当前位置: 首页 > 期刊 > 《中华中西医杂志》 > 2004年第1期
编号:10393078
颅颌面部骨骼重建中的生长因子
http://www.100md.com 《中华中西医杂志》 2004年第1期
     【文献标识码】A 【文章编号】 1606-8106(2004)01-0034-03

    骨的生长和发育过程中许多生长因子起着重要作用,近年来,许多学者对此进行了大量的研究,期望通过临床应用生长因子促进骨形成和重建,缩短骨愈合过程。生长因子是由多种细胞分泌的一组多肽,它们结构类似,分子量在6~45kD,许多生长因子储存于细胞外基质中,随基质退化而被释放,在组织形成和重建中发挥着不同的作用。生长因子可通过自分泌的方式直接作用于自身分泌细胞,又可通过旁分泌的方式作用与邻近细胞。某些生长因子还具有内分泌效应。生长因子的生物学效应是通过与其靶细胞表面受体结合激活细胞内磷酸酶来调控的,并受其他多种生长因子、酶和结合蛋白共同调节。本文主要综述在颅颌面尤其是参与诱导骨形成从而加速骨重建的因子,包括骨形成蛋白(bone morphogenic proˉteins,BMPs)、转化生长因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)、血小板源性生长因子(platelet-derived growth facˉtor,PDGF)、胰岛素样生长因子(insulin-like growth factor,IGF)、和自体富含血小板血清(platelet rich plasma,PRP)等。
, http://www.100md.com
    1 骨形成蛋白(bone morphogenic proteins,BMPs)

    BMPs是一组同源二聚体蛋白,由半胱氨酸结合的两条特异性链组成,分子量约30kD。目前发现有20种,其中BMP-2,4,7有明显的成骨能力。而且目前研究表明BMPs仅主要作为一种形态原,诱导未分化间充质细胞向成骨细胞分化,而不能作为有丝分裂原促进细胞的增殖。因此在新骨形成过程中,必须有其他因子和激素的共同参与,BMPs才能更好的发挥其诱导成骨的能力。BMPs应用的动物实验早有报道。早在20世纪80年代,人们多采用从牛体内提取纯化的非胶原蛋白(noncolˉlagenous protein,NCP)来从事实验。至80年代末,学者们经过对BMP的编码和克隆,重组人骨形成蛋白(rhBMP)开始应用。多数实验证实,rhBMP-2,4,7能诱导原位及异位骨形成,并且注射于局部时存在剂量依赖效应。应用BMP2和BMP7来增加上颌窦底的高度的实验中发现 [1,2] ,尽管所用载体不同,均有大量的新骨形成,而且骨的形成量持续高于对照组。由于快速的溶解和蛋白分解作用,局部注射BMP水溶液常不能取得良好的成骨效果。因而学者们常采用胶原、聚-α-羟基酸、磷酸钙、牛去蛋白骨及钛为载体,以求维持BMP发挥活性的水平。近年来有学者 [3] 利用可吸收的聚合物载体来实现长时间缓慢释放BMP,并取得良好的成骨效果。最近有学者 [3,4] 发现利用高压二氧化碳在室温条件下,多肽生长因子与聚乳酸种植体能很好的结合,从而可以缓慢释放这些生长因子,详细评价这些聚合物的降解过程中pH的改变以及这些释放的生长因子所带来的生物学效应,对其以后的临床应用前景的预测是非常重要的。此外,由于所选用载体的机械稳定性差、释放缓慢及局部炎性反应均可导致不理想的试验结果 [5] ,因此,还需大量的研究以选择最佳载体,该载体必须对BMPs具有助溶、助悬、缓解延效的功能,且无抗原性、易排泄,利于BMPs活性的保持和增强,价廉易得等。
, 百拇医药
    2 转化生长因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)

