骨形態(tài)發(fā)生蛋白最新研究及應(yīng)用

摘要：骨形態(tài)發(fā)生蛋白的成功提純及相關(guān)提取方法的制定，對骨形成誘導(dǎo)學(xué)說形成了有利的證明。作為一類功能特殊的細胞因子，不但在形成造血細胞、肢體發(fā)育、動物繁殖性狀不可或缺，而且在異位誘導(dǎo)成骨中很重要。本文主要對骨形態(tài)發(fā)生蛋白的發(fā)現(xiàn)及生化特性、生物學(xué)功能、信息傳導(dǎo)機制及誘導(dǎo)成骨機制及其與PVP的聯(lián)合用藥等方面進行了分析。

關(guān)鍵詞：骨形態(tài)發(fā)生蛋白；研究；應(yīng)用

骨形態(tài)發(fā)生蛋白又名骨形成蛋白，簡稱BMP，屬于酸性多肽，能夠誘導(dǎo)形成軟骨及骨的形成。如今，伴隨生物學(xué)基因工程及分子技術(shù)水平的不斷提高，人們逐步加深了對于BMP結(jié)構(gòu)、特性方面的認(rèn)識。到目前為止，已經(jīng)為研究者所發(fā)現(xiàn)的BMP成員約20個，并以BMP1-20來進行表示。

1 BMP的發(fā)現(xiàn)與生化特性簡介

早在1965年，Urist通過向肌肉內(nèi)注入脫鈣骨基質(zhì)明膠，發(fā)現(xiàn)肌肉間的充質(zhì)細胞能夠轉(zhuǎn)化成為骨系細胞，從而最早發(fā)現(xiàn)異位誘導(dǎo)成骨的現(xiàn)象。他提出，脫鈣骨當(dāng)中極有可能存在這樣一種誘導(dǎo)因子，能夠促使游動充質(zhì)細胞向不可逆性骨系細胞的轉(zhuǎn)化，以在骨骼（骨骼外）誘導(dǎo)產(chǎn)生骨組織或軟骨。后來經(jīng)過實驗證實，此種誘導(dǎo)因子為骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP）。

BMP由10多種氨基酸組成，是分子量為18000的疏水性酸性糖蛋白。其穩(wěn)定特性為，穩(wěn)定于酸性條件，在酸堿度為7.2的溶液中存在一定程度的溶解，并在酸堿度超過8.5的環(huán)境下完全失去活性。研究者通過對BMP分析得出[1]，由于其羧基端中擁有7個高度保守半胱氨酸，因此是轉(zhuǎn)化生長因子超家族中增加最快的成員之一。BMP具有較高的同源性，可分為4個亞群（BMP2-4；BMP5-7；BMP及12-14；BMP3b）。在人類，及牛、羊、豬、鼠的胚胎、腎脾臟、骨及血細胞等中都有廣泛的分布。同時，基于BMP較低的免疫原性，其免疫排斥反應(yīng)較小。

2 BMP的分子生物學(xué)研究

2.1 BMP的分子生物學(xué)分析 目前，科學(xué)研究人員已經(jīng)從骨細胞的培養(yǎng)液中以及骨基質(zhì)內(nèi)分離出了許多種骨生長因子，主要包括骨生長因子（SGT）、酸性和堿性纖維生長因子（aFGF和bFGF）、胰島素樣生長因子-Ⅰ、Ⅱ（IGF-Ⅰ、Ⅱ）以及骨生長因子（BMP）等等。在這眾多的生長因子之中，最受關(guān)注并且被研究最多的是BMP，因為其有很強的骨誘導(dǎo)能力。從分子學(xué)上來看，BMP是由一個二硫化物鍵以及兩個單體結(jié)合而成的一種二聚體分子，屬于酸性糖蛋白的一種，具有很強的擴散性并且富含谷氨酸，同時還與羥基磷灰石有著較高的親和力，這也是其能在骨修復(fù)中起到重大作用的根本原因。

