不同长度兔桡骨缺损区骨形态发生蛋白2的表达

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2013.30.015

中国组织工程研究 ›› 2013, Vol. 17 ›› Issue (30): 5511-5517.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2013.30.015

• 骨与关节损伤基础实验 basic experiments of bone and joint injury • 上一篇下一篇

不同长度兔桡骨缺损区骨形态发生蛋白2的表达

詹玉林¹，安智全¹，孙鲁源¹，张长青¹，曾炳芳¹，许锋²，侯国柱³，李文举²，朱小萌²，宋兴华²

1上海交通大学附属上海市第六人民医院骨科，上海市 200033
2新疆医科大学第一附属医院骨科，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830054
3解放军第一五二中心医院骨科，河南省平顶山市 467000

收稿日期:2013-04-09 修回日期:2013-05-21 出版日期:2013-07-23 发布日期:2013-07-23
通讯作者: 詹玉林☆，男，1971年生，汉族，甘肃省人，2008年新疆医科大毕业，博士，副主任医师，主要从事骨与脊柱脊髓损伤的治疗工作。bondwe@163.com 宋兴华，男，博士、副教授、主任医师，硕士生导师。新疆医科大学第一附属医院骨科，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830054 songxinhua19@yahoo.com.cn
作者简介:詹玉林☆，男，1971年生，汉族，甘肃省人，2008年新疆医科大毕业，博士，副主任医师，主要从事骨与脊柱脊髓损伤的治疗工作。bondwe@163.com 并列第一作者：许锋★，男，汉族，湖北省人，2011年新疆医科大学毕业，硕士，主要从事骨科临床工作。 xufeng798@163.com
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(81060144)。

Bone morphogenetic protein 2 expression in rabbit radial defect site with different lengths

Zhan Yu-lin¹, An Zhi-quan¹, Sun Lu-yuan¹, Zhang Chang-qing¹, Zeng Bing-fang¹, Xu Feng², Hou Guo-zhu³, Li Wen-ju², Zhu Xiao-meng², Song Xing-hua²

1Department of Orthopedics, the Sixth People’s Hospital Affiliated to Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200033, China
2Department of Orthopedics, the First Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830054, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China
3Department of Orthopedics, the 152 Central Hospital of PLA, Pingdingshan 467000, Henan Province, China

Received:2013-04-09 Revised:2013-05-21 Online:2013-07-23 Published:2013-07-23
Contact: Zhan Yu-lin and Xu Feng contributed equally to this paper. Zhan Yu-lin, M.D., Associate chief physician, Department of Orthopedics, the Sixth People’s Hospital Affiliated to Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200033, China bondwe@163.com Song Xing-hua, M.D., Associate professor, Chief physician, Master’s supervisor, Department of Orthopedics, the First Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830054, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China songxinhua19@yahoo.com.cn
About author:Zhan Yu-lin☆, M.D., Associate chief physician, Department of Orthopedics, the Sixth People’s Hospital Affiliated to Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200033, China bondwe@163.com Xu Feng★, Master, Department of Orthopedics, the First Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830054, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China xufeng798@163.com
Supported by:
National Natural Science Foundation of China, No. 81060144

摘要/Abstract

摘要：

背景：有研究表明在骨缺损的状态下，骨形态发生蛋白2的分布存在一定的规律。
目的：观察不同长度兔桡骨骨缺损部位骨形态发生蛋白2的表达。
方法：将48只新西兰大白兔随机分成2组，分别在麻醉下用线锯造成兔左前臂桡骨中段0.5和3.0 cm的骨缺损。
结果与结论：Western blot检测显示，0.5 cm骨缺损组骨缺损部位骨形态发生蛋白2蛋白表达量在损伤后1，3，4周呈逐渐增多的趋势，且每组均较损伤即刻明显增加(P < 0.05)；3.0 cm骨缺损组骨缺损部位的骨形态发生蛋白2的相对表达量在损伤后3周达到高峰(P < 0.05)，其峰值水平明显高于0.5 cm骨缺损组(P < 0.05)，基本维持在较高水平。对骨痂的生成情况进行量化评估结果显示，损伤后3，4周，3.0 cm骨缺损组的骨痂生成量较0.5 cm骨缺损组明显减少(P < 0.05)。证实，兔桡骨3.0 cm的骨缺损部位骨形态发生蛋白2表达明显上调，但还不能使该长度的骨缺损自行愈合。

