同种异体骨膜移植
作者：李晓峰 李玲 张信英
单位：李晓峰(哈尔滨市第一医院急诊中心，150010)；李玲 张信英(哈尔滨医科大学第一医院)
关键词：
中国急救医学000469 1978年Finley等[1]首次用吻合血管的自体骨膜移植修复骨缺损在动物实验中获得成功。1994年刘建寅[2]等报导带血管的异体骨膜能够成骨并可修复骨缺损，为异体骨膜移植的进一步研究奠定了基础。本文就带血管的异体骨膜移植的几个相关问题进行阐述。
1 骨膜的成骨基础—骨膜的组织学特性和超微结构
骨膜传统上分为浅表的纤维层和深面的生发层。近年来朱守礼[3]等提出了根据骨膜的功能和解剖学基础，骨膜分三层的观点，即浅表的纤维层，中间的血管性未分化区和深面的生发层。纤维层厚，细胞成分少，主要为粗大的胶原纤维束。有些纤维穿入骨质起固定作用，称Sharpy纤维。生发层紧邻骨表面，其纤维成分少，排列疏松，血管和细胞丰富，有成骨细胞、破骨细胞、血管内皮细胞。中层组织疏松，主要细胞成分为未分化细胞，能为生发层和纤维层提供祖细胞，具有营养作用，是调节骨和周围软骨组织相互作用的缓冲带。
, 百拇医药
骨膜的超微结构和体视学研究中发现骨膜呈层状结构。第一层紧邻骨表面，主要由成骨细胞组成。成骨细胞占该层细胞总数的90%，其上方常由小而致密的细胞组成的成骨细胞上层，胶原纤维占该层的15%。第二层的主要成分是基质，占32%，其余为成纤维细胞和胶原(各占25%)及血管，主要是毛细血管，占体积的12%～19%。第三层中胶原纤维占46%，成纤维细胞占34%。
骨膜血管丰富。在纤维层内，动脉和伴行静脉在骨周围形成密网状血管网状层。此血管网由短支、环行支和纵行支组成。短支无主要走行方向，环行支环绕管状骨，纵行支与骨长轴平行。生发层血管网细而稀疏，沿长轴走行，与纤维层血管间有吻合支相连。
2 血供与应力刺激对骨膜成骨作用的影响
李利等[4]提出血供对骨膜成骨起关键作用。Ariwisa Fujinakj等[5]报告，良好的血运能激活骨膜的生发层和新生层，组织学观察显示，新生成的骨恰好在有血运的骨膜下方，有血运者较无血运者明显增粗。血供是骨折愈合的决定性因素，血管在骨折愈合中已超越被动管道和向骨折修复区域提供血液的作用[6]。有血运的骨膜较游离骨膜成骨能力优越，受体部位局部环境对其影响小[7]。其实验报道，有血运的骨膜两周时达到最大的成骨能力，以后减缓至两周时的一半且持续成骨。在异体骨膜移植中，有血运组骨膜成骨在4周时即可发现[8]。8周时100%有新骨生成；无血运组4周时骨膜萎缩呈淡黄色，12周时骨膜基本被吸收。光镜下骨膜组织结构破碎，完全退化。电镜下可见纤维细胞和胶原纤维，未见骨细胞，骨膜完全坏死，无成骨能力。
, http://www.100md.com
在应力作用下成骨细胞被活化。在一定域值内，应力越大成骨越活跃。骨膜移植到颅骨和尺骨，其成骨作用不如移植到胫骨。原因在于颅骨和尺骨受到应力刺激少于胫骨。朱盛修[9]认为适当的应力刺激是移植骨膜成骨的必要条件。
3 异体骨膜移植的免疫反应
在异体骨膜移植过程中必然发生免疫排斥反应。这种机制十分复杂，尚未完全阐明。Andrei Aczitrom等[10]进一步阐明了免疫反应中的“双信号系统”的理论。这一模型较满意地解释了免疫系统的自我识别能力。认为刺激T淋巴细胞前体细胞的信号Ⅰ是抗原性多肽，信号Ⅱ是抗原表达细胞，第二类主要组织相容性复合物分子及抗原性多肽的三体复合物组成。自身抗原多肽，即信号Ⅰ，不会引起免疫反应。只有信号Ⅰ与淋巴细胞前体细胞结合，才导致抑制状态。当异体抗原多肽进入体内后，被抗原表达细胞处理后与第Ⅱ类组织相容性复合物(MHC)结合，产生信号Ⅱ。这样双信号激活T淋巴细胞前体细胞，发生增生分化。