    TGF-β是一组具有多种功能蛋白多肽,以骨组织和血小板中含量最为丰富,在骨形成和骨重建中起着极其重要的作用。体外实验表明,在不同的TGF-β浓度和细胞的密度下,TGF-β对骨细胞的增殖有着双重效应。在生长因子的高浓度条件下,细胞密度高的培养物中的细胞DNA合成持续增强,而在细胞稀疏的培养皿中,细胞合成减弱。另外TGF-β对未分化的间充质细胞也具双重效应,较高浓度的TGF-β将抑制成骨细胞的分化和增殖。大量体内实验证明TGF-β 1 在骨与移植物的结合中也发挥着重要作用。关于TGF-β在颅颌面部骨重建外科中应用的研究相对较多,但得出的结论各异。许多学者 [6~12] 发现单独应用TGF-β于颅面骨缺损处成骨不明显,与载体复合应用后成骨明显增强,从而得出结论,TGF-β在骨的修复中的主要作用是参与细胞的基质合成,而不诱导成骨。Tatakis等 [6] 将TGF-β 1 局部应用到狗的牙槽突骨缺损处,没有发现骨形成的增强;同样,将TGF-β 1 注射于鼠颅骨缺损处、与种植体同时植入拔牙窝内、应用于牙周缺损处,均未促进骨形成 [7~9] 。然而,Hong等 [10] 将同剂量的TGF-β放于一明胶胶囊后再局部应用,发现骨形成明显增强。有学者以水凝胶、可吸收聚合物为载体也得出了类似的结论 [11,12] ,并且提出载体降解速率对骨的新生并无明显影响。另有学者 [13] 认为TGF-β具有部位和组织特异性骨诱导活性,须依赖于作用的靶细胞才能发挥其促进成骨的作用。他们在去除骨膜后的骨缺损处应用TGF-β,没有增强骨的形成,但将TGF-β注射于狒狒的腹部肌肉时,发现明显促进了骨形成。目前一致认为TGF-β 1 联合应用其他因子能收到明显的促进成骨效果。Meraw等 [14]同时将TGF-β 1 与BMP、PDGF、bFGF制成生物可吸收性复合体后再植入骨缺损处,发现明显增加了缺损处的新骨形成量。因此,在多种生长因子联合应用的过程中,TGF-β作为一辅助因子可促进骨的形成。
, http://www.100md.com
    3 血小板源性生长因子(platelet-derived growth factor,PDGF)

    PDGF首先在血小板中发现,有3种同分异构体,分别是由-A、-B两链组成的两种同二聚体(PDGF-AA、PDGF-BB)和一种异二聚体(PDGF-AB),其中PDGF-BB和PDGF-AB是当血小板粘附于创伤区血管壁时,由血小板的α颗粒释放入血而参与血循环;而PDGF-AA则由未激活的前体成骨细胞分泌。PDGF储存于骨基质中,并随骨基质的降解而释放。并通过与细胞表面受体结合从而激活靶细胞,引起细胞的大量增殖,并诱导静止期细胞活化。PDGF能诱导未分化间充质细胞的增殖,但抑制成骨细胞的分化及随后的基质合成。而且PDGF对细胞的激活效应还与宿主的年龄及细胞的分化程度有关,细胞的分化程度越高,其刺激效应越弱。它单独作用不能诱导成骨,但与其它生长因子(IGFs、TGF-β和BMPs)联合应用后能明显增强骨新生。另外,PDGF在体外还可通过结合于成骨细胞表面的受体来激发骨的吸收,因而,PDGF对骨细胞的增殖和分化起着一定的作用。局部应用PDGF对颅面骨形成的影响尚不明确,不同实验条件下得出的结论也不相同,需要进一步研究证实。Marden等 [15] 将PDGF局部应用于鼠的颅骨缺损处抑制了骨形成。相反,Chung CP等 [16] 发现明显增强了新骨的形成。学者们还对牙周及种植体周围应用PDGF后对骨形成的影响做了研究,发现均能不同程度的增强骨形成。将一定剂量的PDGF应用于猴的牙周缺损处,发现牙槽骨的高度明显增加 [17] 。另外,PDGF联合应用其它生长因子能明显增强牙周及种植体周围的骨形成 [18] 。因此认为多种生长因子修复和重建颅面部骨骼时,PDGF仅是一种辅助因子,与其他因子协同促进骨形成。
, 百拇医药
    4 胰岛素样生长因子(insulin-like growth factor,IGF)

