骨折愈合的分子生物学进展

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骨折愈合的分子生物学进展 作者：胡蕴玉 近年来，分子生物学作为从分子水平阐明生命本质的新兴边缘学科，在骨科基础研究领域日益得到重视并受到广泛应用。分子生物学采用许多新的实验技术，可以帮助我们更好明确许多细胞内、细胞外及细胞间的机制，而这些对于广大骨科医生更好了解人体骨骼系统生理及疾病的病理生理过程是十分重要的。欲深入了解骨折愈合的基本机制，就必须对分子水平的变化进行探究。目前关于骨折愈合中某些细胞外基质蛋白的表达，部分细胞的迁移、分化及增殖等已有一些研究报道。但所有这些对于我们了解骨折愈合的全过程是远远不够的。对此还需要进一步的深入研究。 骨折愈合的机理非常复杂，它不同于其它组织器官的愈合，主要在于参与骨愈合的细胞较其它组织器官多，不同愈合阶段有不同的细胞参与，同时细胞外多种蛋白在此过程中也起重要作用。 一、骨折愈合的组织学分期（Histology of fracture healing） 骨组织的愈合是骨折或骨缺损的修复过程，其生物学过程及其伴随的组织学变化已得到公认。虽然学者们对此过程的分期不尽相同，但并无实质上的差异，综合各种分期方法，骨折愈合从组织学上可概括为血肿和炎症期、初始骨痂反应期、软骨形成期和骨形成改建期等四个阶段[1、2、4、5、7]。 二、骨折愈合中各种细胞的命运（Fate of cells in fracture healing） 1.血肿和炎症期 骨折发生后，局部血流中断，并有出血、细胞死亡和炎症反应，进而形成肉芽组织，其中含有原始未分化间充质细胞、巨噬细胞和淋巴细胞[2]。肉芽组织降解失活组织，并向骨折部位供给软骨和骨生成前体细胞，此种前体细胞增殖、分化并产生起稳定作用的细胞外基质，履行其在骨折修复中的特殊功能。炎症反应对于保证骨愈合过程取得圆满结局颇关重要[2、3]。 2.初始骨痂反应期 在此阶段某些细胞受到损伤的影响会发生质的变化。骨折作为一种损伤启动了骨的修复机制，促使部分原始细胞发生分化、增殖，进而使骨组织得以修复。其中由骨膜及骨髓的原始细胞增殖而来的称为定向骨原细胞（DOPC），可以直接发生膜内成骨，这种细胞存在于骨髓基质、骨内膜、骨外膜生发层及骺板软骨基质中；由骨折周围的间充质细胞增殖而来的称为诱导性骨原细胞（IOPC），这些细胞在某些诱导因子的作用下发生软骨内化骨，从而进入骨愈合下一阶段。在这个阶段中，细胞经历了最主要的分化过程，DOPC和IOPC分别在有或无外界影响的情况下向骨系细胞分化[2、4、5]。 3.软骨形成期 修复期始于骨折后3～5d新松质骨贴附生长（appositional growth）时[6]，此时骨痂大部仍为肉芽组织，软骨形成和骨形成均已在一个阶段的准备当中启动。已经定向分化的细胞在此阶段开始大量增殖，软骨逐渐形成。骨痂软骨最初以小岛形式出现于纤维性间充质、骨折间隙或骨附近。成纤维细胞变为圆形并开始产生软骨基质[2、7]。原位杂交显示这些新分化的软骨细胞中有Ⅰ型和Ⅱ型胶原mRNA存在。Ⅰ型胶原mRNA出现被认为是反映了前软骨生成细胞（prechondrogenic cells）具有早期成纤维细胞的特性，待骨痂中软骨细胞成熟后Ⅰ型胶原mRNA即消失。骨痂软骨之扩大，通过间充质细胞分化为软骨细胞和软骨细胞增殖两种途径进行。软骨细胞增殖，形成新基质，然后细胞肥大退变，此时软骨基质已发生矿化。在骨痂软骨中，肥大软骨细胞常能产生Ⅹ型胶原。根据骨痂软骨中软骨细胞产生Ⅱ、Ⅸ和Ⅹ型胶原的事实，可以认为此种软骨细胞经历与软骨内化骨相同的成熟过程[7]。 4.骨形成及改建期 骨痂中的骨生长循贴附性成骨和软骨内化骨两条途径进行。在修复期之初，新松质骨形成于旧骨之旁，这种贴附性骨生长无软骨形成之中间阶