骨折愈合过程中胶原基因的表达
作者：郑军 董福慧
单位：郑军(中国中医研究院骨伤科研究所 北京 100700)；董福慧(中国中医研究院骨伤科研究所 北京 100700)
关键词：骨折愈合；基因表达；综述
中国中医骨伤科杂志000225 中图分类号：Q786；R336 文献标识码：B 文章编号：1005-0205(2000)02 -0049-03
骨折愈合是一个复杂的过程，其在细胞水平已得到了较好地研究与描述，但在分子生物学水 平，人们还所知不多。这一过程涉及到间充质细胞的增殖与分化、随之产生的细胞外基质、 基质的空间构型及钙、磷等无机盐在其上的附着。基质中含有两种主要的大分子成分，即胶 原和蛋白多糖，其结构与功能各不相同。本文将就近年来有关胶原在骨折愈合过程中的研究 作回顾。
, 百拇医药 1 胶原的一般分子生物学特点
胶原纤维是由胶原分子构成的，每个分子由三条多肽链(α链)互相缠绕成右手三螺旋结构 (triplehelix)，而其中的每条多肽链为左手螺旋。目前已知至少有十九种胶原分子(及 十余种胶原样蛋白质)，如Ⅰ型，Ⅱ型等。这十九种胶原是由二十余种α肽链组成，如α 1，α2等。Ⅰ型胶原分子组成为[α1(Ⅰ)]2α2(Ⅰ)，Ⅱ型胶原分子组成为[ α1(Ⅱ)]3，Ⅲ型胶原分于组成为[α1(Ⅲ)]3。在胶原家族中，依其结构可分 为八类[1]。其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ及Ⅺ型胶原，具有连续的无间断螺旋结构，同属 一种类型。这些胶原分于大小相似，均含有—Gly—X—Y—重复序列(X代表脯氨酸或羟脯氨酸，Y代表赖氨酸或羟赖氨酸)。胶原的合成首先是在细胞内，经DNA转录为mRNA，再翻译为前胶原α肽，经羟化后形成三股螺旋，再经糖化反应后，分泌到细胞外。三股螺旋的两个端 肽(N端及C端)在细胞外被肽酶切去，仅留下(V型胶原除外)具有三螺旋结构的胶原分子 ，并继而发生交联反应形成共价结合的胶原大分子，装配成带横纹的纤维。从三股螺旋的胶 原分子到纤维形成的详细过
, 百拇医药
程，目前仍不十分清楚。大约10%～60%新合成的胶原在形成己羟化的完整肽链后，在从细 胞分泌之前被降解，这是细胞对胶原的质和量的一种调解。胶原的代谢较慢，半衰期为数年 ，但在某些病理状态下(如Paget病)代谢加快。胶原有三种抗原决定簇，即①三股螺旋决 定簇，②N端与C端螺旋区的决定簇，③中央决定簇。骨中主要含 Ⅰ型胶原，软骨中主要含Ⅱ型胶原[2]。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型胶原为组织提供力学强度并 给予支撑。Ⅰ、Ⅲ型胶原还为细胞的附着及迁移提供支架。例如，间充质细胞要首先借助Ⅲ 型胶原到达骨折处，然后再分化为成骨细胞或成软骨细胞。Ⅴ型胶原并不直接形成胶原纤维 ，但常与Ⅰ、Ⅲ型胶原相伴。这些胶原还在骨折愈合中为血管进入断端间提供支撑。
2 胶原基因在坚强固定下的骨折愈合过程中的表达
在坚强固定下，生理载荷是决定骨痂形成的主要因素。坚强固定减少了骨折断端的运动，在此有利条件下，骨愈合可通过皮质骨骨单位的直接连接而实现，即通过膜内骨化产生新的骨 单位，其从骨折一端直接向另一端生长。Page M.在实验性兔胫骨骨折中，采用坚强内固定 ，应用免疫组化对骨折处的冰冻切片进行分析[3]。发现最早出现骨膜反应是在骨 折后的第3天。血肿及细胞碎屑被一层可与Ⅲ型胶原抗体结合的纤维性组织所取代。在血管 周围还存在可与Ⅴ型胶原抗体结合的区域。皮质骨迅速连接，也可能存在小的独立的纤维性 区域，其可与Ⅰ型胶原抗体结合。这是骨痂中松质骨性骨小梁形成的第一步。此后松质骨范 围扩增，覆盖整个骨折处。Ⅰ型胶原的数量亦增加，新形成的胶原尚包括Ⅲ型及Ⅴ型胶原。 