    IGF为单一肽链,存在两种异构体,即IGF-1和IGF-2,虽然IGFs相互间及与胰岛素间有高度的同源性,但3种因子均存在各自特异性与受体结合的部位。IGF对许多细胞和组织的生长和代谢有增强作用。体外实验对IGFs能否促进成骨细胞的增殖的结论存在分歧,而体内实验发现全身应用IGF-1后可促进骨形成和骨吸收并伴有胰岛素样效应的发生 [19] 。IGFs在颅面部骨骼的生长和修复中起着重要作用,但其中仅IGF-1能应用于骨的重建。有学者在鼠的颅骨缺损模型中系统应用IGF-1后发现可明显增强骨形成 [20] 。局部单独应用IGF-1于颅面骨缺损处在所报道的剂量下并没有增强骨的新生。但当联合应用IGF-1和PDGF发现可明显增强了骨形成。还有学者将IGF-1/PDGF联合用于种植体周围、牙周骨缺损处及新鲜拔牙创内来诱导骨组织再生,效果显著 [18,21] 。因此,IGFs亦可作为辅助因子来促进骨形成。
, http://www.100md.com
    5 富含血小板血清(platelet rich plasma,PRP)

    PRP是经过离心从血液中提取出来,含高浓度的血小板。这种自体血液成分较容易获得,而且自体来源的PRP可产生大量的自源性生长因子,对其应用也逐渐得到重视。有学者 [22] 报道应用PRP后软组织的愈合明显加快,另有报道 [23] 用PRP联合同种异体冰冻骨能增加上颌窦底的高度。也有动物实验 [24] 研究了PRP对羊下颌骨重建的影响。发现应用PRP后颗粒状松质骨移植物与骨的结合明显增强,这与Obarrio等 [25] 的临床结果一致。因此,重建术中联合应用PRP可望明显增强骨形成。

    6 结语

    为了缩短骨骼重建的愈合过程,临床上迫切需要应用生长因子。到目前为止,口腔颌面外科领域报道的生长因子中,BMPs、TGF-β、PDGF和IGFs与骨形成的关系最为密 切,自体PRP的应用也逐渐得到重视。但多数研究仅局限于动物试验,并且对生长因子的应用途径、应用模式及其作用机制尚不完全明了,因此,还需要进一步深入研究。可以预见会有大量的生长因子单独或联合应用于临床,从而促进颅面骨的愈合和重建。
, http://www.100md.com
    参考文献

    1 Groeneveld EHJ,van den Bergh JPA,Holzmann P,et al.Histomorˉphometrical analysis of bone formed in human maxillary sinus floor eleˉvations grafted with OP-1device,demineralised bone matrix or autoloˉgous bone.Clin Oral Impl Res,1999,10:499-509.

    2 Terheyden H,Jepsen S,Moller B,et al.Sinus floor augmentation with siˉmultaneous placement of dental implants using a combination of deproˉteinized bone xenografts and recombinant osteogenic protein-1.Clin Oˉral Impl Res,1999,10:510-521.
, http://www.100md.com
    3 Sheridan MH,Shea LD,Peters MC,et al.Bioabsorbable polymer scafˉfolds for tissue engineering capable of sustained growth factor delivery.J Controlled Release,2000,64:91-102.

    4 Tschakaloff A,Schliephake H,Dard M.Pilotstrdie zur kontrollierten Freisetzung von Wachstumsfaktoren aus Polyactidkorpern.Mund Kiefer Gesichts Chir,2000,4(Suppl.):474-478.

    5 Seto I,Asahina I,Oda M,et al.Reconstruction of the primate mandible with a combinant graft of recombinant human bone morphogenetic proˉtein-2and bone marrow.J Oral Maxillofac Surg,2001,59:53-61.
, 百拇医药
    6 Tatakis DN,Wikesjo UM,Razi SS,et al.Periodontal repair in dogs:efˉfect of transforming growth factor-beta1on alveolar bone and cemenˉtum.J Ciln Perodontol,2000,27:698-704.

    7 Bosch C,Melsen B,Gibbons R,et al.Human recombinant transforming growth factor-betal in healing of calvarial bone defects.J Craniofac Surg,1996,7:300-310.

