周围神经系统与骨折愈合

【关键词】  周围神经系统 骨折愈合

 1  周围神经系统与骨折的关系

    正常骨组织中有大量的感觉神经和植物神经纤维分布，还有小的有髓纤维和无髓纤维伴随滋养血管深入骨内。朱建平［1］选择性切断大鼠脊神经前根和后根，观察单纯运动神经或感觉神经损伤对骨代谢影响，发现感觉神经纤维对骨代谢的影响更为重要。

    人们不但在骨折生成的骨痂内检测出神经纤维，而且骨移植物内也发现神经纤维长入，提示神经因素参与骨折修复的过程。Hukkanen等在切断大鼠的坐骨神经建立鼠骨折模型中发现神经损伤组的骨痂量较单纯骨折组多，骨痂内神经分布少，生物力学强度差。Madsen等同时切断股神经后得出同样结论，骨痂5周后的生物力学强度仅为正常胫骨的20％，而有神经支配组的胫骨骨痂较小，强度为正常的50％。

    周围神经损伤后早期成骨代谢显著抑制，而破骨代谢则逐渐增强，随着破骨代谢的加强，成骨代谢则由抑制状态恢复到正常水平［2］。神经损伤还能抑制钙、磷沉积或促进钙、磷吸收，使骨痂成熟较慢，显微结构产生缺陷［3］。因此出现骨痂量大但力学强度小的现象。

    2  神经肽与骨折愈合

    2.1  神经肽概述及在正常骨中分布

    神经肽是20世纪60年代发现的一系列活性多肽，已发现骨组织中含有CGRP(calcitonin gene related peptide，降钙素基因相关肽)、SP(substance P，P物质)、VIP(vasoactiVe intestinal polypeptide，血管活性肠肽)、NPY(neuropeptide Y，神经肽Y)和ACAP(adenylate cyclase activating polypeptide，腺苷酸环化酶激活肽)，TH(tyrosine hydroxylase，酪胺酸羟化酶)、GAL(甘丙肽)等多种神经肽。含神经肽的神经称为肽能神经，肽能神经在骨组织中分布广泛。CGRP、SP和ACAP存在于感觉神经中，主要分布于骨膜、干骺端及骺板附近;NPY为交感神经递质，几乎都在血管壁内或周围、在骺板周围，也见于Volkmann管中；VIP为副交感神经递质，主要见于骨髓、骨膜，偶见于血管［4］。这些神经纤维在骨中主要呈网络状并伴行于血管周围，少部分以游离神经末梢的形式止于骨膜衬里细胞层或骨髓细胞团等处，其作用的靶细胞为成骨细胞和破骨细胞等［5］。

    邓永江［6］实验发现，正常大鼠胫骨组织中SP免疫阳性神经纤维在髓腔比在骨骺和骨膜多，GAL与CGRP在骨骺和骨膜比在髓腔多。TH、NPY在骨膜和髓腔均存在，数量较CGRP少。SP、CGRP、NPY、TH、GAL阳性表达在骨骺细胞，生长板成熟钙化区软骨细胞，编织骨边缘成骨细胞、破骨细胞，骨膜内、外的成骨细胞、破骨细胞胞质内。肽能神经在骨代谢活跃区域的表达，表明肽能神经与骨的生长、发育密切相关。

    2.2  神经肽在正常骨折愈合中的表达

    实验发现［6］，单纯骨折骨痂中7 d就有CGRP神经纤维长入，14 d后在编织骨边缘有CGRP、SP、NPY、TH和GAL免疫阳性神经纤维出现，21 d纤维进一步增多，28 d部分编织骨形成板层骨，神经纤维稍减少，但内骨痂编织骨被逐渐吸收，编织骨边缘神经纤维增多，以SP为主，且编织骨间出现骨髓细胞。Li［7］研究CGRP与大鼠无移位的胫骨骨折和成角骨折的关系，发现在成角骨折的凹面比凸面CGRP密集，新生骨量也相应增多，说明CGRP浓度与骨生成呈正相关。赖西南［8］在大鼠胫骨缺损模型中也观测到，骨膜神经肽纤维数量变化与骨缺损修复过程一致，这说明神经参与了骨痂的形成和改建过程。