骨小梁在第5天时己充分形成，可清晰构成其间的小腔，腔内基质可与Ⅲ型及Ⅴ型胶原抗体 结合，其中Ⅲ型胶原含量更高。在其后形成的哈佛氏管及伏克曼氏管中亦存在Ⅲ型及Ⅴ型胶 原，而无Ⅰ型胶原。第7天时，在骨痂内发现Ⅱ型胶原及Ⅸ型胶原，其限定于一个很小的范 围内，包括骨小梁连接处、新骨膜及近骨折间隙处。此时仍存在Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ型胶原。以后骨 小梁继续钙化，增粗增大，但在其中心区仍存在Ⅲ型及Ⅴ型胶原；偶而可见Ⅱ型胶原。Ashh urst D.E.等采用免疫组化方法对兔胫骨骨折处的冰冻切片进行研究，发现新形成的骨膜可 与Ⅲ型及Ⅴ型胶原抗体结合，但未发现能与Ⅰ型胶原抗体结合[4]。另有研究表明 ，正常成年兔的骨膜中亦缺乏Ⅰ型胶原，但在其它实验中，亦有相反发现[5，6 ]。小鼠骨折后新形成的骨膜则含有Ⅰ及Ⅲ型胶原，其骨痂基质不含V型胶原。
, 百拇医药
在坚强固定下，骨折愈合不经过软骨介导，骨膜骨痂的量也很少，通过骨折线的骨性桥接也较在非坚强固定下快得多。早期松质骨基质内主要含有Ⅰ型胶原，但亦含有Ⅲ型及Ⅴ型胶原 。
3 胶原基因在非坚强固定下的骨折愈合过程中的表达
以前认为骨先质细胞具有向成骨细胞或成软骨细胞方向分化的潜能，因而能在骨折处既合成Ⅰ型胶原，亦合成Ⅱ型胶原。目前认为成骨细胞及成软骨细胞表型的调控，主要由外环境决 定，与血管的进入及局部氧张力有关，这一点已在体内外实验中得到证实[7～9] 。Carter等证实在不稳定状态下的骨折愈合过程中，骨折线周围存在的压力阻碍了血管的生 成[10]。
在骨折后的炎症期，形成骨痂的肉芽组织基质中富含Ⅲ型胶原[11，12]。采用 杂交方法对全骨痂前胶原mRNA的杂交分析表明，在骨折愈合的第1周内，Ⅲ型胶原的mRNA的 水平急剧增加[13]。但早期兔胫骨骨折的骨痂中Ⅰ型胶原则未见[3]， 而在小鼠的骨折中，Ⅰ型胶原则遍及基质[12]。免疫组化研究表明Ⅲ型胶原主要 存在于骨膜下骨折处周围的骨痂中，而正常发育中的骨膜主要含Ⅰ型胶原[14]， Ⅲ型胶原含量极少[15]。应用原位杂交技术分析正常骨膜或软骨膜中的细胞表明 ，其含有高水平的Ⅰ型胶原mRNA，而几乎不含Ⅲ型胶原的mRNA[16]。在肉芽组织 中，应用原位杂交方法发现作为炎细胞的成纤维细胞增加了Ⅲ型胶原的mRNA的水平，而降低 了Ⅰ型胶原的mRNA水平[17]。这表明Ⅲ型胶原通过目前未知介质参与了炎症反应 。由于早期骨痂内炎症反应程度决定了软骨性骨痂的大小[18]，由此推断炎症期 产生的基质性质在骨折愈合过程中的确起重要作用[19]。相反地，过度的炎症反 应及产生过多的肉芽组织会阻碍骨生成。肉芽组织中富含的Ⅲ型胶原及一些Ⅰ型及Ⅴ型胶原 主要与血管有关[3]。组化研究表明，有些Ⅲ型胶原存在于新形成的软骨基质及最 初形成的骨小梁中[3，12]，以后骨中的Ⅲ型胶原仅能在骨小梁间的间质中找到 [12]。不同种类实验动物的炎症反应期的时间不同。
, 百拇医药
在修复期，软骨性基质的数量迅速增加[7，18]，Ⅱ型胶原及其mRNA含量 亦迅速增加[3，12，13，18]。骨折端制动的情况决定了软骨产生量 的大小。大量软骨产生于非制动或非坚强固定的情况下。软骨性基质逐渐骨化后，Ⅱ型胶原 的小岛仍存留于新形成的骨基质中，尽管此时己不存在软骨细胞[3，12]。这一 点与生长板处的情况有诸多相似之处。应用Northern杂交还发现此阶段尚存在α1(Ⅸ) 和 α1(Ⅺ)胶原的mRNA。原位杂交技术还发现新分化的软骨细胞中，既含有Ⅰ型胶原，又 含有Ⅱ型胶原的mRNA。Ⅰ型胶原mRNA的出现反应了作为前成软骨细胞的成纤 维细胞的特性。骨痂中软骨细胞的成熟，会导致Ⅰ型胶原mRNA的消失。应用 免疫组化研究发现，新产生的基质中仍存在Ⅲ型胶原，表明在软骨生成前，原来存在的纤维 性基质并不完全降解[3，12]。即在新形成的软骨中存在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型胶原的表 达。在软骨区外未发现Ⅱ型胶原。在骨痂及生长板中，增生的软骨细胞产生Ⅹ型胶原是其一 个显著特点。Ⅹ型胶原限存于增生的软骨细胞中，表明了其在软骨矿化过程中的作用，因此 该型胶原可作为软骨内骨化开始的标志。骨痂中高水平的Ⅹ型胶原mRNA表达略迟于Ⅱ型及Ⅸ 型胶原mRNA[20]。