    8 Smith RA.The effect on TGF-beta on osseointegration.J Clarif Dent Assoc,1995,23:49-53.
, http://www.100md.com
    9 Wijesjo UM,Razi SS,SigurdssonTJ,et al.Periodontal repair in dogs:efˉfect of recombinant human transforming growth factor-betal on guided tissue regeneration.J Clin Periodontol,1998,25:475-481.

    10 Hong L,Tabata Y,Niyamoto S,et al.Promoted bone healing at a rabbit skull gap between autologous bone fragment and the surrounding intact bone with biodegradable microspheres containing transforming growth factor-beta1.Tissue Eng,2000,6:331-340.
, http://www.100md.com
    11 Schmitt JM,Buck D,Bennett S,et al.Assessment of an experimental bone wax polymer plus TGF-betal implanted into calvarial defects.J Bio Med Mater Res,1998,41:584-592.

    12 Yamamoto M,Tabata Y,Hing L,et al.Bone regeneration by transformˉing growth factor-betal released from a biodegradable hydrogel.J Conˉtrolled Release,2000,64:133-142.

    13 Zellin G,Beck S,Hardwick R,et al.Opposite effects of recombinant humantransforming growth factor-beta1on bone regeneration in vivo:effects of exclusion of periosteal cells by microporous membrane.Bone,1998,22:613-620.
, 百拇医药
    14 MerawSJ,Reeve CM,Lohse CM,et al.Treatment of periimplant defects with combination growth factor cement.J Periodontol,2000,71:81-83.

    15 Marden LJ,Fan RS,Pierce GF,et al.Platelet-derived growth factor inhibits bone regeneration induced by osteogenin,a bone morphogenic protein,in rat craniotomy defects.J Clin Invest,1993,92:2879-2905.

    16 Chung CP,Kim DK,Park YJ,et al.Biological effects of drug-loaded biodegradable membranes for guided bone regeneration.J Periodontal Res,1997,32:172-175.
, 百拇医药
    17 Rutherford RB,Ryan ME,Kennedy JE,et al.Platelet-derived growth factor and dexmatrix induce regenerationof the periodontium in monˉkeys.J Clin Periodontal,1993,20:537-544.

    18 Giannobile WV,Hernandez RA,Finkelman RD,et al.Comparative efˉfect of platelet-derived growth factor-BB and insulin-like growth factor-1individually and in combination,on periodontal regeneration in Macaca fascicularis.J Periodontal Res,1996,31:301-312.
, 百拇医药
    19 Linkhart TA,Mohan S,Baylink DJ.Growth factors for bone growth and repair:IGF,TGF-beta and BMP.Bone,1996,19:1-12.

    20 Thaller SR,Salzhauer MA,Rubinsten AJ,et al.Effect of insulin-like growth factor typelon critical size calvarial bone defects in irradiated rats.J Craniofac Surg,1998,9:138-141.

    21 Stefani CM,Machado MA,Sallum EA,et al.Platelet-derived growth factor/insulin-like growth factor-1conbination and bone regenerationaround implants placed into extraction sockets:a histometric study in dogs.Implant Dent,2000,9:126-131.
, 百拇医药
    22 Marx RE,Carlson ER,Eichstedt RM,et al.Platelet-rich plasma:Growth factor enhancement for bone grafts.Oral Surg Oral med Oral Pathol Oral Radiol Endod,1998,85:638-646.

    23 Kassolis JD,Rosen PS,Reynolds MA.Alveolar ridge and sinus augˉmentation utilizing platelet-rich plasma in combination with freeze-dried bone allograft:case series.J Periodontol,2000,71:1654-1661.

    24 Fennis JPM,Stoelinga PJW,Jansen JA.Mandibular reconstruction:A clinical and radiographic animal-study in theuse of autogenous scafˉfolds and PRP.Int J Oral Maxillofac Surg submitted,2001.
, 百拇医药
    25 De Obarrio JJ,Arauz-Dutari JI,Chamberlain TM,et al.The use of autologous growth factors in periodontal surgical therapy:platelet gel biotechnology-case reports.Int J Periodontics Restorative Dent,2000,20:486-497.

    作者单位:250012山东大学口腔医学院

    250012山东大学齐鲁医院口腔科

    (编辑曲 全), http://www.100md.com(孙明霞)