中枢神经损伤条件下相关因子对骨折愈合影响的研究进展

廖林波　蓝常贡　唐毓金　彭维波　谢克恭　梁俊卿

【关键词】 颅脑损伤；脊髓损伤；生长因子；骨折愈合

中图分类号：R683.42 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2018.04.027

骨折愈合是一个连续、动态的骨再生过程，其发生机制甚为复杂，该过程的结果受到许多因素（比如神经因素）的影响。临床工作中为了更好地促进骨折愈合及更加完美地使骨折患者恢复健康，这已成为当代医生亟需攻克的又一难题。相关资料报道，在中枢神经损伤（包括脊髓损伤和颅脑创伤）患者骨痂生长速度更快、骨痂数量更多、骨折愈合所需要的时间更短，甚至还可出现异位骨化现象。故笔者总结中枢神经损伤条件下相关因子对骨折愈合影响的最新研究进展，并作如下综述。

1 中枢神经损伤与骨折愈合的关系

早在1960年Gibson在治疗四肢骨折伴脑外伤患者的过程中，发现股骨骨折四周可见大量骨痂形成[1]。Robert于1968年又发现了颅脑创伤后亦可出现异位骨化，自此有关中枢神经损伤条件下对骨折愈合的影响已逐步成为诸多学者关注的焦点。Wang等[2]在一项关于脊髓损伤条件下对股骨骨折骨愈合影响的研究中，通过免疫组织化学染色发现，脊髓损伤后骨折四周骨痂数量更多、骨痂组织体积更大，且通过X线评分分析显示，脊髓损伤后骨折愈合所需要的平均时间比无脊髓损伤者短。国外Perkins与Skirving[3]对22 例单纯股骨干骨折患者、22 例脑外伤伴股骨干骨折患者，采用髓内钉固定术治疗，发现脑外伤伴股骨干骨折患者骨折局部骨痂量更多，骨愈合时间更短。此外，前期有学者通过动物实验证实[4]，在骨的愈合过程中，合并有颅脑外伤组大鼠骨痂数量形成更多且骨折愈合更快。彭方亮等[5]在构建SD大鼠脑外伤合并股骨骨折的模型中，与单纯股骨骨折SD大鼠相比，发现合并脑外伤的SD大鼠骨折处骨痂量更多，骨愈合的速度更快。上述研究表明，中枢神经损伤（如脊髓损伤、颅脑损伤）条件下骨痂量更多、骨愈合速度更快，提示在骨折愈合过程中，中枢神经系统可能发挥着网络调控作用。

2 中枢神经损伤条件下相关因子对骨折愈合的影响及其机理

2.1 转化生长因子-β（transforming growth factor beta，TGF-β）

TGF-β是一种可调节细胞生长、分化的多效能二聚体分子，目前已知的亚型至少有6种，命名为TGF-β1～TGF-β6。TGF-β1具有刺激骨吸收与破骨细胞形成的多重作用[6]，在骨折中TGF-β1表达水平更高[7]。既往有文献报道[8]，TGF-β1在脊髓损伤大鼠中呈高表达状态，随着脊髓损伤程度的增高，血清中该因子的浓度也随之增高，提示其在脊髓损伤后的骨折愈合中扮演重要角色。一项关于合并脑损伤大鼠骨折愈合过程中TGF-β1血清含量及在骨折位点的表达研究发现[9]，该因子在脑损伤后骨折愈合作用尤为重要，且TGF-β1能有效刺激骨折反应，并加速骨愈合。另外，学者杨森等人[10]对28例住院病人的血清进行ELISA分析，发现在骨折合并脊髓损伤组血清中TGF-β表达水平明显高于其他对照组，因而认为TGF-β水平改变与骨折愈合有一定的相关性。中枢神经损伤条件下骨折愈合加速TGF-β的作用机理可能为：一方面，早期TGF-β的高表达可能是由于脑外伤或脊髓损伤后局部血肿区域内血小板破裂导致其进入血液循环并进一步作用于骨折断端的结果。另一方面，中枢神经损伤亦可引起多种细胞（包括星型胶质细胞、神经元细胞和髓内、髓外血管内皮细胞）的表达增加，从而导致内源性TGF-β因子急剧上升以及骨基质蛋白大量表达，进而加速软骨内成骨。除此之外，合成的骨基质蛋白可促进骨折断端附件内外形成骨样组织，并逐渐骨化，从而加速膜内成骨。