, 百拇医药
信号Ⅱ中的抗原表达细胞传统认为是骨髓源性的树突状细胞，巨噬细胞和B淋巴细胞，被称为专职的抗原表达细胞，在r干扰素的作用下可诱导上皮细胞及内皮细胞表达第二类主要组织相容性抗原分子，使这些非骨髓源性细胞转变成免疫细胞，即非专职抗原表达细胞。
间接激活途径中，T辅助淋巴细胞参与。直接激活途径中，细胞毒T淋巴细胞参与。
Czitrom报告，在主要组织相容性复合体不同时，不含有血源性细胞，即专职抗原表达细胞的移植物能够存活。从理论上说，如果在排斥反应中细胞毒T淋巴细胞起主要作用。而激活过程是通过间接途径完成的，那么免疫细胞将不会攻击异体移植物。移植物的慢性或迟发性变态反应(特别是致敏后的受体)，不能由环孢霉素A抑制。
异体移植的抗原主要在细胞表面，分为第Ⅰ类和第Ⅱ类抗原，是由主要组织相容性复合体(MHC)编码的产物[10]。这两类分子都能够激活T淋巴细胞。人类的MHC为HLA系统，在第六对染色体短臂近外端，包括5个位点，是一个高度多形的基因区域。HCA-A、B、C编码第Ⅰ类抗原。HCA-DR、DP、DQ编码第Ⅱ类抗原。
, 百拇医药
第Ⅰ类抗原由CD8T淋巴细胞(细胞毒T淋巴细胞)识别。这类抗原多为内生性多肽，如病毒感染时的病毒成分。第Ⅱ类抗原通常由CP4T淋巴细胞(辅助T淋巴细胞)识别。这类抗原多为外源性多肽。第Ⅰ类抗原分子可以在所有有核细胞和某些啮类细胞膜表面存在。它们是细胞毒T淋巴细胞的靶抗原，是识别自身组织的关键分子。第Ⅱ类抗原存在于B淋巴细胞，某些巨噬细胞，树突状细胞等。在正常条件下，实质器官的细胞及血管内皮细胞不表达第Ⅱ类抗原，但在r干扰素的作用下，将会表达第Ⅱ类抗原。
异体骨膜移植是新鲜的异体移植。因此具有明显的第Ⅰ类、第Ⅱ类抗原。通过适当处理，如灌洗后异体骨膜内专职抗原表达细胞(如树突状细胞将减少。免疫反应只能通过间接反应发生。这一反应(间接途径)需辅助T淋巴细胞参与。但因灌洗后含Ⅱ类抗原的细胞如树突状细胞，B淋巴细胞减少。这样异体移植物中第Ⅰ类抗原将会激活细胞毒T淋巴细胞。理论上，细胞毒T淋巴细胞将不会对异体移植物产生排斥反应。
, 百拇医药
在实践和临床上，骨的免疫抗原性主要在它的骨髓成分。骨髓中的专职抗原表达细胞能够刺激直接途径发生排斥反应。在体外骨髓细胞分次实验中，发现颗粒状细胞前体细胞具有树突样细胞特征。如选择性去除骨移植物内抗原性表达细胞，同时保护骨细胞活性，能够有效地阻止新鲜异体移植物的排斥反应，导致更好地愈合。
异体骨膜移植不同于实质脏器移植，如长期使用免疫抑制剂将产生致命副作用。因此，短期使用免疫抑制剂成为必然。进一步研究免疫抑制剂的用量，使用时间及免疫反应监测成为急需解决的问题，停药后新生骨的免疫性如何，是否会被排斥而发生病理性骨折是另一问题。如能适当解决以上问题，异体骨膜移植有可能成为一种新的治疗手段而应用于临床。
[基金来源] 哈尔滨市科委攻关资助课题
[参考文献]
[1]Finley JM. Revascularized periosteal graft :A new method to produce functional new bone without bone grafting .Plast Reconstr Surg,1978,66:1.