关键词: 骨关节植入物, 骨关节损伤基础实验, 骨缺损, 骨形态发生蛋白2, 长度, 骨愈合, 兔, 桡骨, 国家自然科学基金

Abstract:

BACKGROUND: It has been studied that the distribution of bone morphogenetic protein 2 is regular under bone defect situation.
OBJECTIVE: To observe the expression of bone morphogenetic protein 2 in rabbit radial defect site with different lengths.
METHODS: Forty-eight New Zealand rabbits were divided into two groups randomly, 0.5 cm bone defect and 3.0 cm bone defect were made by wire saw at the middle part of radius bone after anaesthesia.
RESULTS AND CONCLUSION: Western blot results showed that in the 0.5 cm bone defect group, the expression of bone morphogenetic protein 2 of the tissues in the bone defect site was increased gradually at 1, 3, 4 weeks after operation, and the expression in each defect group was increased when compared with that immediately after injury (P < 0.05). In the 3.0 cm bone defect group, the expression of bone morphogenetic protein 2 of tissues in bone defect site was increased gradually and reached to its peak at 3 weeks after the operation (P < 0.05), and the peak value in the 3.0 cm bone defect group was significantly higher than that in
0.5 cm bone defect group (P < 0.05). The peak value was maintained in high level. The comparison of bone callus formation showed that the bone callus formation of 3.0 cm bone defect group was less than that of the 0.5 cm bone defect group at 3 and 4 weeks after operation (P < 0.05). The results indicate that expression of the bone morphogenetic protein 2 in 3.0 cm bone defect site is increased significantly, but the expression level cannot make the bone defect heal itself.

Key words: bone and joint implants, basic experiment of bone joint injury, bone defect, bone morphogenetic protein 2, length, bone healing, rabbits, radius bone, National Natural Science Foundation of China

中图分类号:

R318

詹玉林，安智全，孙鲁源，张长青，曾炳芳，许锋，侯国柱，李文举，朱小萌，宋兴华. 不同长度兔桡骨缺损区骨形态发生蛋白2的表达[J]. 中国组织工程研究, 2013, 17(30): 5511-5517.

Zhan Yu-lin, An Zhi-quan, Sun Lu-yuan, Zhang Chang-qing, Zeng Bing-fang, Xu Feng, Hou Guo-zhu, Li Wen-ju, Zhu Xiao-meng, Song Xing-hua . Bone morphogenetic protein 2 expression in rabbit radial defect site with different lengths[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2013, 17(30): 5511-5517.

图/表（结果） 2

2.1 实验动物数量分析 实验兔48只，随访观察中4只动物死亡：分别是损伤后5 d 在3.0 cm骨缺损组死亡2只(过敏可能)、损伤后10 d在3.0 cm骨缺损组死亡1只(感染可能)、损伤后14 d在0.5 cm骨缺损组死亡1只(原因不明)。死亡动物均重新补充数量，以保证实验标本的数量。最终48只大白兔进入结果分析。
2.2 兔骨缺损部位骨形态发生蛋白2的表达 见图2，表2。

图2和表2显示，在0.5 cm骨缺损组中，骨形态发生蛋白2蛋白的相对表达量在损伤即刻最低(P < 0.05)，与损伤即刻相比，损伤后1，3，4周逐渐增高(P < 0.05)。在3.0 cm骨缺损组中，骨形态发生蛋白2蛋白的相对表达量在实验动物损伤即刻(造模时)最低(P < 0.05)，在损伤后1，3，4周蛋白表达逐渐增高(P < 0.05)，3.0 cm骨缺损组骨缺损部位的骨形态发生蛋白2表达在损伤后3周达到高峰 (P < 0.05)，其峰值水平明显高于0.5 cm骨缺损组(P < 0.05)。组间重复测量的方差分析统计显示，各组内骨形态发生蛋白2的表达差除损伤后3，4周外，均差异有显著性意义(P < 0.05)。
2.3 骨缺损兔缺损区X射线检查结果及骨痂生成 随着损伤时间的延长，0.5 cm骨缺损组缺损逐渐自行愈合，3.0 cm骨缺损组的缺损不能自行愈合。见图3。