2.2 胰岛素样生长因子（insulin-like growth factor，IGF）

IGF亦称为促生长因子，在中枢神经损伤中该因子能够在骨生长、骨重塑以及骨修复过程扮演重要角色[11]。研究发现，IGF在骨折合并脑外伤患者血清中呈异常表达[12]。那么中枢神经损伤后IGF表达的增加是如何影响骨折愈合过程，为此国内外学者进行了大量临床实验与动物研究。既往有文献报道[13]，脑损伤极有可能对骨愈合产生一定影响，而IGF则可能是中枢神经受损后影响骨折愈合的重要因素之一。 此外，在一项关于低氧大鼠颅脑损伤合并骨折后IGF-I表达变化的生物学意义的研究中[14]，通过ELISA法测定发现，血清中IGF-I表达水平在脑外伤伴骨折组尤为显著，且通过X线评分时，发现合并脑损伤的大鼠骨折愈合明显快于无脑损伤组大鼠，提示脑损伤合并骨折组骨痂的形成与改造可能提前启动了，其结果是骨痂形成与骨愈合速度更快，故认为IGF-I可能是脑外伤后影响骨愈合的关键因子。合并脑外伤组外周血中，该因子表达情况显著高于单纯骨折组，究其原因可能是：受损神经组织释放的IGF-I通过破坏的血脑屏障进入外周血，最终作用于局部骨折处而发挥作用。

2.3 肿瘤坏死因子-α（tumor Necrosis Factor-α，TNF-α）

TNF-α亦称恶病质素，自1975年被发现至今其在脊髓损伤后的表达研究甚多，诸多资料显示肿瘤坏死因子-α在中枢系统损伤（例如脊髓损伤或颅脑创伤）后早期呈高表达状态[15～16]，这初步提示TNF-α同创伤后的应激反应密切相关。最近有学者通过动物实验证实[17]，在脊髓损伤早期（8 h）脊髓组织细胞中的TNF-α就有明显升高。Ross等研究发现，在颅脑创伤患者外周血及脑脊液中TNF-α浓度也有一定程度增高。除此之外，国内曾日祥等[18]对87例住院患者的外周血进行分析，发现脊髓损伤并发骨折组血清TNF-α含量明顯高于对照组。学者Wang等[19]在研究脊髓损伤条件下对股骨骨折骨愈合的研究中发现，与骨折组相比，脊髓损伤并骨折组骨痂组织体积更大，且骨折愈合平均时间更短。上述各项研究表明，炎症因子TNF-α在中枢神经系统损伤后可能对骨折的早期愈合作用至关重要，其原因可能为：由于在中枢神经损伤后早期血清中TNF-α浓度就呈现出高表达现象，该因子可促使诸多趋化因子（如中性粒细胞和单核细胞）的产生，并进一步加重炎症反应，同时还可使小胶质细胞活化，引起胶质增生、瘢痕形成以及继发的毒副作用[20]，从而最终能破坏血脊髓屏障或血脑屏障，因而TNF-α被认为是众多细胞因子中的重要启动因子。而在中枢系统中，在创伤条件的刺激下，TNF-α亦可由多种细胞（包括神经细胞和小胶质细胞）合成、分泌，故在中枢神经损伤伴骨折患者血清中TNF-α变化情况最为明显。总之，在机体创伤后导致局部中性粒细胞和单核细胞以及脊髓组织中上述细胞的激活，从而分泌大量的TNF-α因子，并通过受损的血脊髓屏障或血脑屏障进入外周血作用于局部断端骨折处而发挥作用的结果。