    2.3  神经肽在骨折愈合过程中的调节作用

    2.3.1  神经肽调节骨细胞功能  神经肽是在骨折创伤时由感觉神经释放，CGRP能促进成骨细胞中环磷酸腺苷形成，并刺激骨髓干细胞有丝分裂和骨先质细胞的分化，还可通过与破骨细胞的降钙素受体相结合起来而抑制破骨细胞的骨吸收活性［9］，CGRP在体外培养中抑制破骨细胞形成及成熟破骨细胞活性［10］。将人类CGRP基因移植于鼠成骨细胞后，转基因鼠的骨小梁密度及骨量明显增加［9］。SP可通过破骨细胞上丰富的神经激肽1受体(NK1Rs)，调节破骨细胞的骨吸收作用［11］。SP在培养状态下也能刺激成骨细胞增殖，但作用强度较CGRP弱得多，并且有剂量的依赖性［11］。CGRP、SP可激活巨噬细胞诱导型一氧化氮合酶的活性，增加一氧化氮生成，促进成纤维细胞增殖。VIP作为副交感神经递质能刺激骨吸收，引起钙离子释放，且随浓度增加其作用增强，同时也可诱导cAMP合成增加，调节成骨细胞活性。NPY作为交感神经递质可抑制成骨细胞中cAMP合成而影响成骨细胞的活动。

    秦煜等［4］用免疫性交感神经切除法处理雄性1周龄SD大鼠2周后发现，实验组股骨外径大、皮质薄，而力学强度较2周前无增加，提示交感神经切除后破骨细胞功能变得相对活跃。神经损伤会改变神经纤维在组织中的分布。苗军［3］实验证实，失神经支配胫骨破骨细胞指数及破骨细胞吸收表面远远大于正常神经支配组，对破骨细胞的抑制减弱，在形成大量骨痂的同时，骨吸收较多，骨痂排列杂乱。

    2.3.2  对骨折部位血流的调节  骨折修复包括３个过程：创伤部位骨祖细胞的募集；调控诱导骨形成；骨折局部血管网的建立。Madsen实验发现，骨折愈合过程中，神经纤维伴随微小血管周围进入骨折区，可见神经具有血流控制、血管发生及骨发生的作用。CGRP是迄今为止发现最强的内源性扩血管肽，可与血管内皮细胞相结合，促进内皮细胞增生，刺激血管生成长入骨折端和周围软组织，还具有刺激骨骼肌糖原分解、抑制合成、促进肝脏葡萄糖释放等功能，利于骨折周围软组织修复。SP通过直接作用于血管平滑肌细胞，降低其张力，刺激内皮细胞释放一氧化氮等机制扩张血管，增强通透性。VIP本身具有较强血管扩张作用，而NPY是强烈的血管收缩剂，还能增强平滑肌对去甲肾上腺素的敏感性。

    2.3.3  对其他骨折因子的调节作用  CGRP能够上调骨保护素／破骨细胞分化因子的表达量的比值，从而参与骨折愈合过程的调节。神经支配失去了CGRP的调节作用，不利于骨折愈合［12］。CGRP能抑制炎症细胞，神经损伤时CGRP减少，骨折局部炎症反应加强，产生诸如肿瘤坏死因子、白介素-1等，这些因子在骨折早期可促进成骨。CGRP还可增加胰岛素样生长因子-1的合成，SP可调节骨髓基质生成干细胞因子和白介素-1，神经肽还可作用于肥大细胞，促进其释放血小板衍化生长因子、细胞转化生长因子2α、β成纤维细胞生长因子等，这些因子是骨折愈合过程中的重要调控因子。

    3  NGF(nerve growth factor，神经生长因子)与骨折愈合

    3.1  NGF概述

    NGF属于神经营养因子家族，是一种有118个氨基酸的多肽激素，它含有α、β、γ3种亚基，相对分子量为1 300万u。NGF受体分为两类：一类是神经营养素受体，称为低亲合力受体(LNGFR)，富含半胱氨酸的跨膜糖蛋白，分子量为7.44万u，解离常数为10-9mol/L，解离速度快，在结和动力学上，它能很快与配体结合，简写为p75、p75LNGFR，在效应神经元和非神经元细胞均有分布。另一类是功能性受体，由原癌基因酪氨酸激酶(trk)家族编码的跨膜酪氨酸蛋白激酶，叫高亲合力受体(trkA)或p140 trkA，分子量13.89万u，解离常数为10-11mol/L，解离速度慢，主要分布在效应神经元的胞膜上。两类受体相互作用，LNGFR可调节trk受体活性，增加NGF与trk的结合率，增加trk家族受体对神经生因子的特异性，并且将NGF从合成部位运输到核周质［13］。

