中国矫形外科杂志2000年第7卷第10期

姚建华（综述）时述山李亚非（审校）

关键词：神经生长因子(nerve growth factor,NGF)；骨折愈合

神经生长因子(nerve growth factor,NGF)，是由Levi-Montalcini r 在50年代初发现的第一个神经营养因子。NGF对中枢和外周神经系统的生物效应，是维持和促进发生中的交感神经及来自神经嵴的感觉神经细胞的存活、分化和成熟以及执行功能。NGF在机体组织器官(包括脑)有广泛的分布，它在靶组织中的浓度与交感神经、感觉神经在靶区分支的密度和mRNA含量有关；而靶器官产生的NGF可诱使轴突朝特定靶器官方向生长。近年来随着对骨痂中肽能神经分布研究的深入，发现骨痂中有交感神经成份的神经肽Y(NPY)、小肠血管活性肽(VIP)和感觉神经成份的降钙素基因相关肽(CGRP)、P物质(SP)等肽能神经长入^［1，2］。这引起人们的思考，骨痂中是否有诱使轴突长入的NGF，其在骨折愈合中有何作用?

1神经系统与骨生长、修复、重塑关系密切

早在150年前，就有人通过大体解剖发现骨组织中存在神经纤维，进一步研究发现许多无髓和有髓的神经纤维支配骨膜、骨组织和骨髓^［3］，推测这些纤维与骨的塑型和生长有关。在临床实践中，人们观测到一些有趣的现象，截瘫和颅脑损伤的患者伴随的四肢骨折往往可以见到大量的骨痂过度生长^［4］，甚至在肌肉中出现异位骨化，骨折愈合明显快于没有中枢神经损伤的四肢骨折患者；而神经性关节炎患者，由于感觉神经损害，患肢骨折愈合往往延缓，骨不愈合率较高；这些现象提示神经因素对骨折愈合有影响。

由于骨组织脱钙技术和免疫组织细胞化学技术的进步，骨组织中肽能神经分布的研究成为可能。目前研究比较多的是CGRP、SP、VIP和NPY四种神经肽，它们可作为神经递质、神经调质和激素发挥作用，是沟通细胞间和器官间的主要化学信使。而含有这些神经肽的神经称之为肽能神经，它们主要分布于成骨活性较高的区域，如干骺端、骨膜和髓腔，支配骨膜的肽能神经呈网络状分布于骨的表面，且骨骺的分布较骨干多，含CGRP和VIP的神经分布于骨膜各层，骨髓腔也受SP和CGRP免疫阳性神经支配^［5］；骨骺生长板骨软骨接头处，骨骺一侧受丰富的肽能神经支配^［6］，Imai^［7］通过电镜观察，认为干骺端的成骨细胞和破骨细胞、骨膜的衬里细胞(Periosteal lining Cells)是骨组织CGRP免疫阳性神经纤维作用的靶细胞。这些肽能神经可通过神经末梢释放相应的神经肽，作用于靶细胞来影响骨细胞的代谢。

在骨折的修复过程中，骨痂内神经长入是骨痂成熟的标志。Hukkanen^［1］发现大鼠胫骨骨折后一周即有神经长入骨痂，以CGRP神经纤维最多；Madesen^［2］发现大鼠胫骨骨折后34d神经损伤组的骨痂较单纯骨折多。但骨痂内神经分布少，骨痂机械强度低；在植骨愈合过程中，移植骨块内有神经长入，才能完成骨的爬行替代愈合过程^［8］。

Sisask^［9］观察到大鼠出生时，骨组织就有神经支配，并且神经长入与骨矿化过程相平行。我们实验发现脊髓横断大鼠胫骨骨痂3周时明显多于单纯骨折组，骨痂镜下观察发现CGRP神经纤维减少，有大量纤维骨痂，纤维骨痂中有许多软骨细胞团。而单纯骨折组CGRP纤维多，纤维骨痂少，软骨细胞被成骨细胞代替，形成编织骨，虽然骨痂量少，但骨痂较成熟，机械强度较脊髓损伤组强。

2骨组织NGF的表达

自从发现NGF以来，人们对它做了大量的研究工作，建立起了神经元与靶细胞之间的依赖关系学说，即神经元通过神经纤维支配其靶区域，反过来靶区域又能通过分泌神经营养因子对支配它的神经元起营养作用^［10］。依据这一理论，可推测有许多肽能神经支配的骨组织能产生NGF。1990年Frenkel^［11］首次报道了鸡胚的软骨和骨细胞内有NGF，他采用免疫组织细胞化学方法检测了不同时期鸡胚骨组织的NGF表达情况，发现6～14d期间NGF表达阳性，＞17d nGF表达阴性，他认为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可能产生NGF，以诱导神经纤维长入胚胎骨组织和骨痂中。Grills^［12］检测了鼠肋骨骨痂中NGF表达情况，发现骨折后1～3周骨痂中骨祖细胞，成骨细胞，早期的破骨细胞，新生血管内皮细胞和骨髓基质细胞以及临近的骨骼肌纤维强阳性表达NGF，而未骨折肋骨只有骨膜内层的骨祖细胞和临近的骨骼肌纤维表达NGF。这些细胞NGF表达阳性，尚不能断定NGF就是它们自身产生的，必须通过原位杂交的方法来证明这些细胞内有NGFmRNA表达，才能确定NGF是这些细胞产生的。Nakanishi^［13］培养MC3T3—E1细胞，一种鼠的成骨细胞系，采用原位杂交的方法证实成骨细胞内源性表达NGFmRAN；Jehan^［14］培养Ros17/2.8细胞，也证实成骨细胞内源性表达NGFmRNA，说明骨组织能产生NGF。