2.4 神經突起因子（Neuritin）

Neuritin是一种由142个氨基酸构成的，具有多效能的小分子分泌蛋白。自Nedivi等[21]发现至今，其在神经系统的发育、创伤后神经的再生修复等方面均扮演重要角色。自此有关该因子在这一领域的研究，已逐步成为众多研究者关注的焦点，特别是在中枢神经系统损伤（如脊髓损伤、颅脑创伤）条件下Neuritin因子对骨折愈合的影响。既往有研究报道[22]，Neuritin可诱发真皮微血管的发生，并能使血管内皮细胞的生物学功能发挥得更强，而局部血管的生长及血管内皮细胞活性的改变在骨折的愈合过程中发挥的作用不容忽略，提示Neuritin的表达可能在骨折愈合过程扮演重要角色。近年来有学者通过动物实验证实[23]，在创伤性颅脑损伤的早期（术后第3天）Neuritin的表达就开始增高，但Neuritin的高峰却出现在术后的中期，通过免疫组织化学染色发现，在脑外伤伴股骨骨折组Neuritin表达更高，且局部骨痂数量更多、骨折愈合速度更快。另外，魏勇等人[24]对160例住院患者在伤后不同时间里分别抽取患者静脉血，采用ELISA技术检测发现，在伤后不同时间里血清中Neuritin水平呈现出动态表达现象，伤后第3天略升高，一直持续到伤后第14天才开始下降，且组间比较发现，这种现象以骨折组伴脑外伤变化最为显著，这一定程度上揭示出Neuritin极有可能对骨折的愈合起了作用。考虑到脊髓损伤条件下可能使骨折的愈合过程提前启动了，究其原因可能是：①脊髓损伤后外周血中各种因子的超量表达，如：如TGF-β、IGF等。而这些因子的生长与分化可能间接促进骨折处Neuritin的表达。②有研究发现，Neuritin是神经生长因子（nerve growth factor，NGF）介导下神经突起（包括树突和轴突）生长及分支形成过程的关键因素，而脊髓损伤条件下可能一定程度上影响了局部骨折断端处Neuritin因子的释放，并可通过与NGF因子的彼此协调作用，更好地促进骨折处骨痂的形成，从而加速骨折愈合过程。③由于脊髓损伤后可导致机体血脊髓屏障或血脑屏障受损，破损的脊髓组织所释放的Neuritin因子被运输至血中所致，最终作用于局部骨折处而发挥作用。然而，迄今为止涉及Neuritin与骨折伴中枢神经损伤的分子机制知之甚少，其具体发生机制尚需深入探究。

2.5 其他因子

除了上述几种因子在中枢神经损伤中对骨折愈合影响外，近年来研究大多集中在骨形态发生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）、碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor，BFGF）。BMP属于TGF-β超家族一员。相关资料报道，BMP能够诱导动物及人体MSCs（间充质干细胞）分化为骨及软骨等组织，从而加速骨折愈合。国外著名学者Yaoita等[25]在文献中报道，股骨骨折2天后骨折处BMP-2/4mRNA表达增高。国内马敏杰等通过动物实验已证实[26]，脊髓损伤后损伤脊髓组织中BMP-2的表达的确有所增加。另外研究也发现了，TGF-β在BMP-2的调控下异常表达，进一步加速局部血管的再生，与此同时还可提高成骨细胞的数量与活性，从而加速骨愈合。这些结果初步提示BMP极有可能在中枢神经损伤后加速骨折愈合中发挥着至关重要的作用。研究发现，BFGF可提高血管内皮细胞新生能力，从而加速相关组织（包括骨组织、软骨组织及纤维组织）的修复功能[27]。此外，资料显示[28]，在骨折合并脑外伤患者血清中BFGF呈反常表达。Tasso等报道[29]，BFGF可改善成骨细胞生物学活性，使胶原纤维大量合成以及骨钙素水平显著提高，进而加快骨化以及骨痂大量形成，最终可促进骨愈合过程加速完成。在创伤愈合过程中，TGF-β可通过激活巨噬细胞，进而释放出BFGF因子，这些释放的BFGF与TGF-β协调作用，可加速骨愈合[30]。除此之外，血管内皮生长因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF）在BFGF诱导下可大量表达，并可进一步促进新骨形成。中枢神经损伤条件下骨愈合加快，BFGF的作用机制可能为：中枢神经损伤后外周血中BFGF表达的增加，可直接作用于局部骨折处，使BFGF的成骨作用发挥更强，急剧加速骨愈合过程。而在中枢神经损伤后血清中升高的BFGF、VEGF与TGF-β等生长因子，这些局部或血液循环中释放的生长因子之间通过协调作用，并可共同促进创伤骨折的愈合。

3 结语

尽管现在有越来越多研究发现并证实了中枢神经损伤后诸多生长因子，在促进骨愈合的过程中作用不容忽略。但目前国内外关于这些细胞因子在中枢神经损伤后是如何加速骨折愈合的报道尚不够充足，未来还需进一步研究与探讨，以阐明其具体发生机制。相信随着分子生物技术的开展以及研究的深入，我们对骨愈合的机理会有更深入的了解，对骨折愈合的研究将会进入一个崭新的领域，进而为设计出新型药物干预加速骨折愈合奠定基础。

参 考 文 献

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（收稿日期：2017-08-05 修回日期：2018-08-14）

（编辑：梁明佩）