神经损伤影响骨折愈合速度机制研究的进展

神经损伤影响骨折愈合速度机制研究的进展

作者：陈毅军,赵小纲

【摘要】 在临床实践中观察到骨折合并脑外伤患者骨痂过度生长，甚至在肌肉中出现异位骨化，骨折愈合明显加快，但其发生机制尚不清楚。骨折愈合是一个复杂的过程，受到机体大环境以及局部小环境的多层面、多途径调节，而且在这个过程中有许多生长因子的参与，是骨折愈合的基础。本文通过综合近年相关研究进展，回顾分析神经损伤特别是颅脑外伤后对骨折相关生长因子、即刻早期基因的影响，探讨神经损伤影响骨折愈合速度的可能机制。

【关键词】 神经损伤；生长因子；即刻早期基因；骨折愈合 Research progress of mechanism of nerve injuries affecting speed of fracture healing

CHEN Yijun,ZHAO Xiaogang

（Emergency Certer,Second Affiliated Hospital,Medical

College,Zhejiang University,Hangzhou 310009,China）

Abstract: In patients who have sustained a traumatic brain injury with an associated extremity fracture,there is often a clinical

perception that the rate of new bone formation around the fracture site is increased.An overgrowth of callus is observed and ectopic ossification even occurs in the muscle, but the mechanism remains unclear.It is a

complex process influenced by multilevel and multiroute

regulations of the general and local environments in the body,and many growth factors participate in this process,which is the base of bone

healing.In order to explore the possible mechanism underlying influence of nerve injuries especially traumatic brain injury on speed of bone healing,we reviewed the studies on expression changes of growth

factors,immediate early genes after traumatic brain injury.

Key words：nerve injuries;growth factors;immediate early genes;fracture healing

在临床实践中观察到骨折合并脑外伤患者骨痂过度生长，甚至在肌肉中出现异位骨化，骨折愈合明显加快，但其发生机制尚不清楚。这种新生骨的快速形成究竟是骨痂或是异位骨化，还是脑损伤后的一种常见并发症一直是争论的问题［1］。普遍认为，骨折修复的过程就是正常胚胎骨发生过程的重演，是一系列的细胞和细胞外基质的变化过程，从细胞、血管和骨基质的损伤开始，然后到进行骨的完全重建。骨折愈合受到机体大环境以及局部小环境的多层面、多途径调节，而且在这个过程中有许多生长因子的参与。本文综述创伤性脑损伤时通过何种机制影响生长因子表达水平的改变，从而影响骨折愈合速度。

1 不同层面神经损伤对骨折愈合速度的影响

Feeney等［2］较早发现脑外伤后出现异位骨化现象，随之许多学者对骨折合并脑外伤患者的骨愈合和异位骨化进行了研究。Spencer［3］、Perkins等［4］研究发现伴有脑外伤的患者骨折愈合过程中出现大量骨痂，骨折愈合加快。HaraIrie等［5］对失坐骨神经支配的大鼠和正常大鼠的骨骺骨小梁进行比较，发现失神经支配后朝向生长板的骨小梁的粘合线明显增加，说明骨骺区域破骨细胞的活动部分受降钙素基因相关肽阳性神经纤维的调节。为了了解不同层面神经损伤对骨折愈合速度的影响情况，Otfinowski［6］设计了这样的实验：将WAG大鼠分为4组，第1组是藻红氨酸造成的大脑皮层下损伤，第2组是T10以下脊髓横断伤，第3组是下肢周围神经干横断伤，第4组为对照组即无神经损伤组。通过在骨骼肌中放置冻干皮质骨，比较异位成骨情况。结果发现，颅脑损伤组呈最典型的成骨加速表现，即间充质细胞渗入，分化为成骨细胞，骨髓形成；脊髓损伤组则表现为间充质细胞活性下降，成骨延迟；周围神经损伤组也表现为成骨加速。这个现象说明神经系统对骨形成的影响是多层面的。他推测皮层神经元对成骨有双向调节作用，而脊髓层次的神经元的过度活动可以刺激成骨。由此我们可以设想，以突触方式对骨进行的神经性调节更倾向于为一种以大量非典型突触为基础的对"体积性"传导的控制。