2.4 兔骨缺损部位的一般形态

0.5 cm骨缺损组：损伤后第1周：骨缺损区被暗褐色、半凝胶状态、质软的血肿组织所填充，骨缺损周围软组织水肿，骨缺损断端之间异常活动明显。损伤后第3周：骨缺损区被暗褐色、质韧纤维性组织所充填，与周围组织界限不清，表面凹凸不平，骨缺损周围软组织水肿较前减轻，骨缺损断端之间异常活动减轻。损伤后第4周：骨缺损区被大量暗灰色、质硬、骨痂样物质充填，表面凹凸不平，较易与周围组织剥离，骨痂样物质大量增生，骨断端连接比较坚固。

3.0 cm骨缺损组：损伤后第1周：与0.5 cm骨缺损组表现基本一致。损伤后第3周：骨缺损区为松软、暗褐色组织所充填，但组织量较少，周围软组织水肿明显。骨缺损断端之间异常活动存在。损伤后第4周：骨缺损区为质韧、暗灰的纤维性组织部分充填，几乎在骨断端没有骨痂形成，骨断端表面骨痂样物质不明显。骨断端间仍有异常活动，程度较前略好。

2.5 不同长度骨缺损兔的骨痂生成情况 损伤后3，4周，0.5 cm骨缺损组骨痂的X射线评分结果为(7.78±0.59)分、(9.75±0.72)分，3.0 cm骨缺损组分值为(1.89±0.17)分、(1.92±0.13)分，0.5 cm骨缺损组骨痂的生成量明显增多(P < 0.05)。3.0 cm和0.5 cm骨缺损组的骨痂生成均在损伤后3周左右明显好转，但是3.0 cm骨缺损组的骨痂生成量明显少于0.5 cm骨缺损组的骨痂生成量。

参考文献

[1] 曲志强,何慕舜,曾月东,等.骨形态发生蛋白与骨缺损的修复[J].中国组织工程研究与临床康复,2009,13(2):345-348.

[2] Zhou J, Lin H, Fang T, et al. The repair of large segmental bone defects in the rabbit with vascularized tissue engineered bone. Biomaterials. 2010;31(6):1171-1179.

[3] 陈明亮,储辉,石晓星,等.肱骨干骨折损伤后骨不愈合原因分析及处理方法[J].中国骨与关节损伤杂志,2012,27(9):841-842.

[4] Skaliczki G, Schandl K, Weszl M, et al. Serum albumin enhances bone healing in a nonunion femoral defect model in rats: a computer tomography micromorphometry study. Int Orthop. 2013;37(4):741-745.

[5] Marchelli D, Piodi LP, Corradini C, et al. Increased serum OPG in atrophic nonunion shaft fractures. J Orthop Traumatol. 2009;10(2):55-58.

[6] Raida M, Heymann AC, Günther C, et al. Role of bone morphogenetic protein 2 in the crosstalk between endothelial progenitor cells and mesenchymal stem cells. Int J Mol Med. 2006;18(4):735-739.

[7] Kanczler JM, Ginty PJ, White L, et al. The effect of the delivery of vascular endothelial growth factor and bone morphogenic protein-2 to osteoprogenitor cell populations on bone formation. Biomaterials. 2010;31(6):1242-1250.

[8] 徐晓峰,李阳,钱栋,等.骨形态发生蛋白2和血管内皮生长因子mRNA在股骨骨不连大鼠损伤区域的动态表达[J].中国组织工程研究与临床康复,2010,14(37):6857-6860.

[9] Hussein KA, Zakhary IE, Elawady AR, et al. Difference in soft tissue response between immediate and delayed delivery suggests a new mechanism for recombinant human bone morphogenetic protein 2 action in large segmental bone defects. Tissue Eng Part A. 2012;18(5-6):665-675.

[10] The Ministry of Science and Technology of the People’s Republic of China. Guidance Suggestions for the Care and Use of Laboratory Animals. 2006-09-30.

[11] 赵明东,潘志宏,朱梁豫,等.建立桡骨缺损模型:骨缺损标准尺寸的确立[J].中国组织工程研究与临床康复,2011,15(2):213- 218.

