中藥促進牽張成骨的研究進展

覃祥城， 曾景奇， 王凡， 孫紹裘

（湖南中醫藥大學第二附屬醫院，湖南長沙 410005）

牽張成骨（distraction osteogenesis，DO）是指采用牽開器將切開的骨折端牽開，新生骨組織在牽張間隙內得以形成，同時隨著新骨的形成，附著其上的血管、神經、肌肉、皮膚等軟組織也得到同期延長的技術[1]。牽張成骨新生骨組織的形成速度可達兒童期生長速度的4～6倍[2]。牽張成骨為一種內源性骨組織工程?，F代生物力學研究[3]表明，當穩定牽張骨組織時，骨組織受力區成骨細胞增殖和間充質干細胞骨向分化功能加強，可促進胞外基質的形成和礦化。牽張成骨的現代醫學發生機制尚不明確，目前主要觀點認為，牽張成骨過程中新骨再生的方式為膜內成骨，其中包括血管再生、細胞活化、骨基質形成、基質鈣化和骨改建等組織學過程。

1 牽張成骨臨床應用概況

1957年由俄羅斯醫生Ilizarov在臨床中為治療各類創傷、先天性畸形等疾病而創建的一套完整的牽張成骨生物學理論，被公認為20世紀骨科領域最偉大的發現[4]。至1992年，McCarthy JG等[5]首次成功應用牽張成骨技術于臨床，用于矯治4例兒童的半側顏面發育不全綜合征，這為諸多復雜牙頜面畸形的矯正開辟了新的思路和途徑。目前，牽張成骨已廣泛應用于骨感染、骨缺損、骨腫瘤患者節段性截肢術后肢體畸形及肢體形態和功能重建，已成為解決骨科難治病例的關鍵技術。在過去的數十年中，我國骨缺損的發病率逐漸增加，而牽張成骨在骨缺損病例的肢體形態和功能重建中起到非常重要的作用。然而隨著牽張成骨技術在臨床的推廣和應用，一些缺陷也暴露出來。牽張成骨中新骨形成及鈣化緩慢，治療周期長，尤其是主動牽張后還要經過4～5周的時間固定[6]。過長的治療周期不僅給患者帶來諸多不便，也大大增加了治療期間感染、關節僵硬、成骨不良和關節攣縮的風險[7]。盡管牽張成骨技術與傳統手術相比具有較多優點，但長時間牽拉和固定極大地限制了其臨床應用。如何縮短牽張成骨時間，促進骨質生成，成為目前牽張成骨技術研究的熱點。

牽張成骨的臨床應用已有了較大的發展。在促進牽張成骨的藥物治療方面，目前效果確切并通過食品藥品監督管理局認證的只有骨形成蛋白（bone morphogenic protein，BMP）-2、BMP-7和甲狀旁腺素（parathyroid hormone，PTH）。然而這些藥物由于其載體欠佳、性質不穩等缺陷，其臨床推廣受到影響。生長因子特別是與新骨生成相關的生長因子如轉化生長因子β（transforming growth factor-beta，TGF-β）、堿性成纖維細胞生長因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）等在牽張成骨中起著重要作用[8]，外源性生長因子應用于臨床可加速新骨形成，并已取得較好的效果，但由于其價格昂貴而也難以推廣應用。另外，多名學者嘗試了其他加快牽張成骨中骨生成的方法，如謝紅軍等[9]證明低強度脈沖超聲不僅能加快牽張成骨中新骨形成速度，而且能縮短牽張成骨的時間；黃旋平等[10]的實驗研究表明BMP-2基因修飾自體骨髓間充質干細胞移植可以促進牽張成骨新骨形成和改建；杜騰飛等[11]的研究證實甲狀旁腺激素能夠促進牽張成骨中成骨細胞增殖、分化等。以上多種方法尚處于起步階段，且因價格昂貴，影響牽張成骨在臨床上的推廣與應用。

2 中藥促進牽張成骨研究進展

中藥用于促進骨折愈合的歷史悠久。唐代藺道人著《仙授理傷續斷秘方》是我國現存最早的傷科專著，所載藥物139味，其中包括骨碎補、當歸、川芎等藥，均能加快骨折愈合。自然銅、骨碎補、土鱉蟲、續斷為治療骨折常用藥物。現代研究表明，續斷具有補肝腎、續筋骨的功效，其水提液可以增加骨性骨痂的生成，促進骨折愈合[12]。自然銅煅品通過促進鈣鹽沉積，促進成骨細胞合成，增強骨密度，提高骨痂質量，從而促進骨折愈合[13]。

