BMP—2在口腔颌面外科的应用

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  摘要:BMP-2具有较强的诱导机体硬组织形成的能力,能诱导未分化的间质细胞分化为骨和软骨。BMP-2在口腔医学尤其是在口腔颌面外科方面,得到了广泛的应用。本文就BMP-2近年来的发展历史、在口腔颌面外科的应用及前景等方面进行综述。结合BMP-2发展趋势及掌握的基础理论,进一步促进BMP-2广泛应用于口腔临床。
  关键词:BMP-2口腔颌面外科肿瘤;骨折愈合;唇腭裂; 牵张成骨
  【中图分类号】
  R274.1 【文献标识码】B 【文章编号】1002-3763(2014)07-0023-02
  骨形成蛋白(BMP)是唯一能够单独诱导骨组织形成的局部生长因子,在机体胚胎的发育过程中发挥着重要的作用,它不仅在修复骨折损伤部位方面发挥着作用,而且还与部分肿瘤的发生发展有着密切的关系。BMP-2是目前研究最广泛,诱导成骨活性最强的BMPs之一。本文就其在口腔颌面外科的研究与应用综述如下。
  1 BMP-2概述
  骨形态发生蛋白(bone morphogenetic proteins, BMP)属于TGF-B超家族成员,是一种多功能的生长因子,对胚胎骨形成及出生后成骨有重要的作用,其中BMP-2是最主要的骨形成调控因子。BMP-2是BMP家族中公认的成骨能力最强的生长因子,具有强大的骨诱导能力和促进干细胞分化成骨的能力。BMP-2最初受到关注是由于它具有诱导软骨内骨形成的能力,现在发现是一种能够促进移植,引导多种细胞分化的多功能细胞因子。BMP-2有促进成骨细胞分化和诱导体外成骨的能力,同时能使成骨细胞的前体细胞定向分化为成骨细胞。它广泛分布于各种动物的硬组织,定位于具有成骨倾向的细胞浆中,能诱导未分化的间充质细胞分化形成骨和软骨,对靶细胞的生长分化具有调控作用。目前证实,BMP-2在牙齿发育和牙本质形成过程中起重要作用,与头颈部肿瘤的发生、发展及生物学行为也有一定关系。
  在临床应用上,BMP-2的体内含量特别少,在临床的实验中大多数是通过rhBMP-2基因通过表达产生BMP-2。
  2 BMP-2在口腔颌面外科的研究现状
  2.1 BMP-2与口腔颌面肿瘤的关系: BMPs不仅与部分骨肿瘤的发生、发展有密切关系,而且与部分涎腺肿瘤、上皮性肿瘤的生物学行为亦有明确关联。研究证明BMP-2在机体的许多肿瘤中有表达,并且影响其临床和预后。在骨肉瘤、软骨瘤、骨纤维异常增殖症中,BMP-2引起肿瘤中病理性骨质的形成,且其表达与形成的骨量密切相关。
  在郭传波[1]等研究的BMP-2在成釉细胞瘤中的表达的实验中,检测到了BMP-2在成釉细胞瘤中有丰富的表达,说明BMP-2 在成釉细胞瘤的发生、发展中发挥了一定作用。为探讨成釉细胞瘤的起源奠定了分子基础,BMP在成釉器中可以起到诱导牙釉质和牙本质形成的作用,而BMP的最基本的特性就是可以引起异位骨组织的形成。像这种骨肿瘤中的肿瘤性骨组织的形成正是BMP作用于肿瘤细胞的结果。在一些上皮性的肿瘤组织中有时也可见到骨组织的产生,例如多形性腺瘤中可见到类软骨组织的存在,在这些肿瘤组织中也检测到了BMP的存在,推测这些上皮性肿瘤中的骨组织也是BMP作用于肌上皮细胞的结果。这些都说明BMP与肿瘤中骨的生成有非常密切的关系。
  通过对肿瘤中BMP-2的研究就是为了使其在临床上得到很好的应用,治疗肿瘤主要是通过抑制肿瘤细胞生长和增殖、减少或切断血供、减少侵袭性以及促进细胞凋亡等。BMP-2对肿瘤生长的抑制的实验中,将BMP-2的编码基因克隆到病毒载体中,该载体被用来诱导局部BMP-2产生并作用于肿瘤细胞使肿瘤细胞钙化以延缓细胞生长。BMP-2对口腔癌细胞体外侵袭性的影响实验中,通过实验室检查6个口腔癌患者癌细胞发现BMP-2对口腔癌的侵袭性有不利的影响。即可通过抑制肿瘤侵袭性从来治疗肿瘤。在体内、体外确定是否rhBMP-2的口腔鳞癌细胞增殖和血管生成产生不良的影响实验中。在体内研究涉及口腔鳞癌细胞与骨髓间充质干细胞联合移植的转基因过度表达BMP-2,模仿的再生骨细胞为基础的治疗在伤口镜下残留疾病临床相关的情况。在体外研究中包括治疗口腔鳞状上皮细胞的rhBMP-2的或含有的BMP-2的cDNA的腺病毒载体。