[12] 钱齐宏,王宝涛,陈志,等.免疫印迹法和免疫沉降法检测系统性红斑狼疮抗ENA抗体[J].中华皮肤科杂志,1996,29(4):265- 266.

[13] Lane JM, Sandhu HS. Current approaches to experimental bone grfting. Orthop Clin North Am. 1987;18(2): 213-215.

[14] Fierro FA, Kalomoiris S, Sondergaard CS, et al. Effects on proliferation and differentiation of multipotent bone marrow stromal cells engineered to express growth factors for combined cell and gene therapy. Stem Cells. 2011;29(11): 1727-1737.

[15] 俞猛.骨组织工程支架材料修复骨缺损的特性[J].中国组织工程研究与临床康复,2010,14(47):8869-8872.

[16] Schindeler A, McDonald MM, Bokko P, et al. Bone remodeling during fracture repair: the cellular picture. Semin Cell Dev Biol. 2008;19(5):459-466.

[17] Kim JS, Ryoo ZY, Chun JS. Cytokine-like 1 (Cytl1) regulates the chondrogenesis of mesenchymal cells. J Biol Chem. 2007; 282(40):29359-29367.

[18] Cox G, Einhorn TA, Tzioupis C, et al. Bone-turnover markers in fracture healing. J Bone Joint Surg Br. 2010; 92(3):329-334.

[19] de Castro LF, Lozano D, Dapia S, et al. Role of the N and C terminal fragments of parathyroid hormone related protein as putative therapies to improve bone regeneration under high glucocorticoid treatment. Tissue Eng Part A. 2010;16(4):1157- 1168.

[20] 李偏,芮钢.骨髓基质干细胞与骨缺损的修复[J].中国组织工程研究与临床康复,2011,15(1):135-138.

[21] Behr B, Tang C, Germann G, et al. Locally applied vascular endothelial growth factor a increases the osteogenic healing capacity of human adipose-derived stem cells by promoting osteogenic and endothelial differentiation. Stem Cells. 2011; 29(2):286-296.

[22] Cook SD, Salkeld SL, Patron LP, et al. Healing course of primate ulna segmental defects treated with osteogenic protein-1. J Invest Surg. 2002;15(2):67-69.

[23] Kim J, Kim IS, Cho TH, et al. Bone regeneration using hyaluronic acid-based hydrogel with bone morphogenic protein-2 and human mesenchymal stem cells. Biomaterials. 2007;28(10):1830-1837.

[24] Tsuda H, Wada T, Ito Y, et al. Efficient BMP2 gene transfer and bone formation of mesenchymal stem cells by a fiber-mutant adenoviral vector. Mol Ther. 2003;7(3):354-365.

[25] Mikos AG, Herring SW, Ochareon P, et al. Engineering complex tissues. Tissue Eng. 2006;12(12):3307-3339.

[26] 韩昕光,毕郑钢,王东奎,等.骨不连接区成骨活性的实验研究[J].中华创伤骨科杂志,2009,11(1):45-49.

[27] Johnson EE, Urist MR, Schmalzried TP, et al. Autogeneic cancellous bone grafts in extensive segmental ulnar defects in dogs. Effects of xenogeneic bovine bone morphogenetic protein without and with interposition of soft tissues and interruption of blood supply. Clin Orthop Relat Res. 1989; (243):254-265.

[28] Cowan CM, Shi YY, Aalami OO, et al. Adipose-derived adult stromal cells heal critical-size mouse calvarial defects. Nat Biotechnol. 2004;22(5):560-567.

[29] Pryor ME, Susin C, Wikesjo UM. Validity of radiographic evaluations of bone formation in a rat calvaria osteotomy defect model. J Clin Periodontol. 2006,33(6):455-460.

[30] Khan SN, Tomin E, Lane JM. Clinical applications of bone graft substitutes. Orthop Clin North Am. 2000;31(3):389-398.

[31] Yuan J, Cui L, Zhang WJ, et al. Repair of canine mandibular bone defects with bone marrow stromal cells and porous beta-tricalcium phosphate. Biomaterials. 2007;28(6): 1005-1013.