, 百拇医药
[2]刘建寅，王丹，程绪西.Use of revascularized periosteal tal study.Microsurgery， 1994，15：93-97.
[3]宋守礼，朱盛修.骨膜的组织学特征和超微结构.中华骨科杂志，1996，16(6)：395-397.
[4]李利，肖乃方，朱盛修.带血管蒂的髂骨骨膜移植成骨的计量学实验研究.中华医学杂志，1994，9：556-559.
[5]Arihisa Fujimaki.Experimental study and chinical obsercations on hypertrophy of vascularized bone grafts .Microsurgery ,1994,15:726-732.
[6]朱建民.骨折愈合的分子生物学进展.中华骨科杂志，1993，6：456-459.
, 百拇医药
[7]Hitoshi ishida histologic and biochemical analysis of osteogenic capacity of vascularized periosteum .Plastic and Reconstructive Surgery, 1996，3:512-518.
[8]刘建寅.Experimental study of the osteogenic capacity of periosteal allo-grafts :a preliminary report. Microsurgery ,1994,15:87-92.
[9]朱盛修.有血循的骨膜移植回顾与进展.中华显微外科杂志，1992，3：139-140.
[10]Sharon Stevenson. Current concepts review the response to bone allografts. The Journal of Bone and Joint Surgery, 1992,7:939-947.
[收稿：1999-03-25，修回：1999-09-27], 百拇医药
单位：李晓峰(哈尔滨市第一医院急诊中心，150010)；李玲 张信英(哈尔滨医科大学第一医院)
关键词：
中国急救医学000469 1978年Finley等[1]首次用吻合血管的自体骨膜移植修复骨缺损在动物实验中获得成功。1994年刘建寅[2]等报导带血管的异体骨膜能够成骨并可修复骨缺损，为异体骨膜移植的进一步研究奠定了基础。本文就带血管的异体骨膜移植的几个相关问题进行阐述。
1 骨膜的成骨基础—骨膜的组织学特性和超微结构
骨膜传统上分为浅表的纤维层和深面的生发层。近年来朱守礼[3]等提出了根据骨膜的功能和解剖学基础，骨膜分三层的观点，即浅表的纤维层，中间的血管性未分化区和深面的生发层。纤维层厚，细胞成分少，主要为粗大的胶原纤维束。有些纤维穿入骨质起固定作用，称Sharpy纤维。生发层紧邻骨表面，其纤维成分少，排列疏松，血管和细胞丰富，有成骨细胞、破骨细胞、血管内皮细胞。中层组织疏松，主要细胞成分为未分化细胞，能为生发层和纤维层提供祖细胞，具有营养作用，是调节骨和周围软骨组织相互作用的缓冲带。
, 百拇医药
骨膜的超微结构和体视学研究中发现骨膜呈层状结构。第一层紧邻骨表面，主要由成骨细胞组成。成骨细胞占该层细胞总数的90%，其上方常由小而致密的细胞组成的成骨细胞上层，胶原纤维占该层的15%。第二层的主要成分是基质，占32%，其余为成纤维细胞和胶原(各占25%)及血管，主要是毛细血管，占体积的12%～19%。第三层中胶原纤维占46%，成纤维细胞占34%。
骨膜血管丰富。在纤维层内，动脉和伴行静脉在骨周围形成密网状血管网状层。此血管网由短支、环行支和纵行支组成。短支无主要走行方向，环行支环绕管状骨，纵行支与骨长轴平行。生发层血管网细而稀疏，沿长轴走行，与纤维层血管间有吻合支相连。