2 生长因子的表达变化对骨折愈合速度的影响

上世纪90年代初，部分学者对脑外伤后生长因子的表达变化及其对骨折愈合速度的影响进行了研究。Binder等［7］报告脑外伤患者血清能促进大鼠成骨细胞有丝分裂和生长，并有剂量依赖性。Wildburger等［8］检测合并脑外伤的骨折患者血清的碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）含量，并与只有骨折或只有脑外伤的患者进行对比，结果发现合并脑外伤的骨折患者血清的bFGF含量明显高于对照组。脑外伤后，血液中调节成骨作用的生长因子或刺激局部生长因子释放的细胞因子显著增加，导致骨折周围的骨痂大量形成，骨折愈合加快［9，10］。我们研究发现［11］，正常小鼠大脑皮质bFGF表达轻度阳性，单纯骨折的小鼠大脑皮质bFGF低水平表达。创伤性脑损伤合并骨折的小鼠在脑损伤后1小时脑组织bFGF反应强度有变化，3小时增强明显，6小时bFGF生成进一步增加，12小时bFGF染色反应最为强烈，然后开始下降，72小时降至对照水平。而正常小鼠大脑皮质血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factors，VEGF）表达阴性，单纯骨折的小鼠大脑皮质呈低水平表达，创伤性脑损伤合并骨折的小鼠在创伤性脑损伤后脑组织VEGF表达有明显差异，伤后6小时开始增多，24小时达到高峰后开始下降，72小时降至对照水平。创伤性脑损伤合并骨折的小鼠骨折位点bFGF表达为：创伤后1～3小时开始表达，6小时表达进一步增强，于12小时达峰值，72～96小时仍然保持高水平表达。单纯骨折的小鼠骨折位点bFGF表达为：骨折后6～12小时表达增强，于24小时达峰值，峰值较前者低，但骨折后72～96小时也保持高水

平表达。创伤性脑损伤合并骨折的小鼠骨折位点VEGF表达为：骨折后6小时表达增强，于24小时达峰值。单纯骨折的小鼠骨折位点VEGF表达为：骨折后12～24小时表达增强，于48小时达峰值，两组VEGF蛋白高水平表达均持续96小时以上。bFGF与VEGF之间经Spearman等级相关分析呈正相关。

bFGF是分裂素，促进细胞有丝分裂、趋化、分化和血管形成，在血管、神经和骨骼系统的发育中有重要作用，促进伤口愈合和组织修复，促进血管形成和成纤维细胞、间充质细胞分裂［12,13］。bFGF的合成主要在骨形成的早期［14］。认为bFGF刺激骨愈合主要是由于刺激了未分化间充质干细胞的增殖，与间充质细胞向成骨细胞分化可能有关联。FGF在体内有促进VEGF释放及骨毛细血管生成的作用，加速肉芽组织机化、软骨岛和骨性骨痂的形成，从而促进骨折愈合［15,16］。

VEGF是从牛垂体滤泡星状细胞体外培养液首先分离纯化出来的。VEGF最重要的生物学活性就是特异地作用于内皮细胞，促进增殖和生长血管。骨折后的VEGF合成分泌与骨折愈合过程中骨形成时间同步［17］。VEGF首先来自血肿中血小板和坏死细胞的释放，然后由自身细胞开始合成，并释放发挥作用。VEGF促进内皮细胞增生形成毛细血管参与骨愈合。bFGF与VEGF有明显的时间和浓度关系［18］，bFGF可以直接和间接地调节VEGF的表达，增加内皮细

胞的化学趣向性，促进血管内皮细胞分裂，毛细血管出芽生长、诱导蛋白溶解酶生成和有利于内皮细胞芽穿透基质等功能，可以特异性促进内皮细胞增殖，并可提高血管通透性和改变细胞外基质，从而促进血管的增殖［19,20］。

3 创伤性脑损伤后即刻早期基因表达的改变

真核细胞内广泛存在cfos、cjun等即刻早期基因（immediate early genes,IEGs），在第2信使的诱导下，表达FOS和JUN等核蛋白。FOS和JUN蛋白通过亮氨酸拉链形成异源二聚体激