引言

骨缺损是指由于创伤、感染、肿瘤及先天性畸形等所导致的骨连续性缺失，尤其是在骨缺损范围过大时，不恰当的治疗往往导致骨不连、骨不愈合、患侧肢体功能恢复受限，甚至导致截肢的可能。所以如何有效的促进新鲜、陈旧性骨缺损的愈合以及对于不同的生物体来讲，多少长度的骨缺损生物体可以通过机体自身的修复而达到自行愈合一直以来是人们研究的热点^[1-2]。虽然科研人员的不断努力为实验明确了当骨缺损长度过长、局部血液循环障碍、骨缺损断端异常活动、以及骨缺损部位的过度炎症反应都可以导致骨缺损的不愈合^[3-4]，目前对于骨缺损状态下人体全身及局部病理生理变化的研究还比较少^[5]，对于骨缺损病理生理学的研究较少，直接导致了临床上治疗骨缺损缺乏充分的理论依据。

骨形态发生蛋白2是一种来源于骨及骨源细胞的生物活性蛋白，在没有骨损伤的时间，它仅仅维持在较低的表达量，以维持生物体正常的生理活动，但是在骨损伤时，它则在骨坏死、骨损伤、骨损伤周围组织的炎性反应刺激下，明显的表达增加并参加骨及周围组织的修复活动。它是骨代谢的旁分泌产物，也是特异性的骨生长因子，它的靶细胞为血管周围具有潜在分化能力的间充质细胞。其主要成骨作用是诱导间充质细胞分化为成骨细胞和成软骨细胞，进而产生新生骨^[6]。不同种族的骨形态发生蛋白有高度的同源性，具有跨种族诱导成骨能力，而且骨形态发生蛋白的剂量-效应呈明显正相关^[7]，但其在诱导成骨时的用量和时间在不同种族动物间存在较大差异性。它存在于骨折愈合的全部过程，在骨折的修复过程中起着非常重要的作用，而且是目前已知的具有最强异位成骨能力的细胞因子，具有诱导形成骨组织的强大能力，所以该蛋白已经被广泛的应用于促进骨折以及骨缺损的愈合。虽然以往的研究也已经证实了在骨缺损的状态下，骨形态发生蛋白2的生成以及分布存在一定的规律^[8]，但是研究骨缺损的长度与骨形态发生蛋白2表达量之间关系的研究却不是很多。

骨损伤的愈合是一个复杂的病理生理过程，其中有无数的的生物因子、生物反应参与，而且在骨损伤愈合的不同阶段其病理生理变化也是不同的，故而全面完整的研究所有的病例生理过程几乎是不可能的而且目前对于该过程还不是完全清楚^[9]。

实验选择了在骨折的愈合过程中有着重要作用的、基本能够代表骨折愈合过程的骨形态发生蛋白2蛋白来进行研究，通过制造大长度骨缺损的动物模型，并与较短长度的骨缺损进行对照，来观察不同长度骨缺损与骨形态发生蛋白2蛋白表达及骨愈合之间的关系，以试图从分子生物学的层面来解释在较长距离的骨缺损时，骨形态发生蛋白2的分泌与骨愈合的关系，探索在较长距离骨缺损状态下的病理生理学变化，从而为骨缺损导致的骨不愈合的治疗奠定理论基础。

材料方法

设计：随机对照动物实验。

时间及地点：于2011年4至11月在新疆医科大学动物实验中心完成。

材料：健康4月龄新西兰大白兔48只，雌雄各半，体质量2.0-2.5 kg，由新疆医科大学动物试验中心提供，动物许可证号：SYSK(新)2011-0004。

实验对动物的处理方法符合中华人民共和国科学技术部颁发的《关于善待实验动物的指导性意见》^[10]。

兔桡骨骨缺损组织骨形态发生蛋白2表达检测相关试剂及仪器：

实验方法：

分组、骨缺损兔模型的制备及标本采集：将48只兔随机分成2组，0.5 cm及3.0 cm骨缺损组，每组24只，实验动物均采用30-35 mg/kg戊巴比妥钠麻醉后，采用左前臂背侧3 cm切口逐层切开，尽量少干扰周围组织，直至显露骨膜组织及桡骨中段，保留欲截骨部位的骨膜，以线锯分别造成桡骨中段0.5，3.0 cm的骨质缺损^[11]。损伤后常规、逐层缝合损伤切口。损伤后动物给予分笼单独饲养，无活动限制。损伤后给予青霉素注射液80×10⁴ U/只，日2次肌肉注射以预防感染。造模时(即刻)，随机取8只实验动物骨缺损周围组织，造模损伤后1，3，4周随机各处死8只实验动物，拍摄骨缺损部位的X射线片并进行大体观察骨折愈合的情况，然后切取骨缺损部位的充填组织进行Western blot检测及半定量。