, 百拇医药
在塑型期，骨小梁上的成骨细胞含有高水平的Ⅰ型胶原mRNA，在骨小梁间的 间质内及哈佛氏管内明显存有Ⅲ型胶原[3，12]。一些Ⅲ型胶原亦存在于新近形 成的松质骨基质内，但在塑型的板层骨中却未发现[11，12]。在骨痂中的骨- 软骨连接处还存在“窄”的Ⅰ型及Ⅱ型胶原区域[3，14]。
在骨折愈合及再生过程中，除主要涉及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型等胶原外，还涉及到几种小胶原。近来Yamazki M.等利用实验性小鼠骨折研究了Ⅴ及Ⅺ型胶原。发现在骨折修复过 程中，骨膜骨先质细胞中有Ⅴ型前胶原α2(Ⅴ)的强烈表达，表达水平与前胶原α1( Ⅰ)相关。在软骨痂(soft callus)的软骨生成过程中α1(Ⅺ)胶原的mRNA表达与前胶 原α1(Ⅱ)表达是同步的。在硬骨痂(hard callus)中，前胶原α1(Ⅺ)在膜内骨化和 软骨内骨化的成骨细胞中均有表达。这些细胞虽然没有表达前胶原α1(Ⅱ)，但此时却表 达了前胶原α2(Ⅴ)。这些发现表明α2(Ⅴ)胶原链在硬骨痂中参与了非软骨性的纤维网 的形成，在膜内骨化的早期起了积极作用。近来研究表明Ⅺ型胶原——传统上被认为是软骨 型胶原，其实它对于软骨并不是必需的和特异的。目前的研究结果增进了这一认识，并证明 了在骨痂的非软骨性组织中α1(Ⅺ)mRNA与α2(Ⅴ)mRNA的共同表达。
, 百拇医药
4 胶原基因在骨折愈合过程中的表达途径
在骨折愈合过程中，基质基因的表达主要是在转录水平上进行调控[13]。 例如近年研究表明在鸡胚肢体发育过程中，细胞同时表达Ⅰ及Ⅱ型胶原的mRNA。全部肢芽的 细胞均有Ⅰ型胶原的mRNA表达，而Ⅱ型胶原mRNA的表达主要集中于软骨生成区。当细胞已 分化为软骨细胞后，仍表达Ⅰ的mRNA。这表明Ⅰ型胶原合成的调控是发生在转 录水平，而不是基因水平。Jingushi S.等在研究骨折修复过程中细胞外基质的表达与相应 的组织 学变化之间的关系时，发现在骨折愈合的不同时期，不同骨痂(软、硬骨痂)内基质蛋白的 基因表达不同，与依时间的组织学变化相关。这表明了骨折修复过程中基质 基因的表达是转录调控及局部调控的。
5 目前的问题及思考
目前我们尚不知道不同的力学环境是通过何种介导来调控细胞分化的；不同的力学环境是通 过何种介导来调控基因表达的；细胞调控与基因水平调控的关系是什么；是否应该努力找到 一种促进Ⅰ型胶原基因表达而不是Ⅱ型胶原基因表达的药物。这些问题的解答将有助于我们 对骨折愈合，再生及相应的治疗的全面理解。
, 百拇医药
我们推测，胶原基因的调控虽主要在转录水平上进行，但也必然涉及到多种细胞的诱导及表 型的维持。细胞水平的调控很可能与胶原基因的调控密切相关，即由细胞产生的胶原通过细 胞——胶原间的相互作用进一步调控细胞的表型。有理由相信，在骨折愈合过程中，首先是 一个主要调控基因(或基因系统)启动，然后导致整个基质基因系列的表达。
基本项目：国家中医药管理局重点课题
作者简介：郑军(1965-)，男(汉族)，黑龙江省哈尔滨市人，副主任医师。
参考文献
[1] Darwin J.P.Collagens:Molecular biology,diseases,and potentials fo r therapy.Annu.Rev Biochem,1995,64:403