    3.2  NGF在正常骨及骨折处的表达

    1990年Frenkel首次报道了鸡胚的软骨和骨细胞内有NGF，骨折愈合过程与胚胎骨形成过程相似，骨痂内和其他未成熟骨组织的细胞产生NGF，以诱导神经纤维长入胚胎骨组织和骨痂中。实验发现［14、15］，大鼠正常肋骨部位，仅有骨骼肌、骨膜基质细胞NGF表达，深部骨皮质的骨细胞、骨基质细胞未见表达。这意味着NGF对正常骨组织神经营养的维持起重要作用。

    3.3  NGF对骨折修复的作用

    3.3.1调节骨细胞功能  骨折修复是骨原细胞聚集、增殖和分化为成骨细胞，继之成熟的成骨细胞分泌骨基质矿化过程。大鼠肋骨骨折后1～3周，骨骼肌纤维，骨膜中的骨母细胞，新生骨小粱中的骨细胞，骨髓基质细胞，骨痂中的软骨细胞有NGF表达，提示这些细胞通过合成和分泌NGF来调节骨折修复过程中神经的再生和营养。骨折后6周，骨痂软骨被新生骨小粱代替，骨小粱排列紊乱，只有骨膜骨母细胞和骨内膜成骨细胞轻度表达，意味着NGF对正常骨组织神经起营养作用［14、15］。由于成骨细胞存在LNGFR，而无和trkA，成骨细胞，骨祖细胞产生的NGF通过与LNGFR结合，激活特异受体酪胺酸激酶和自身磷酸化进行信号传递，使成骨能力增强，直接促进骨折愈合［16］。

    3.3.2  增加骨折部血管生成  血管生成是机体在生长发育、创伤修复、缺血缺氧或炎症等情况下，原有微血管内皮细胞经过生芽、迁移、增殖及基质重塑等形成新毛细血管的过程。NGF能通过增加交感神经的支配间接增加血管的生成，还能减少血管内皮细胞和肌纤维的死亡，增加缺血肢体毛细血管和微动脉密度，由此增加骨折局部血供促进骨再生［17、18］，而对全身血流动力学无影响。

    3.3.3  刺激神经肽类物质的释放  Grills等［15］研究证明，骨祖细胞、成骨细胞等产生的NGF诱导交感和感觉神经纤维长入骨痂，这些神经纤维可释放神经肽递质抑制骨吸收。NGF能刺激大鼠脊髓SP、CGRP的释放，其释放的方式可沿轴浆转运到骨折局部通过旁分泌释放，或通过血液以内分泌方式到达骨折局部刺激成骨。

    3.3.4  调节骨折局部细胞作用  NGF刺激细胞有丝分裂和骨基质细胞分化刺激骨形成，还可通过对骨折愈合过程中炎性细胞的调节促进骨愈合［16］。NGF可正反馈调节骨组织对1，25-(OH)2D3提取过程。在成骨细胞的培养基中加1，25-(OH)2D3，可使成骨细胞表达NGF，反过来NGF可调节骨组织对1，25-(OH)2D3的摄取。

    4  局部应用NGF对骨折影响

    大鼠注射NGF后都可引起神经功能的改变。无论局部还是全身用药，只要能够到达损伤部位，就有一定的治疗作用［19］，因此骨源性和外源性的NGF均能使成骨能力增加。1991年Eppley等偶然发现，NGF促进缺损的兔下颌神经轴突再生的同时，轴突周围有新生类骨质形成。随后Eppley等发现NGF能抑制兔自体髂骨修复颅骨缺损时的吸收，但未发现NOF明显刺激骨形成。Schuijers等对大鼠肋骨骨折局部注射NGF，发现骨痂生成量增多，力学强度亦显著增加。LeticGavrilovic等［20］局部应用NGF，发现能明显促进大鼠颅骨缺损的新骨钙化，推论局部应用NGF可以提高骨折修复的速度和质量。

    5  展  望

    周围神经系统与骨折愈合的研究已有多年，但主要集中在动物实验方面，NGF在骨科临床的系列研究非常少。周围神经系统对骨的调节作用是多方面、多层次和相互交叉的，其作用机制尚未完全探明。NGF与众多促进骨折愈合因子如BMPS、TGF(转化生长因子)、IGF间的相互作用，以及复合应用对骨的作用有待更深步研究。

    要将周围神经与骨折愈合的理论转化为骨科领域的应用还需要进一步研究：进一步探索周围神经系统与骨折间的生物功能联系；依据NGF在动物和人体内释放和药代动力学来明确NGF剂型、剂量浓度、给药方式、给药频率等标准化规范；药物在骨折及骨折不愈合等临床资料、疗效评估等。

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作者单位：1.济南军区总医院骨创伤外科，济南；2.山东中医药大学附属医院骨外科