2.2 BMP的生物學(xué)功能分析 作為轉(zhuǎn)化生長因子超家族的一員，BMP在對促進機體軟骨、骨形成和發(fā)展中不可或缺的同時，也控制著胚胎、器官及神經(jīng)系統(tǒng)的形成，肢體發(fā)育等方面。在組成氨基酸數(shù)量、染色體定位、成骨活性的誘導(dǎo)等方面，BMP各成員有著不同的表現(xiàn)。根據(jù)相關(guān)研究可以發(fā)現(xiàn)[2]，BMP2的過量表達能夠使骨骼畸形發(fā)育；BMP4中基因的不完整可能使動物胚胎早起畸形發(fā)育甚至死亡，另外，BMP4的過量表達能夠?qū)χ笖?shù)量和細胞凋亡產(chǎn)生影響。BMP7的基因不完整，會妨礙小鼠器官等正常形成，使骨化遲緩，誘導(dǎo)早起死亡。BMP11的基因會影響胚胎前后軸發(fā)育，與胚層組織形成關(guān)系密切。BMP15的基因在動物卵原細胞的正常發(fā)育調(diào)控中具有重要作用，且與綿羊卵巢表達有一定聯(lián)系。

3 BMP的成骨作用及其臨床應(yīng)用分析

3.1 BMP的誘導(dǎo)骨形成原理分析 大量的研究人士在對BMP實施了生物活性分析之后，才發(fā)現(xiàn)首先是骨組織中間充質(zhì)細胞發(fā)生化學(xué)聚集，然后才會形成骨及軟骨，最后形成骨髓。因此，我們認(rèn)為BMP的靶細胞才是一種具有很大成骨潛能的、未經(jīng)分化的間充質(zhì)細胞。而現(xiàn)在的研究也表明了，無論是胚胎期還是在成年期，所有的骨組織細胞都來源于一種未經(jīng)分化的間充質(zhì)細胞，并且不僅是軟骨組織、成纖維細胞、成骨組織細胞，甚至于肌細胞、脂肪細胞等也是由未經(jīng)分化的間充質(zhì)細胞衍生形成的。現(xiàn)有的研究證明，成骨細胞的分化是以兩個階段來完成的，首先是由未經(jīng)分化的間充質(zhì)細胞分化成為了成骨細胞的前體細胞；然后，再由成骨細胞的前體細胞轉(zhuǎn)化成為成熟的成骨細胞。因此，我們認(rèn)為BMP的骨誘導(dǎo)作用主要是完成了對未經(jīng)分化的間充質(zhì)細胞轉(zhuǎn)化會成骨細胞時的誘導(dǎo)，最終是由成骨細胞而產(chǎn)生新骨組織的。

3.2 BMP的信息傳導(dǎo)機制 通過蘇氨酸或絲氨酸的激酶受體機制，BMP的生理作用才得以正常發(fā)揮。相關(guān)研究表明，BMP作用方式如下，首先，Ⅱ型、Ⅰ受體依次分別與BMP結(jié)合，其中Ⅰ、Ⅱ兩種受體是信息傳到的重要部分。單純的Ⅰ、Ⅱ受體與BMP的結(jié)合力，相比于其復(fù)合受體與BMP的結(jié)合力較弱。其次，BMP信號在蘇氨酸或絲氨酸激酶受體上起作用，能夠生成異聚復(fù)合物。同時，Ⅰ型受體被Ⅱ型受體磷酸化。最后，Ⅰ型受體同其磷酸化結(jié)構(gòu)Smad蛋白相互結(jié)合，充當(dāng)細胞中第二信使。另外，在BMP行使信息傳導(dǎo)過程中，不免要受到細胞漿、細胞外拮抗劑等微環(huán)境的調(diào)控。

