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骨折愈合过程在组织形态学上已得到较为详尽的研究。近年来，有关骨组织的分子生物学，特别是生长和分化因子调节骨生长和骨折愈合过程的机制是研究的焦点。转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）是一族多肽生长因子，广泛存在于骨骼肌和神经系统，在骨生长、形态诱导及修复中占有非常重要的地位。TGF-β对间叶细胞衍生而来的前体细胞起调节作用，促使它们分化为软骨细胞、成骨细胞和破骨细胞。研究表明，多数骨折愈合中存在TGF-β蛋白及基因的表达，而外源性TGF-β的参与也刺激了成骨细胞的恢复和增殖。虽然骨形成、修复机制仍然存在许多问题，但是细胞因子和多肽生长因子的作用却越来越明确，其中最主要的具有严格调控作用的一组生长因子就是TGF-β超家族多肽。本文拟就TGF-β对骨形成的作用、调节以及TGF-β在骨折愈合中的效果作一综述。
1 TGF-β的一般特点
Delano和Toder ［1］ 于1978年发现病毒转化的细胞能分泌一种具有使正常大鼠肾成纤维细胞表型发生转化能力的因子，并命名为TGF-β。它是由112个氨基酸组成的多肽亚单位，并通过二硫键相连的二聚体，TGF-β在合成初期是一种无活性的大分子复合物，分子量为100，000～250，000，经激活后产生分子量为250，000的二聚体，由2条相同的12，5000亚单位肽链通过二硫键相连接，每条单链有112个氨基酸。具有生物活性的TGF-β其性质相对稳定，经酸处理，加热不变性。TGF-β是一族多功能的蛋白多肽，目前已发现5种异构体TGF-β 1～5 ，其氨基酸有64%～82%同序。各种异构体在骨折愈合过程中表达达到峰值的时间不同，提示发挥的作用不尽相同。TGF-β 1 在骨折愈合过程中有长时间表达，而TGF-β 2 和TGF-β3 在骨折后7天软骨形成期表达最强 ［2］ 。
目前发现的TGF-β受体主要有3种，Ⅰ型受体分子量为65ku，Ⅱ型受体分子量为85～110ku，Ⅲ型受体又名β聚糖，分子量为280～330ku，是一种膜固定蛋白聚糖，能通过将TGF-β递呈给Ⅰ型与Ⅱ型受体来参与信号的传递。Ⅰ型和Ⅱ型受体是一种苏氨酸/丝氨酸磷酸根转移酶 ［3］ 。研究已经明确，TGF-β与Ⅰ型受体结合需要Ⅱ型受体的参与。TGF-β首先与Ⅱ型受体结合，然后与Ⅰ型受体相连并使其胞浆区磷酸化，磷酸化的Ⅰ型受体将某种未知的蛋白质磷酸化，然后这种蛋白质将信号传入细胞核引起一系列反应 ［4］ 。
2 TGF-β在骨组织中的作用
TGF-β广泛存在于正常组织细胞以及转化细胞中，尤其是在骨组织和血小板中。TGF-β通过自分泌和旁分泌途径发挥作用，骨组织中间充质细胞、成骨细胞，软骨细胞、 破骨细胞和骨细胞都可分泌TGF-β，因此骨组织中TGF-β含量较高，约为0.3mg/kg ［5］ ，是其它组织的100倍。成骨细胞产生的TGF-β与矿化骨基质结合，作为大分子复合前体贮藏在基质中，以备骨修复之用 ［6］。TGF-β的非活性复合体可被酸性环境、蛋白酶（纤溶酶原激活剂）或破骨细胞激活 ［7］ ，激活后则促进间充质细胞和成骨细胞的增殖，刺激成骨细胞产生新的骨基质。这些事件主要发生在骨修复的早期。Kabasawa等 ［8］ 研究发现:TGF-βⅠ型受体可在幼年大鼠胫骨的软骨细胞增殖层的底部和成熟的软骨细胞上表达，Ⅱ型受体主要在皮质骨内表面成骨细胞周围的成纤维细胞上表达，因此认为，TGF-β的靶细胞是分泌细胞外基质的软骨细胞和前成骨细胞。
体外试验发现，TGF-β可以诱导成纤维细胞合成Ⅰ～Ⅴ和Ⅹ型胶原、纤维连接素、骨连接素、多糖蛋白和碱性磷酸酶，而且可以抑制金属蛋白酶活性，阻碍细胞外基质的消化，促进细胞粘附素受体和结合素的合成，增加骨和软骨组织量 ［9］ 。低浓度的TGF-β可促进成骨细胞增殖，成骨细胞自身亦能合成和释放TGF-β ［10］ 。在不同条件下，TGF-β对成骨细胞及成软骨细胞有促进分化和降低分化的双重作用。1～10mg/L浓度的TGF-β可诱发鼠胚胎肌细胞分泌成软骨细胞，合成其特异性的Ⅱ型胶原及硫醉软骨素蛋白多糖;在0.4mmol/L浓度下TGF-β的作用相反 ［11］ 。
TGF-β促进骨折修复的作用也已通过体内试验得到证实。从动物血小板中提取的TGF-β可诱导小鼠股骨成骨 ［12］ 。Joyce等 ［13，14］ 将外源性TGF-β每天注射进新生大鼠右股骨中段前方的骨外膜下，左股骨注射磷酸缓冲液作对照。仅注射2次以后（每次200ng），在骨外膜的生长层即有间充质细胞的增殖;注射4次，可观察到软骨细胞分泌软骨基质;注射7次即有成骨细胞出现并有新骨形成。注射14天后可导致局部大量的软骨组织形成。对照组则无软骨或骨形成。Nielsen等 ［15］ 报道，把剂量分别为4ng和40ng的同种TGF-β注入到大鼠胫骨骨折局部，发现胫骨的抗弯能力和骨痂量有明显增加，但硬度却无变化。Beck等 ［16］ 的研究表明，外源性TGF-β注入到兔颅骨缺损内，能明显促进成骨细胞的增殖和基质的合成，而未应用外源性因子的骨缺损不能愈合。
3 TGF-β在骨折愈合各阶段的表达
Cho ［2］ 等对骨折端标本进行检测，发现在骨折后3～21天大鼠胫骨骨折部有TGF-β1 mRNA表达。Si等 ［17］ 应用ISH技术检测兔下颌骨实验性骨折愈合模型中BMP-2mRNA和TGF-β 1 mRNA表达时发现:在软骨形成阶段和软骨内成骨阶段，软骨细胞和分化活跃的成骨细胞内TGF-β 1 mRNA表达最高，认为TGF-β 1 调节着软骨细胞和成骨细胞的增殖与合成能力。因此，骨折修复的不同阶段，TGF-β的表达水平不同，其作用也不同。TGF-β在骨折早期集中在血肿内，其后相继为各种特异性细胞合成。
在炎性反应阶段，24h即可在骨折血肿部位见到细胞外TGF-β染色阳性，该时期TGF-β主要来源于血小板的脱颗粒释放 ［14］ ，其作用是刺激骨膜间充质细胞增殖，刺激胶原合成，形成肉芽组织，启动骨折修复过程。
在膜内成骨阶段，邻近骨折部位骨膜下增殖的间充质细胞和由骨膜内层细胞转化