, 百拇医药 [2] 蒋明.风湿病学.北京：科学出版社，1995，286～287
[3] Page M.The effects of mechanical stability on the macromolecules of the c onnective tissue matrices produced during facture healing.Ⅰ.Collagens.Histochem .J,1986,18:251
[4] Ashhurst D.E.Collagens synthesized by healing fracture.Clin.Orthop,1990,2 25:273
[5] Gay S.Collagens in the physiology and pathology of connective tissue.Stut tgart.G.Fischer,1978,109
, 百拇医药
[6] Von der Mark K.Study of differental collagen synthesized during developme nt of chick embryo by immunofluorescence:Ⅱ.Localization of type Ⅰ and Ⅱ colla gen during long bon development.Dev.Biol,1976,53:153
[7] Ashhurst D.E.The influence of mechanical conditions on the healing of exp erimental fracture in the rabbit:A microscopical study.Philos.Trans.R.Soc. Lond,1986,313:271
[8] Bassett.C.A.L.Influence of oxygen concentration and mechanical factors on differentiation of connective tissue in vitro.Nature,1961,190:460
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收稿日期：1999-05-10, 百拇医药
单位：郑军(中国中医研究院骨伤科研究所 北京 100700)；董福慧(中国中医研究院骨伤科研究所 北京 100700)
关键词：骨折愈合；基因表达；综述
中国中医骨伤科杂志000225 中图分类号：Q786；R336 文献标识码：B 文章编号：1005-0205(2000)02 -0049-03
骨折愈合是一个复杂的过程，其在细胞水平已得到了较好地研究与描述，但在分子生物学水 平，人们还所知不多。这一过程涉及到间充质细胞的增殖与分化、随之产生的细胞外基质、 基质的空间构型及钙、磷等无机盐在其上的附着。基质中含有两种主要的大分子成分，即胶 原和蛋白多糖，其结构与功能各不相同。本文将就近年来有关胶原在骨折愈合过程中的研究 作回顾。
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胶原纤维是由胶原分子构成的，每个分子由三条多肽链(α链)互相缠绕成右手三螺旋结构 (triplehelix)，而其中的每条多肽链为左手螺旋。目前已知至少有十九种胶原分子(及 十余种胶原样蛋白质)，如Ⅰ型，Ⅱ型等。这十九种胶原是由二十余种α肽链组成，如α 1，α2等。Ⅰ型胶原分子组成为[α1(Ⅰ)]2α2(Ⅰ)，Ⅱ型胶原分子组成为[ α1(Ⅱ)]3，Ⅲ型胶原分于组成为[α1(Ⅲ)]3。