骨缺损兔缺损部位影像学检查及大体观察：分别于损伤后即刻拍摄骨缺损部位的X射线，并于损伤后1，3，4周随机各处死8只实验动物，拍摄骨缺损部位的X射线片并进行大体观察，观察兔骨折愈合的情况。见图1。

Western blot检测兔骨缺损部位充填组织骨形态发生蛋白2的表达：实验按以往文献步骤进行^[12]。蛋白质抽提和浓度测定，SDS-PAGE电泳，转膜, 加一抗兔抗骨形态发生蛋白2多克隆抗体(1∶200)，二抗辣根过氧化物酶标记山羊抗兔抗体(1∶10 000)，TBST洗膜，ECL显色，X射线曝片。

采用Quantity one软件图像对比分析系统测定骨形态发生蛋白2电泳条带吸光度值，以甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH，glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase)为内参照，结果判断以骨形态发生蛋白2吸光度值和GAPDH吸光度值的比值代表局部骨形态发生蛋白2蛋白的相对含量。

主要观察指标：兔桡骨骨缺损部位组织中骨形态发生蛋白2蛋白的定性检测及半定量检测结果，依附于表1的骨缺损部位的骨愈合Lane-Sandhu X射线评分结果^[13]，骨缺损部位的不同时间点的大体观察结果。

统计学分析：计量资料采用x(_)±s表示，采用SPSS 12.0统计学软件对结果进行数据分析，组间均数的差异比较采用重复测量的方差分析法，P < 0.05为差异有显著性意义。

讨论

骨缺损是指由于创伤、感染、肿瘤及先天性畸形等所导致的骨连续性缺失，对于长度较短的骨缺损，经过一般的常规治疗如复位、固定、功能锻炼后，骨缺损一般都可以得到很好的愈合。但是假如缺损范围过大，此时的情况就非常的棘手。不恰当的治疗往往导致陈旧性的骨缺损，从而导致骨不愈合、患肢功能恢复受限，甚至截肢的可能，给患者和社会带来了巨大的损失和负担。所以如何有效的促进骨缺损的愈合一直以来是人们研究的热点^[14-15]。

骨缺损愈合与骨折的愈合过程基本一致，但是却受到很多因素的影响。骨缺损的愈合在外观上主要表现为早期的骨痂形成以及后期对于骨痂的连续性、动态修复的改建过程。骨愈合在组织学上主要表现为依次经历血肿和炎症反应、原始软骨痂形成、成熟板层骨形成以及骨板重建和塑形等4个时期^[16]。从分子生物学角度人们认为骨折愈合是一系列细胞和细胞外基质参与的动态演变过程，它是机体及局部微环境的多种因素参与调节的骨愈合过程，并涉及许多骨生长促进因子表达水平的改变^[17]。这是一个骨重建的缓慢过程，并至少需要四个过程来完成，这包括细胞募集、因子调控、骨诱导和骨传导^[18-19]。该过程也受局部血液供应、运动力学及周围软组织条件等众多因素影响。在骨缺损的范围不太大的情况下，骨缺损的愈合基本等同于复位后的正常的骨愈合过程。当骨缺损的程度较大，或者伴发有较严重的软组织缺损时，则骨缺损往往不能有效地愈合，从而导致骨愈合的停止^[20]。

骨形态发生蛋白2是骨缺损的愈合当中非常重要的一个生物因子。从分子生物学角度来讲，骨折、骨缺损的愈合是一系列细胞因子参加的过程^[21-22]，在所有的细胞因子中，骨形态发生蛋白家族中的骨形态发生蛋白2是最重要的一个影响骨折愈合的生物因子^[23]，骨形态发生蛋白2具有高效的诱导成骨活性。在骨折愈合的早期，骨形态发生蛋白2可以诱导骨形成、募集和分化未分化间充质细胞和骨系细胞系，可使成骨细胞维持其特有的表型，诱导成骨细胞标志物的增高，促进细胞外基质钙化等作用^[24]。在骨形成后期，骨形态发生蛋白2还可作为一种破骨细胞分化因子与其他支持破骨细胞分化因子直接或间接刺激破骨细胞分化，参与骨的重建。其对骨的影响，不仅贯穿于骨代谢的整个过程，而且作用效果明显。