2 血供与应力刺激对骨膜成骨作用的影响
李利等[4]提出血供对骨膜成骨起关键作用。Ariwisa Fujinakj等[5]报告，良好的血运能激活骨膜的生发层和新生层，组织学观察显示，新生成的骨恰好在有血运的骨膜下方，有血运者较无血运者明显增粗。血供是骨折愈合的决定性因素，血管在骨折愈合中已超越被动管道和向骨折修复区域提供血液的作用[6]。有血运的骨膜较游离骨膜成骨能力优越，受体部位局部环境对其影响小[7]。其实验报道，有血运的骨膜两周时达到最大的成骨能力，以后减缓至两周时的一半且持续成骨。在异体骨膜移植中，有血运组骨膜成骨在4周时即可发现[8]。8周时100%有新骨生成；无血运组4周时骨膜萎缩呈淡黄色，12周时骨膜基本被吸收。光镜下骨膜组织结构破碎，完全退化。电镜下可见纤维细胞和胶原纤维，未见骨细胞，骨膜完全坏死，无成骨能力。
, http://www.100md.com
在应力作用下成骨细胞被活化。在一定域值内，应力越大成骨越活跃。骨膜移植到颅骨和尺骨，其成骨作用不如移植到胫骨。原因在于颅骨和尺骨受到应力刺激少于胫骨。朱盛修[9]认为适当的应力刺激是移植骨膜成骨的必要条件。
3 异体骨膜移植的免疫反应
在异体骨膜移植过程中必然发生免疫排斥反应。这种机制十分复杂，尚未完全阐明。Andrei Aczitrom等[10]进一步阐明了免疫反应中的“双信号系统”的理论。这一模型较满意地解释了免疫系统的自我识别能力。认为刺激T淋巴细胞前体细胞的信号Ⅰ是抗原性多肽，信号Ⅱ是抗原表达细胞，第二类主要组织相容性复合物分子及抗原性多肽的三体复合物组成。自身抗原多肽，即信号Ⅰ，不会引起免疫反应。只有信号Ⅰ与淋巴细胞前体细胞结合，才导致抑制状态。当异体抗原多肽进入体内后，被抗原表达细胞处理后与第Ⅱ类组织相容性复合物(MHC)结合，产生信号Ⅱ。这样双信号激活T淋巴细胞前体细胞，发生增生分化。
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信号Ⅱ中的抗原表达细胞传统认为是骨髓源性的树突状细胞，巨噬细胞和B淋巴细胞，被称为专职的抗原表达细胞，在r干扰素的作用下可诱导上皮细胞及内皮细胞表达第二类主要组织相容性抗原分子，使这些非骨髓源性细胞转变成免疫细胞，即非专职抗原表达细胞。
间接激活途径中，T辅助淋巴细胞参与。直接激活途径中，细胞毒T淋巴细胞参与。
Czitrom报告，在主要组织相容性复合体不同时，不含有血源性细胞，即专职抗原表达细胞的移植物能够存活。从理论上说，如果在排斥反应中细胞毒T淋巴细胞起主要作用。而激活过程是通过间接途径完成的，那么免疫细胞将不会攻击异体移植物。移植物的慢性或迟发性变态反应(特别是致敏后的受体)，不能由环孢霉素A抑制。
异体移植的抗原主要在细胞表面，分为第Ⅰ类和第Ⅱ类抗原，是由主要组织相容性复合体(MHC)编码的产物[10]。这两类分子都能够激活T淋巴细胞。人类的MHC为HLA系统，在第六对染色体短臂近外端，包括5个位点，是一个高度多形的基因区域。HCA-A、B、C编码第Ⅰ类抗原。HCA-DR、DP、DQ编码第Ⅱ类抗原。
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第Ⅰ类抗原由CD8T淋巴细胞(细胞毒T淋巴细胞)识别。这类抗原多为内生性多肽，如病毒感染时的病毒成分。第Ⅱ类抗原通常由CP4T淋巴细胞(辅助T淋巴细胞)识别。这类抗原多为外源性多肽。第Ⅰ类抗原分子可以在所有有核细胞和某些啮类细胞膜表面存在。它们是细胞毒T淋巴细胞的靶抗原，是识别自身组织的关键分子。第Ⅱ类抗原存在于B淋巴细胞，某些巨噬细胞，树突状细胞等。在正常条件下，实质器官的细胞及血管内皮细胞不表达第Ⅱ类抗原，但在r干扰素的作用下，将会表达第Ⅱ类抗原。