3.3 BMP的誘導(dǎo)成骨機制 BMP的誘導(dǎo)成骨過程連續(xù)性高并伴隨一系列復(fù)雜變化，呈現(xiàn)出不同組織化學(xué)、不同時期的顯著性變化。有研究者做過實驗，將牛的BMP向小鼠的肌肉細胞中植入，來對誘導(dǎo)成骨結(jié)構(gòu)進行相關(guān)研究，通過分析組織化學(xué)原理，指出整個誘導(dǎo)成骨過程可以概括為4個時期：3～5d的間充質(zhì)細胞增生期、7d的軟骨細胞分化期、14d新骨的形成期及21d骨細胞的成熟穩(wěn)定期。這一結(jié)果對于整個BMP誘導(dǎo)成骨能夠提供形態(tài)及功能方面的解釋。另有文獻指出誘導(dǎo)成骨的3要素，即誘導(dǎo)因子、能夠提供骨生長血液供應(yīng)的正常環(huán)境、BMP靶細胞群。誘導(dǎo)因子能夠在局部的BMP濃度適合的情況下，引發(fā)骨生長。環(huán)境條件為骨誘導(dǎo)形成提供了生長基礎(chǔ)。靶細胞群中的細胞種類有很多，如結(jié)締組織中待分化間充質(zhì)細胞、骨膜細胞及骨膜基質(zhì)細胞等。大致來講，誘導(dǎo)過程由2個部分組成：①骨祖細胞向骨系細胞的轉(zhuǎn)化；②骨系細胞的有絲分裂形成新骨頭。

3.4 BMP的臨床應(yīng)用研究進展及其與PVP的聯(lián)合用藥 BMP的高安全性以及高效的誘導(dǎo)成骨活性已經(jīng)被國內(nèi)外的諸多的研究與實驗所證明，所以目前眾多的國家和研究人員開始了它在臨床應(yīng)用上的研究。與此同時，在矯形外科中，骨不連、股骨頭缺損以及病理性骨缺損等疾病的治療中BMP的應(yīng)用也取得了很大的成就。

3.4.1 BMP在骨缺損、骨不連治療上的作用。骨不連以及股缺損尤其是大塊骨缺損一直是臨床上棘手難題，而BMP具有治療大的骨缺損的能力。現(xiàn)有的方法多為骨移植，通常為自體骨移植和異體骨移植，但這樣治療的顯著問題是，通過手術(shù)進行移植，患者不僅要身心上經(jīng)手很大的痛苦，同時移植后還不可避免的會出現(xiàn)排斥反應(yīng)和炎癥等一系列的問題。但現(xiàn)在我們可以將高濃度的重組BMP-2與骨基質(zhì)組成混合物來實施治療，這對于大塊骨缺損的治療具有良好的療效。

3.4.2 BMP在口腔外科中的應(yīng)用。口腔與整形外科中對BMP的應(yīng)用也比較多，比如說BMP填充牙洞可以代替根管治療手術(shù)，重組BMP-2或者是重組BMP-7具有修復(fù)牙本質(zhì)并且替代根管治療手術(shù)的能力。

如今，BMP基因逐漸成為了醫(yī)學(xué)界的關(guān)注熱點，無論對于家畜選育、改良還是高準(zhǔn)確度的輔助標(biāo)記選擇均十分有利。BMP對于生物生長發(fā)育不同時期具有重要影響，并在一定程度上存在多態(tài)性，因此增加了研究難度和工作量。本文淺談了BMP的最新研究進展與研究，旨在對相關(guān)BMP多態(tài)性、表達特征差異性等提供一定的借鑒。

參考文獻：

[1]范國華.骨形態(tài)發(fā)生蛋白的生物學(xué)作用[J].西南國防醫(yī)藥，2010（01）：22-34.

[2]于博，田京，靳安民.骨形態(tài)發(fā)生蛋白的研究現(xiàn)狀及在脊柱融合中的應(yīng)用[J].中國臨床康復(fù)，2010（20）：35-37.

編輯/哈濤