  2.2 BMP-2与骨折的愈合的关系:
  骨形成蛋白-2( bone morphogenetic protein, BMP-2)能够在体内外诱导未分化的间充质细胞向软骨和骨细胞分化,形成新生的软骨和骨组织 。骨折愈合的修复过程实质上是骨损伤后骨组织的再生过程,此过程类似于胚胎时期骨组织的发育和异位骨的形成过程。其主要的形态学表现为,骨折区间充质细胞募集、增生,软骨细胞的形成、分化、软骨基质的钙化,新生血管的形成、迁移.成骨细胞的形成,骨基质的形成、分化和钙化,新生骨组织的改建和骨髓的再现。在此过程中,BMP-2的主要生物性作用是:(1)募集间充质细胞,并诱导其向成骨细胞或成软骨细胞方向分化;(2)协同其他调节因子参与骨组织形成[2]
  分子生物学研究表明骨折愈合是一个多种细胞生长因子参与调控的复杂过程,其中BMP-2在其中有着密切的关系。在张纲[3]的bFGF、rhBMP-2 聚乳酸缓释纳米微球促进下颌骨骨折愈合的实验中指出BMP-2 是骨折修复时的启动因子,通过调控细胞核内相关基因的表达,诱导细胞的分化从而促进软骨及骨的形成,其实验结果bFGF-PLA-Ns 和 rhBMP-2-PLA-Ns 可以促进骨折的早期骨痂形成和编织骨增加、成熟;原位杂交表明 rhBMP-2-PLA-Ns 可以刺激骨折断端修复细胞中 VEGF的高表达,从而加快下颌骨骨折的愈合。本研究结果充分表明bFGF-PLA-Ns和rhBMP-2-PLA-Ns凝胶均可以加速兔下颌骨骨折的愈合速度,纳米凝胶制作技术成熟,具有很好的应用前景。骨折的愈合归根到底就是骨折断端新骨的形成,临床上通过在骨折处应用BMP-2使其形成新的骨质从而达到骨折愈合的目的。   2.3 BMP-2与唇腭裂骨缺损的关系:
  唇腭裂是人类口腔颌面外科一种最常见的先天性畸形之一,其群体发病率为1‰-2‰,不同国家发病率相差很大,在我国达1.82‰。
  唇裂患者常伴有牙槽嵴裂,牙槽嵴裂不仅影响患者的面容,而且影响患者牙齿正常萌出及颌骨发育。牙槽嵴裂的治疗已成为唇腭裂序列治疗中的一个重要部分。自体骨移植修复是现在牙槽嵴裂修复的首选,常见的有髂骨、肋骨、颅骨、下颌骨及胫骨,以自体髂骨、肋骨的临床效果较为肯定,但缺点是松质骨吸收率高,可达50%-100%。 在郁卫冬等老年唇腭裂患者应用BMP-2促进和骨愈合的研究中得出应用BMP-2治疗老年人唇腭裂促进牙槽骨愈合而且比传统的骨移植减少了发病率。目前腭裂的治疗已由早期单纯关闭裂隙.发展到语音训练、硬组织缺损的修补、以及正畸治疗和正颁手术等序列治疗。腭裂不仅存在软组织的畸形,主要的是硬组织的缺损。在刘毅等牵张成骨术整复腭裂新骨形成的骨形态发生蛋白-2(BMP-2)表达分布规律的研究中发现,腭部牵张成骨与全身其他部位牵张成骨BMP-2表达还是有区别的。与其他部位相比,腭部牵张成骨的BMP-2表达持续上升期更长,因而峰值出现较其他部位更晚,可能是由于此处血运丰富,成骨活动比较旺盛,成骨期延长的缘故。
  唇腭裂的治疗越来越注重骨组织的修复,临床对唇腭裂骨组织的修复研究不断的深入。水凝胶为载体的BMP-2对齿槽裂患者的临床应用中,翦新春[4]等通过对7名唇腭裂患者在齿槽裂骨组织修复治疗中分别进行局部应用BMP-2和自体髂骨移植。经过6个月的比较发现低浓度(50ug/ml)的BMP-2在齿槽裂处没有形成骨组织,高浓度(250ug/ml)的BMP-2则有骨组织的形成,但伴随着患者牙龈的肿胀。同样,在治疗唇腭裂骨缺损临床实验中,将唇腭裂患者分成三组,每组6人,让这三组的唇腭裂患者分别接受自体髂骨植骨、以可吸收胶原海绵为载体rhBMP-2以及骨膜成形术。通过计算机断层扫描术前和术后3,6,和12个月,并且分析牙槽骨缺损体积,形成骨量,骨形成率,上颌高度修复率,和所形成的骨密度。结果显示自体髂骨植骨和以可吸收胶原海绵为载体rhBMP-2所形成的骨量比较理想[5]