在胶原家族中，依其结构可分 为八类[1]。其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ及Ⅺ型胶原，具有连续的无间断螺旋结构，同属 一种类型。这些胶原分于大小相似，均含有—Gly—X—Y—重复序列(X代表脯氨酸或羟脯氨酸，Y代表赖氨酸或羟赖氨酸)。胶原的合成首先是在细胞内，经DNA转录为mRNA，再翻译为前胶原α肽，经羟化后形成三股螺旋，再经糖化反应后，分泌到细胞外。三股螺旋的两个端 肽(N端及C端)在细胞外被肽酶切去，仅留下(V型胶原除外)具有三螺旋结构的胶原分子 ，并继而发生交联反应形成共价结合的胶原大分子，装配成带横纹的纤维。从三股螺旋的胶 原分子到纤维形成的详细过
, 百拇医药
程，目前仍不十分清楚。大约10%～60%新合成的胶原在形成己羟化的完整肽链后，在从细 胞分泌之前被降解，这是细胞对胶原的质和量的一种调解。胶原的代谢较慢，半衰期为数年 ，但在某些病理状态下(如Paget病)代谢加快。胶原有三种抗原决定簇，即①三股螺旋决 定簇，②N端与C端螺旋区的决定簇，③中央决定簇。骨中主要含 Ⅰ型胶原，软骨中主要含Ⅱ型胶原[2]。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型胶原为组织提供力学强度并 给予支撑。Ⅰ、Ⅲ型胶原还为细胞的附着及迁移提供支架。例如，间充质细胞要首先借助Ⅲ 型胶原到达骨折处，然后再分化为成骨细胞或成软骨细胞。Ⅴ型胶原并不直接形成胶原纤维 ，但常与Ⅰ、Ⅲ型胶原相伴。这些胶原还在骨折愈合中为血管进入断端间提供支撑。
2 胶原基因在坚强固定下的骨折愈合过程中的表达
在坚强固定下，生理载荷是决定骨痂形成的主要因素。坚强固定减少了骨折断端的运动，在此有利条件下，骨愈合可通过皮质骨骨单位的直接连接而实现，即通过膜内骨化产生新的骨 单位，其从骨折一端直接向另一端生长。Page M.在实验性兔胫骨骨折中，采用坚强内固定 ，应用免疫组化对骨折处的冰冻切片进行分析[3]。发现最早出现骨膜反应是在骨 折后的第3天。血肿及细胞碎屑被一层可与Ⅲ型胶原抗体结合的纤维性组织所取代。在血管 周围还存在可与Ⅴ型胶原抗体结合的区域。皮质骨迅速连接，也可能存在小的独立的纤维性 区域，其可与Ⅰ型胶原抗体结合。这是骨痂中松质骨性骨小梁形成的第一步。此后松质骨范 围扩增，覆盖整个骨折处。Ⅰ型胶原的数量亦增加，新形成的胶原尚包括Ⅲ型及Ⅴ型胶原。 骨小梁在第5天时己充分形成，可清晰构成其间的小腔，腔内基质可与Ⅲ型及Ⅴ型胶原抗体 结合，其中Ⅲ型胶原含量更高。在其后形成的哈佛氏管及伏克曼氏管中亦存在Ⅲ型及Ⅴ型胶 原，而无Ⅰ型胶原。第7天时，在骨痂内发现Ⅱ型胶原及Ⅸ型胶原，其限定于一个很小的范 围内，包括骨小梁连接处、新骨膜及近骨折间隙处。此时仍存在Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ型胶原。以后骨 小梁继续钙化，增粗增大，但在其中心区仍存在Ⅲ型及Ⅴ型胶原；偶而可见Ⅱ型胶原。Ashh urst D.E.等采用免疫组化方法对兔胫骨骨折处的冰冻切片进行研究，发现新形成的骨膜可 与Ⅲ型及Ⅴ型胶原抗体结合，但未发现能与Ⅰ型胶原抗体结合[4]。另有研究表明 ，正常成年兔的骨膜中亦缺乏Ⅰ型胶原，但在其它实验中，亦有相反发现[5，6 ]。小鼠骨折后新形成的骨膜则含有Ⅰ及Ⅲ型胶原，其骨痂基质不含V型胶原。
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在坚强固定下，骨折愈合不经过软骨介导，骨膜骨痂的量也很少，通过骨折线的骨性桥接也较在非坚强固定下快得多。早期松质骨基质内主要含有Ⅰ型胶原，但亦含有Ⅲ型及Ⅴ型胶原 。
3 胶原基因在非坚强固定下的骨折愈合过程中的表达