目前已開展了中藥影響牽張成骨的相關研究。有關中藥及其有效成分影響牽張成骨作用的分子機制也取得了較好的進展，具體表現在以下幾個方面：

2.1 促進BMP及TGF-β表達 在諸多骨生長因子中，BMP與骨誘導的關系最密切。在牽張成骨過程中，BMP-2和BMP-4可通過旁分泌和自分泌途徑作用于牽引區域的成骨細胞、軟骨細胞及其前體細胞，誘導膜內成骨和軟骨成骨。孫丙銀[14]的研究發現，補腎壯骨藥骨碎補干燥根莖中提取的有效成分為骨碎補總黃酮，骨碎補總黃酮促進了牽張成骨動物模型中牽張區的骨痂形成、增加了局部堿性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）和BMP-2的含量，增強其生物力學特性。姜自偉等[15]的研究表明，在大鼠脛骨牽張成骨模型中，骨碎補總黃酮干預的中藥組的成骨質量明顯優于模型組，骨碎補總黃酮可以促進大鼠脛骨牽張末期BMP-2和Smad-1的表達，而BMP-2與Smad-1的表達促進了牽張成骨過程中的成骨。曾景奇[16]構建大鼠牽張成骨模型，通過Micro-CT掃描顯示，在牽張成骨后期，中藥組成骨質量和速度提高，骨塑性優于模型組，并且骨碎補總黃酮在牽張成骨動物模型中能起到激活BMP-Smad通路各主要因子的作用。

TGF-β是重要的骨形成因子之一，在骨代謝、骨損傷修復重建方面中起重要作用，并可促進牽張成骨過程中的成骨細胞的增殖[17]。龐衛祥等[18]的研究表明，補腎活血方能夠有效調節兔截骨延長區TGF-β2的基因表達，影響成骨細胞和骨基質，促進牽張成骨區骨骼的形成。林海運[19]通過構建下頜骨牽張成骨動物模型，觀察中藥三七的提取物三七總皂苷（Panax notoginseng saponins，PNS）對牽張成骨新骨形成的影響。結果顯示PNS可促進牽張成骨過程中的新骨形成，提高TGF-β1表達。高怡加等[20]的研究表明，在建立家兔股骨牽張成骨模型中，治療組同時給予骨碎補總黃酮干預，結果其新生骨組織成熟骨質區域增大，成骨細胞數及骨小梁面積百分比均顯著高于對照組；同時骨碎補總黃酮可增加骨中BMP-2和TGF-β1的含量，促進成骨細胞分化。以上研究為中藥在牽張成骨中的應用提供了理論依據。

2.2 中藥能夠加速牽張成骨區微循環和骨質鈣化 鄒敏等[21]將燈盞花應用于兔上頜骨縫的牽張成骨過程中，結果顯示實驗組X線測量值優于對照組，說明燈盞花具有直接成骨作用，且提示其療效機制與改善血管擴張和微循環有關。任貴云等[22]在構建山羊下頜骨牽張成骨模型的同時給予活血中藥干預，結果顯示活血中藥能夠促進血液循環，強化骨骼，有效加速新骨的形成和鈣化，可有效縮短下頜骨牽張成骨的時間。蔣校文等[23]在建立兔下頜骨牽張動物模型的同時給予杜仲提取物干預，結果顯示杜仲提取物可有效促進兔下頜骨骨牽張的新骨再生。左春然等[24]的研究表明，活血化瘀藥丹參中分離的二萜醌類化合物丹參酮ⅡA對實驗組新骨形成的速度和質量的促進作用均優于對照組，同期實驗組的骨小梁較對照組成熟，成骨細胞較活躍，提示丹參酮ⅡA對兔下頜骨牽張成骨過程具有促進作用。閆寶勇等[25]的研究表明補腎壯骨中藥可提高牽張成骨的骨鈣蛋白mRNA表達，增強成骨細胞的活性，從而促進牽張區新生骨質的形成和鈣化。

在牽張成骨的相關實驗研究中，中醫中藥協同促進牽張成骨的作用已得到重視。已有不少學者在牽拉成骨術后使用了活血化瘀、補腎強骨的中藥如骨碎補、杜仲等，發現其能加快該區域新生骨的速度并且能提高新骨密度。以上研究結果也證明了中藥促進骨折愈合修復對提高牽張成骨的成骨質量、縮短治療周期的潛在價值。

綜上所述，牽張成骨技術所存在的治療周期過長、成骨質量不高等突出問題現代醫學仍未完全解決，也成為制約牽張成骨技術推廣應用的首要原因。已有實驗研究證實三七、骨碎補、杜仲等活血化瘀、補腎強骨的中藥具有提高牽張成骨成骨質量、縮短治療周期、提高成骨的效能；中醫藥有望成為促進牽張成骨技術在臨床推廣應用的有效而可行的方法。