  2.4 BMP-2与牵张成骨的关系:
  牵张成骨是利用机械张力刺激局部生长因子的持续表达,促进成骨细胞和软骨细胞的增殖分化,维持骨痂的不断产生与再塑。近几年,牵张成骨已被用于填补面部骨骼的缺损,尤其是在口腔颌面外科用于修复上颌骨和下颌骨的缺损。牵张成骨较传统的手术方式有很多优点比如手术时间短、微创,但是一个主要的缺点就是需要长时间的内外固定新形成的骨。
  一些研究表明了BMP在下颌牵引中有表达,在陈迎男[6]的BMP-2和增殖细胞核抗原在兔下颌骨颌骨牵引中的表达的实验显示,BMP-2在兔牵张间隙的结蹄组织中有着很强烈的表达,在第一周的巩固中,在结蹄组织的血管中有BMP-2的强烈信号,随后这些信号在14-28天内慢慢减少直至消失。通过放射学和组织学研究在下颌牵引的巩固期有着新骨的形成,重要的是发现了骨形成与BMP-2之间的关联。在兔的颌骨牵张的实验中,通过对兔子下颌骨的牵引速率的改变观察BMP表达的变化,在巩固期的第十四天发现了BMP-2的表达,BMP-2主要表达在骨膜、新骨的纤维基质、成纤维细胞以及很少分化的成骨细胞内。而且还证实了一般的颌骨牵张BMP-2的表达比快速颌骨牵引要好。牵张的不同速度的变化会导致颌骨牵引力学环境的变化就会导致BMP-2的表达。
  对24只狗进行跨缝牵张成骨中BMP-2的作用分析实验中,将狗分成三组A、B、C。在牵张实验中在A、C组中注入BMP-2然后三周后在B、C注入OPG然后观察各组的骨形成量。实验得出BMP-2和OPG组合协同作用,在牵张成骨中显著增强骨形成和重塑。还有,在羊的胫骨牵张成骨实验中对用的牵张区多次注射rhBMP-2的效果。发现多次注射rhBMP-2可以优化骨小梁微体系结构的再生。牵张成骨在胫骨的应用也预示着颌面部的应用。在应用BMP-2基因治疗在兔下颌骨快速牵张成骨的影响实验中,通过将腺病毒为载体的rh BMP-2转入不同牵张速度的白兔的骨髓间充质干细胞中。其结果显示基因治疗中的应用rhBMP-2的修饰的骨髓间充质干细胞,促进新骨形成过程中下颌骨牵张成骨,有效地弥补了快速牵张新骨形成率的不利影响。
  3 展望及面临的问题目前,关于BMP-2的成骨机制已经较明确,也已经应用于临床,但BMP-2正式用于临床治疗骨折、唇腭裂骨缺损等只有短短数年时间, 其有效性和安全性尚需大量的临床试验去进一步证实; 骨形态发生蛋白用于治疗骨缺损等疾病及其骨形态发生蛋白的基因治疗方法在动物实验阶段已初显成效, 用于临床还需进一步深入的研究;在口腔颌面部肿瘤方面,肿瘤的发生是一个多基因参与的、多因素介导的过程中的作用机制还没有完全明确。需要我们进一步研究。在临床治疗BMP-2的运载和持续释放是关键,尚需不断改进; 其BMP-2成骨目标是最终能够替代自体骨移植;毫无疑问, 随着分子生物学、组织工程学的不断发展及临床的不断探索, 相信 BMP-2在口腔颌面外科的应用将具有更加广阔的前景,必将催生一场新的革命。
  参考文献
  [1] 郭传波,卢利,刘宝纯. 骨形成蛋白-2在成釉细胞瘤中表达的研究[J].中国实用口腔科杂志,2009年4月,第2卷(第 4 期):231-232.
  [2] 郁卫冬,等.骨形态发生蛋白-2在骨形成过程中的作用机制[J].中国临床解剖学杂志,2000,18(1):82~83
  [3] 张纲,谭颖徽等.聚乳酸纳米微球对兔成骨细胞增殖的影响[J].口腔医学研究,2007,23(1):772-774.
  [4] 翦新春,谢正其.双侧唇裂或(和)唇腭裂术后继发畸形的整复治疗.中国实用口腔科杂志,2008,1(11):643
  [5] 黄洪章.唇腭裂病因学研究的新进展[J].口腔颌面外科杂志,2007, 17(3): 201-204.
  [6] 陈迎男. BMP-2和 TGF-B1 在兔下颌牵张成骨过程中的表达及意义[J]. 中国老年学杂志,2009, 7(19): 201-204.
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