以前认为骨先质细胞具有向成骨细胞或成软骨细胞方向分化的潜能，因而能在骨折处既合成Ⅰ型胶原，亦合成Ⅱ型胶原。目前认为成骨细胞及成软骨细胞表型的调控，主要由外环境决 定，与血管的进入及局部氧张力有关，这一点已在体内外实验中得到证实[7～9] 。Carter等证实在不稳定状态下的骨折愈合过程中，骨折线周围存在的压力阻碍了血管的生 成[10]。
在骨折后的炎症期，形成骨痂的肉芽组织基质中富含Ⅲ型胶原[11，12]。采用 杂交方法对全骨痂前胶原mRNA的杂交分析表明，在骨折愈合的第1周内，Ⅲ型胶原的mRNA的 水平急剧增加[13]。但早期兔胫骨骨折的骨痂中Ⅰ型胶原则未见[3]， 而在小鼠的骨折中，Ⅰ型胶原则遍及基质[12]。免疫组化研究表明Ⅲ型胶原主要 存在于骨膜下骨折处周围的骨痂中，而正常发育中的骨膜主要含Ⅰ型胶原[14]， Ⅲ型胶原含量极少[15]。应用原位杂交技术分析正常骨膜或软骨膜中的细胞表明 ，其含有高水平的Ⅰ型胶原mRNA，而几乎不含Ⅲ型胶原的mRNA[16]。在肉芽组织 中，应用原位杂交方法发现作为炎细胞的成纤维细胞增加了Ⅲ型胶原的mRNA的水平，而降低 了Ⅰ型胶原的mRNA水平[17]。这表明Ⅲ型胶原通过目前未知介质参与了炎症反应 。由于早期骨痂内炎症反应程度决定了软骨性骨痂的大小[18]，由此推断炎症期 产生的基质性质在骨折愈合过程中的确起重要作用[19]。相反地，过度的炎症反 应及产生过多的肉芽组织会阻碍骨生成。肉芽组织中富含的Ⅲ型胶原及一些Ⅰ型及Ⅴ型胶原 主要与血管有关[3]。组化研究表明，有些Ⅲ型胶原存在于新形成的软骨基质及最 初形成的骨小梁中[3，12]，以后骨中的Ⅲ型胶原仅能在骨小梁间的间质中找到 [12]。不同种类实验动物的炎症反应期的时间不同。
, 百拇医药
在修复期，软骨性基质的数量迅速增加[7，18]，Ⅱ型胶原及其mRNA含量 亦迅速增加[3，12，13，18]。骨折端制动的情况决定了软骨产生量 的大小。大量软骨产生于非制动或非坚强固定的情况下。软骨性基质逐渐骨化后，Ⅱ型胶原 的小岛仍存留于新形成的骨基质中，尽管此时己不存在软骨细胞[3，12]。这一 点与生长板处的情况有诸多相似之处。应用Northern杂交还发现此阶段尚存在α1(Ⅸ) 和 α1(Ⅺ)胶原的mRNA。原位杂交技术还发现新分化的软骨细胞中，既含有Ⅰ型胶原，又 含有Ⅱ型胶原的mRNA。Ⅰ型胶原mRNA的出现反应了作为前成软骨细胞的成纤 维细胞的特性。骨痂中软骨细胞的成熟，会导致Ⅰ型胶原mRNA的消失。应用 免疫组化研究发现，新产生的基质中仍存在Ⅲ型胶原，表明在软骨生成前，原来存在的纤维 性基质并不完全降解[3，12]。即在新形成的软骨中存在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型胶原的表 达。在软骨区外未发现Ⅱ型胶原。在骨痂及生长板中，增生的软骨细胞产生Ⅹ型胶原是其一 个显著特点。Ⅹ型胶原限存于增生的软骨细胞中，表明了其在软骨矿化过程中的作用，因此 该型胶原可作为软骨内骨化开始的标志。骨痂中高水平的Ⅹ型胶原mRNA表达略迟于Ⅱ型及Ⅸ 型胶原mRNA[20]。
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在塑型期，骨小梁上的成骨细胞含有高水平的Ⅰ型胶原mRNA，在骨小梁间的 间质内及哈佛氏管内明显存有Ⅲ型胶原[3，12]。一些Ⅲ型胶原亦存在于新近形 成的松质骨基质内，但在塑型的板层骨中却未发现[11，12]。在骨痂中的骨- 软骨连接处还存在“窄”的Ⅰ型及Ⅱ型胶原区域[3，14]。