异体骨膜移植是新鲜的异体移植。因此具有明显的第Ⅰ类、第Ⅱ类抗原。通过适当处理，如灌洗后异体骨膜内专职抗原表达细胞(如树突状细胞将减少。免疫反应只能通过间接反应发生。这一反应(间接途径)需辅助T淋巴细胞参与。但因灌洗后含Ⅱ类抗原的细胞如树突状细胞，B淋巴细胞减少。这样异体移植物中第Ⅰ类抗原将会激活细胞毒T淋巴细胞。理论上，细胞毒T淋巴细胞将不会对异体移植物产生排斥反应。
, 百拇医药
在实践和临床上，骨的免疫抗原性主要在它的骨髓成分。骨髓中的专职抗原表达细胞能够刺激直接途径发生排斥反应。在体外骨髓细胞分次实验中，发现颗粒状细胞前体细胞具有树突样细胞特征。如选择性去除骨移植物内抗原性表达细胞，同时保护骨细胞活性，能够有效地阻止新鲜异体移植物的排斥反应，导致更好地愈合。
异体骨膜移植不同于实质脏器移植，如长期使用免疫抑制剂将产生致命副作用。因此，短期使用免疫抑制剂成为必然。进一步研究免疫抑制剂的用量，使用时间及免疫反应监测成为急需解决的问题，停药后新生骨的免疫性如何，是否会被排斥而发生病理性骨折是另一问题。如能适当解决以上问题，异体骨膜移植有可能成为一种新的治疗手段而应用于临床。
[基金来源] 哈尔滨市科委攻关资助课题
[参考文献]
[1]Finley JM. Revascularized periosteal graft :A new method to produce functional new bone without bone grafting .Plast Reconstr Surg,1978,66:1.
, 百拇医药
[2]刘建寅，王丹，程绪西.Use of revascularized periosteal tal study.Microsurgery， 1994，15：93-97.
[3]宋守礼，朱盛修.骨膜的组织学特征和超微结构.中华骨科杂志，1996，16(6)：395-397.
[4]李利，肖乃方，朱盛修.带血管蒂的髂骨骨膜移植成骨的计量学实验研究.中华医学杂志，1994，9：556-559.
[5]Arihisa Fujimaki.Experimental study and chinical obsercations on hypertrophy of vascularized bone grafts .Microsurgery ,1994,15:726-732.
[6]朱建民.骨折愈合的分子生物学进展.中华骨科杂志，1993，6：456-459.
, 百拇医药
[7]Hitoshi ishida histologic and biochemical analysis of osteogenic capacity of vascularized periosteum .Plastic and Reconstructive Surgery, 1996，3:512-518.
[8]刘建寅.Experimental study of the osteogenic capacity of periosteal allo-grafts :a preliminary report. Microsurgery ,1994,15:87-92.
[9]朱盛修.有血循的骨膜移植回顾与进展.中华显微外科杂志，1992，3：139-140.
[10]Sharon Stevenson. Current concepts review the response to bone allografts. The Journal of Bone and Joint Surgery, 1992,7:939-947.
[收稿：1999-03-25，修回：1999-09-27], 百拇医药