最為明顯。總之，在機體創傷后導致局部中性粒細胞和單核細胞以及脊髓組織中上述細胞的激活，從而分泌大量的TNF-α因子，并通過受損的血脊髓屏障或血腦屏障進入外周血作用于局部斷端骨折處而發揮作用的結果。

2.4 神經突起因子（Neuritin）

Neuritin是一種由142個氨基酸構成的，具有多效能的小分子分泌蛋白。自Nedivi等[21]發現至今，其在神經系統的發育、創傷后神經的再生修復等方面均扮演重要角色。自此有關該因子在這一領域的研究，已逐步成為眾多研究者關注的焦點，特別是在中樞神經系統損傷（如脊髓損傷、顱腦創傷）條件下Neuritin因子對骨折愈合的影響。既往有研究報道[22]，Neuritin可誘發真皮微血管的發生，并能使血管內皮細胞的生物學功能發揮得更強，而局部血管的生長及血管內皮細胞活性的改變在骨折的愈合過程中發揮的作用不容忽略，提示Neuritin的表達可能在骨折愈合過程扮演重要角色。近年來有學者通過動物實驗證實[23]，在創傷性顱腦損傷的早期（術后第3天）Neuritin的表達就開始增高，但Neuritin的高峰卻出現在術后的中期，通過免疫組織化學染色發現，在腦外傷伴股骨骨折組Neuritin表達更高，且局部骨痂數量更多、骨折愈合速度更快。另外，魏勇等人[24]對160例住院患者在傷后不同時間里分別抽取患者靜脈血，采用ELISA技術檢測發現，在傷后不同時間里血清中Neuritin水平呈現出動態表達現象，傷后第3天略升高，一直持續到傷后第14天才開始下降，且組間比較發現，這種現象以骨折組伴腦外傷變化最為顯著，這一定程度上揭示出Neuritin極有可能對骨折的愈合起了作用。考慮到脊髓損傷條件下可能使骨折的愈合過程提前啟動了，究其原因可能是：①脊髓損傷后外周血中各種因子的超量表達，如：如TGF-β、IGF等。而這些因子的生長與分化可能間接促進骨折處Neuritin的表達。②有研究發現，Neuritin是神經生長因子（nerve growth factor，NGF）介導下神經突起（包括樹突和軸突）生長及分支形成過程的關鍵因素，而脊髓損傷條件下可能一定程度上影響了局部骨折斷端處Neuritin因子的釋放，并可通過與NGF因子的彼此協調作用，更好地促進骨折處骨痂的形成，從而加速骨折愈合過程。③由于脊髓損傷后可導致機體血脊髓屏障或血腦屏障受損，破損的脊髓組織所釋放的Neuritin因子被運輸至血中所致，最終作用于局部骨折處而發揮作用。然而，迄今為止涉及Neuritin與骨折伴中樞神經損傷的分子機制知之甚少，其具體發生機制尚需深入探究。

2.5 其他因子

除了上述幾種因子在中樞神經損傷中對骨折愈合影響外，近年來研究大多集中在骨形態發生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）、堿性成纖維細胞生長因子（basic fibroblast growth factor，BFGF）。BMP屬于TGF-β超家族一員。相關資料報道，BMP能夠誘導動物及人體MSCs（間充質干細胞）分化為骨及軟骨等組織，從而加速骨折愈合。國外著名學者Yaoita等[25]在文獻中報道，股骨骨折2天后骨折處BMP-2/4mRNA表達增高。國內馬敏杰等通過動物實驗已證實[26]，脊髓損傷后損傷脊髓組織中BMP-2的表達的確有所增加。另外研究也發現了，TGF-β在BMP-2的調控下異常表達，進一步加速局部血管的再生，與此同時還可提高成骨細胞的數量與活性，從而加速骨愈合。這些結果初步提示BMP極有可能在中樞神經損傷后加速骨折愈合中發揮著至關重要的作用。研究發現，BFGF可提高血管內皮細胞新生能力，從而加速相關組織（包括骨組織、軟骨組織及纖維組織）的修復功能[27]。此外，資料顯示[28]，在骨折合并腦外傷患者血清中BFGF呈反常表達。Tasso等報道[29]，BFGF可改善成骨細胞生物學活性，使膠原纖維大量合成以及骨鈣素水平顯著提高，進而加快骨化以及骨痂大量形成，最終可促進骨愈合過程加速完成。在創傷愈合過程中，TGF-β可通過激活巨噬細胞，進而釋放出BFGF因子，這些釋放的BFGF與TGF-β協調作用，可加速骨愈合[30]。除此之外，血管內皮生長因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF）在BFGF誘導下可大量表達，并可進一步促進新骨形成。中樞神經損傷條件下骨愈合加快，BFGF的作用機制可能為：中樞神經損傷后外周血中BFGF表達的增加，可直接作用于局部骨折處，使BFGF的成骨作用發揮更強，急劇加速骨愈合過程。而在中樞神經損傷后血清中升高的BFGF、VEGF與TGF-β等生長因子，這些局部或血液循環中釋放的生長因子之間通過協調作用，并可共同促進創傷骨折的愈合。

3 結語

盡管現在有越來越多研究發現并證實了中樞神經損傷后諸多生長因子，在促進骨愈合的過程中作用不容忽略。但目前國內外關于這些細胞因子在中樞神經損傷后是如何加速骨折愈合的報道尚不夠充足，未來還需進一步研究與探討，以闡明其具體發生機制。相信隨著分子生物技術的開展以及研究的深入，我們對骨愈合的機理會有更深入的了解，對骨折愈合的研究將會進入一個嶄新的領域，進而為設計出新型藥物干預加速骨折愈合奠定基礎。

參 考 文 獻

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（收稿日期：2017-08-05 修回日期：2018-08-14）

（編輯：梁明佩）