在骨折愈合及再生过程中，除主要涉及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型等胶原外，还涉及到几种小胶原。近来Yamazki M.等利用实验性小鼠骨折研究了Ⅴ及Ⅺ型胶原。发现在骨折修复过 程中，骨膜骨先质细胞中有Ⅴ型前胶原α2(Ⅴ)的强烈表达，表达水平与前胶原α1( Ⅰ)相关。在软骨痂(soft callus)的软骨生成过程中α1(Ⅺ)胶原的mRNA表达与前胶 原α1(Ⅱ)表达是同步的。在硬骨痂(hard callus)中，前胶原α1(Ⅺ)在膜内骨化和 软骨内骨化的成骨细胞中均有表达。这些细胞虽然没有表达前胶原α1(Ⅱ)，但此时却表 达了前胶原α2(Ⅴ)。这些发现表明α2(Ⅴ)胶原链在硬骨痂中参与了非软骨性的纤维网 的形成，在膜内骨化的早期起了积极作用。近来研究表明Ⅺ型胶原——传统上被认为是软骨 型胶原，其实它对于软骨并不是必需的和特异的。目前的研究结果增进了这一认识，并证明 了在骨痂的非软骨性组织中α1(Ⅺ)mRNA与α2(Ⅴ)mRNA的共同表达。
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4 胶原基因在骨折愈合过程中的表达途径
在骨折愈合过程中，基质基因的表达主要是在转录水平上进行调控[13]。 例如近年研究表明在鸡胚肢体发育过程中，细胞同时表达Ⅰ及Ⅱ型胶原的mRNA。全部肢芽的 细胞均有Ⅰ型胶原的mRNA表达，而Ⅱ型胶原mRNA的表达主要集中于软骨生成区。当细胞已 分化为软骨细胞后，仍表达Ⅰ的mRNA。这表明Ⅰ型胶原合成的调控是发生在转 录水平，而不是基因水平。Jingushi S.等在研究骨折修复过程中细胞外基质的表达与相应 的组织 学变化之间的关系时，发现在骨折愈合的不同时期，不同骨痂(软、硬骨痂)内基质蛋白的 基因表达不同，与依时间的组织学变化相关。这表明了骨折修复过程中基质 基因的表达是转录调控及局部调控的。
5 目前的问题及思考
目前我们尚不知道不同的力学环境是通过何种介导来调控细胞分化的；不同的力学环境是通 过何种介导来调控基因表达的；细胞调控与基因水平调控的关系是什么；是否应该努力找到 一种促进Ⅰ型胶原基因表达而不是Ⅱ型胶原基因表达的药物。这些问题的解答将有助于我们 对骨折愈合，再生及相应的治疗的全面理解。
, 百拇医药
我们推测，胶原基因的调控虽主要在转录水平上进行，但也必然涉及到多种细胞的诱导及表 型的维持。细胞水平的调控很可能与胶原基因的调控密切相关，即由细胞产生的胶原通过细 胞——胶原间的相互作用进一步调控细胞的表型。有理由相信，在骨折愈合过程中，首先是 一个主要调控基因(或基因系统)启动，然后导致整个基质基因系列的表达。
基本项目：国家中医药管理局重点课题
作者简介：郑军(1965-)，男(汉族)，黑龙江省哈尔滨市人，副主任医师。
参考文献
[1] Darwin J.P.Collagens:Molecular biology,diseases,and potentials fo r therapy.Annu.Rev Biochem,1995,64:403
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[3] Page M.The effects of mechanical stability on the macromolecules of the c onnective tissue matrices produced during facture healing.Ⅰ.Collagens.Histochem .J,1986,18:251
[4] Ashhurst D.E.Collagens synthesized by healing fracture.Clin.Orthop,1990,2 25:273
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收稿日期：1999-05-10, 百拇医药