骨缺损长度过大时，可以引起骨不愈合并导致相应的病理生理学改变。虽然骨具有自我修复的能力，但该能力是有限的，再加上复杂的伤情：比如缺损长度过大、局部感染、软组织缺损和失活、生物体全身状况欠佳、伴发有其他器官的病理改变时，往往会导致新鲜骨缺损不能愈合的情况^[25-26]。在导致骨不愈合的这些因素当中，缺损长度是其中的一个重要因素。

Johnson等^[27-28]指出，如骨缺损的长度超过骨干直径的三四倍(即不能自行修复的长度)时，往往可以导致因为骨缺损引起的骨不愈合。新西兰大白兔桡骨平均直径约在4、5 mm，所以根据以上理论，当兔的桡骨骨缺损长度超过2.0 cm时，将有可能产生因为骨缺损引起的骨不愈合^[29]。也就是说，在该种状态下，机体对较大程度的骨缺损的修复与对较小程度的骨缺损的修复反应可能是不同的，但是何种因素导致了以上修复反应的不同？以及在这种病理状态下人体又是如何反应的？而对于以上问题的解决，将有助于人们在临床上解决那些因为大范围的骨缺损而导致的骨不愈合的病例。

参考以上理论并结合文章的想法，实验设计了 3.0 cm和0.5 cm骨缺损的两个实验组，以确保做到能够模仿因为骨缺损长度过大引起的骨不愈合，从而来研究在该状态下的机体分子生物学的变化。由于在所有的生物因子中，骨形态发生蛋白2是较为重要的一种因子，它较能代表骨折愈合过程的改变，所以实验选择了骨形态发生蛋白2来进行研究，以期能研究在这种状态下机体的病理生理学变化，为以后较早、有效地治疗因为较长距离导致骨不愈合病情提供有效治疗的理论基础。

实验的结果提示，在兔的桡骨中段造成0.5 cm的骨缺损时，骨缺损局部的骨形态发生蛋白2蛋白表达量在损伤后1，3，4周较损伤即刻显著逐渐增加，且表达量随1，3，4周时间的逐渐后移而逐渐增多；在兔的桡骨中段造成3.0 cm的骨缺损时，骨缺损局部的骨形态发生蛋白2蛋白表达量在损伤后1，3，4周较损伤即刻(代表正常状态)明显逐渐增加，且相对含量随1，3，4周时间的逐渐后移而逐渐增多；但此时骨形态发生蛋白2的含量在损伤后3周基本达到高峰，没有随着损伤后时间的推移而继续逐渐增加。这是与在0.5 cm的骨缺损时所不同的，推测这可能是在较大距离的骨缺损时，虽然骨缺损的长度明显增大，但是人体分泌骨形态发生蛋白2能力已经达到了饱和状态，这是与在较小距离的骨缺损时人体的反应完全不同的。在损伤即刻(代表正常状态)及损伤后1周，3.0 cm骨缺损组骨形态发生蛋白2含量较0.5 cm组略高，但差异无显著性意义；说明损伤后1周时，缺损距离的改变，不能明显的改变骨形态发生蛋白2的表达量。损伤后3周时，3.0 cm骨缺损组骨形态发生蛋白2含量较0.5 cm组高，说明随着骨缺损长度的增加，骨形态发生蛋白2的表达量也会逐渐增加；损伤后4周时，3.0 cm骨缺损组骨形态发生蛋白2含量较0.5 cm组略高，但差异无显著性意义。结果说明骨形态发生蛋白2的表达量的增加虽然会随着缺损长度的增加而不断增加，但在到达人体的最大分泌能力时，骨形态发生蛋白2的分泌会达到一个基本稳定的水平。