1（activated protein1,AP1,应答序列为TGACTCA），

1结合位点或佛波脂反应序列

1转录因子激活后者作为转录因子与许多基因的AP结合，影响晚期靶基因的表达。后续基因通过AP

而表达的蛋白产物，通过直接或间接的作用途径，调节骨系细胞的分化与增殖。皮质直接打击可改变IEGs的表达［21］。应用原位杂交技术，发现伤侧大脑皮质、双侧海马背部cfos mRNA表达增加，峰值在伤后1小时，1天后已正常［22］。用核蛋白亲和层析法检测损伤的大脑皮质中AP1等转录因子的亲和力，发现AP1在伤后1、3、5小时明显升高［23］。在类似的研究中我们发现［11］，正常小鼠大脑皮质FOS、JUN蛋白低水平表达，创伤性脑损伤合并骨折的小鼠在损伤后1小时脑组织FOS、JUN蛋白的表达开始增强，3小时达到高峰，6小时开始下降，12小时以后降至对照水平，FOS和JUN的表达具有时程的一致性。单纯骨折的小鼠大脑皮质FOS、JUN

蛋白表达比正常对照略强，但无统计学差异。创伤性脑损伤诱导FOS、JUN蛋白表达的确切机制还不十分明确。大量证据表明，创伤性脑损伤后兴奋性氨基酸（excitatory amino acids,EAAs）的释放及M型胆碱能受体的激活能诱导c

激活需要APfos mRNA表达。现已知道，许多后续基因1能激活前脑啡肽基因的转1转录因子［24］。AP

录。在神经生长因子（nerve growth factor，NGF）基因上发现

AP1的结合位点。FOS、JUN作为第3信使，通过激活AP1结合位点完成了从第2信使到晚期基因（late gene）表达的信号转导。而神经递质、激素、第2信使均可通过激活AP

转录［25］。

4 创伤性脑损伤影响骨折愈合速度的可能机制

合并脑外伤而未行有效固定的骨折，由于骨折处存在不同程度的异常活动，刺激骨折周围的骨形态发生蛋白合成、分泌增加，诱导间质细胞向成骨细胞系转化，促进骨痂形成，是临床上脑外伤合并骨折患者手术时发现大量骨痂形成的可能机制之一［26］。汪学军等［27］在骨折合并脑外伤时骨愈合过程中bFGF作用的实验研究中，大鼠胫骨骨折以克氏针做髓内固定，排除机械因素的影响后，发现骨折合并脑外伤时血清bFGF含量升高程度明显大于单纯骨折组，骨折位点bFGF表达显著强于且早于单纯骨折组，而且术后1周内局部bFGF表达与血清bFGF含量相关。bFGF与癌基因c

c

1形成来调节NGF的fos、cjun、myc和cmyb之间存在着十分密切的关系，二者相辅相成，在

精密的调控机制下共同作用，调节细胞的生长与分化。在我们的研究中［11］，小鼠胫骨骨折以克氏针做前瞻性髓内固定，排除机械性因素的影响后，影像学上仍可证实创伤性脑损伤后骨折愈合的速度比单纯骨折小鼠快且骨痂量要丰富，而且创伤性脑损伤合并骨折的小鼠脑组织bFGF表达与骨折位点bFGF表达也呈正相关。据此认为，创伤性脑损伤后挫伤灶周围脑组织FOS、JUN蛋白的高表达使挫伤脑组织bFGF的表达显著上升，继而影响VEGF表达水平的增加，从而在组织修复过程中起协同作用，同时创伤性脑损伤后挫伤灶周围脑组织高表达的VEGF、bFGF可能直接和（或）间接促进骨折位点表达增强，从而增强VEGF、bFGF的成骨作用，加速骨折愈合，而脑外伤后骨折局部VEGF、bFGF表达达峰时间提前，峰值更高，有利于促进多种细胞趋化、增殖与分化，促进成骨。因此，创伤性脑损伤后骨折的早期确切固定可以充分利用其成骨加速机制，促进骨折修复［28-30］。

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