对骨缺损骨痂的X射线评分结果分析显示，损伤后3，4周时0.5 cm骨缺损组的X射线评分结果较3.0 cm骨缺损组明显增多，也说明了在缺损长度过大时，人体自身的修复能力无法完成对较大缺损的修复，虽然在这种情况下骨形态发生蛋白2的表达量是明显上升的。结果提示，在较大距离骨缺损的治疗当中，单纯使用骨形态发生蛋白2蛋白可能是没有作用的^[30-31]，也有可能是因为骨形态发生蛋白2的含量还没有达到足够的浓度来促进骨缺损部位的骨化。因为通过对骨缺损部位大体标本的观测，骨缺损的部位仍然会有纤维组织、血肿组织的生成，这与短距离骨缺损的早起表现是完全一致的，但是骨缺损却没有得到愈合，为什么会导致以上情况的发生，还需要进一步的研究。

虽然实验发现骨形态发生蛋白2的表达量会随着骨缺损长度的增加而增加，并在某一较大的缺损长度时达到最大分泌量并可能维持于该水平；对于较大程度的骨缺损，单纯使用小剂量的骨形态发生蛋白2对于骨缺损的治疗可能是无效的。但因为实验标本数量较少，观察时间还不够足够的长，以上理论的确立，还需要更多、更深入的研究。

不同长度兔桡骨缺损区骨形态发生蛋白2的表达

Bone morphogenetic protein 2 expression in rabbit radial defect site with different lengths

PDF

可视化

被引次数

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表（结果） 2

参考文献

相关文章 15

引言

材料方法

讨论

文章快阅

延伸阅读

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	吴训, 孟娟红, 张建运, 王亮. 浓缩生长因子修复兔髁突全层软骨损伤[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(8): 1166-1171.
[2]	袁新平, 邵艳波, 吴超, 汪剑龄, 童梁成, 李颖. 骨折端CT扫描参数个性化微分建模仿真目标骨段的准确性[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 912-916.
[3]	张经, 王斌, 吕欣. 解剖型髓内钉在四肢管状骨骨折治疗中的应用：把持与抗旋转能力更强[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 917-922.
[4]	化昊天, 赵文宇, 张磊, 白文博, 王新卫. 抗生素人工骨治疗慢性骨髓炎疗效和安全性的Meta分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 970-976.
[5]	张宾, 孙丽华, 张俊花, 刘玉三, 崔彩云. 改良翻瓣即刻种植有利于上颌前牙区的软硬组织重建[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(5): 707-712.
[6]	李晨杰, 吕林蔚, 宋阳, 刘静娜, 张春秋. 预紧力作用下钛合金人工假体界面骨小梁形态参数测量与统计分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 516-520.
[7]	马子越, 巨啸晨, 张磊, 孙荣鑫. 保留与不保留残端重建前交叉韧带后移植物腱骨愈合的比较[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 582-587.
[8]	李晓壮, 段浩, 王伟舟, 唐志宏, 王旸昊, 何飞. 骨组织工程材料治疗骨缺损疾病在体内实验中的应用[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 626-631.
[9]	贺杰, 常祺. 四肢恶性骨肿瘤骨切除后大段骨缺损的生物重建[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(3): 420-425.
[10]	邢浩, 张永红, 王栋. 长骨大段骨缺损修复方法的优势与不足[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(3): 426-430.
[11]	高坤, 陈大宇, 张勇, 刘伟东, 孙淑芬, 赖文强, 马笃军, 吴益宏, 林展鹏, 蒋鹰鹭, 余伟吉. 牛膝醇提物调控滑膜成纤维细胞外泌体抑制软骨细胞外基质降解[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(23): 3636-3640.
[12]	陈思奇, 先德彬, 徐荣胜, 覃中杰, 张磊, 夏德林. 羟基磷灰石-磷酸三钙支架复合骨髓间充质干细胞和人脐静脉内皮细胞对大鼠颅骨缺损修复早期成血管的影响[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(22): 3458-3465.
[13]	陈磊, 郑蕊, 杰永生, 綦惠, 孙磊, 舒雄. 脂肪血管基质成分复合骨软骨一体化支架的体外评价[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(22): 3487-3492.
[14]	周安琪, 唐渝菲, 吴秉峰, 向琳. 骨膜组织工程设计：共性与个性的结合[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(22): 3551-3557.
[15]	张振华, 刘姿辰, 禹宝庆. 聚己内酯及其复合材料在组织工程骨构建中的地位与问题[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(22): 3571-3577.