3骨细胞的NGF受体

NGF受体有高亲和力受体TrKA和低亲和力受体LNGFR两种，当NGF与受体结合后，可激活其特异性高亲和力受体，即受体样的酪氨酸激酶(TrK)和自身磷酸化而进行信号传递。过去研究主要局限于神经系统，NGF主要与TrK受体结合，但神经系统也存在LNGFR，如雪旺氏细胞膜有LNGFR受体，其功能主要是细胞间的信号传递。近年来发现神经系统以外组织细胞也有NGF受体存在^［15］，但骨细胞有无NGF受体尚无定论。Finkelman^［16］认为鸡骨细胞没有NGF受体，他通过用NGF培养鸡成骨细胞，观察成骨细胞的代谢来判定，并未用Northern斑点杂交来证实，因此结果可信度低。而Jehan^［14］用1，25(OH)₂D₃培养Ros17/2.8细胞，发现成骨细胞内表达NGF，同时用Northern斑点杂交证实成骨细胞表达LNGFRmRNA，解离常数K₂≈10^－9M；未发现TrKAmRNA表达，这说明成骨细胞存在LNGFR而无TrKA，NGF对成骨细胞的影响是通过与LNGFR结合引起的。由于其解离常数非常低，其生物学效应主要是细胞之间通过自分泌或旁分泌形式产生的NGF与LNGFR结合，使细胞之间的化学信息得到传递^［17］。因此骨痂中成骨细胞，骨祖细胞产生的NGF可通过与LNGFR结合引起自身磷酸化，促进骨细胞的代谢。

4NGF促进骨修复

NGF能促进骨修复是在研究神经修复过程中偶然发现的。Eppley^［18］用NGF治疗家兔下颌骨神经损伤，发现NGF能够刺激轴突再生，同时偶然发现再生轴突周围的骨形成受到刺激。这一现象引起人们的注意，是否NGF能够促进骨折的愈合呢?1995年，Schuijers等^［19］用NGF治疗鼠肋骨骨折，发现局部应用NGF后，可使骨痂生成增多，骨痂的刚度和抗折弯强度增加，提示局部注射NGF可促进骨折愈合。同样，Grills等^［20］通过对大鼠肋骨骨痂的生物力学性能、儿茶酚胺浓度、组织形态计量和骨痂大小的测量证实原来认为主要作用于神经系统的NGF，对骨折愈合也有促进作用。在临床工作中，经常遇到神经损伤伴骨折的病人，往往出现大量的骨痂生成，而动物实验造成胫骨骨折侧坐骨神经和股神经损伤后，胫骨骨痂生成增多^［2］，目前对其产生原因尚不明确，但神经损伤后，其所支配的效应组织产生NGF增多，以诱使损伤神经向效应器官生长，骨组织和骨周围骨骼肌生成的NGF促进了骨痂的生成，使其骨痂较单纯骨折多。这种解释只是一种推测，是否成立尚需大量实验来检验。从另一方面看，有人发现在人长骨不连组织中几乎没有神经支配，提示缺乏神经控制可能导致骨延迟愈合或骨不连^［21］，这种现象是否因为骨折局部NGF生成少或障碍，引起神经向骨痂中生长障碍所致呢?如果是因为局部缺少NGF，则可用NGF局部注射治疗骨不连。

5作用机制

5.1GF与受体结合由于成骨细胞膜上有LNGFR^［14］，内源性与外源性NGF可与其结合，使成骨细胞发生磷酸化过程，增强骨细胞活性，成骨能力增强，促进骨折愈合。

5.2NGF引导神经长入骨痂Grills^［12］证明骨痂中骨祖细胞、成骨细胞等可产生NGF，NGF可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，如CGRP可通过与破骨细胞上的降钙素受体结合，有抑制骨吸收作用^［1］，它还能通过刺激细胞有丝分裂和骨先质细胞分化刺激骨形成^［22］；SP在培养状态下也能刺激成骨细胞活性，使成骨增强^［23］。由于NGF可能通过增加交感神经的支配间接增加血管的生成，从而促进骨化。

5.3NGF促进SP、CGRP的释放Malcangio^［24］发现NGF能刺激大鼠脊髓SP、CGRP的释放，其释放方式可沿轴浆转运到骨折局部，通过旁分泌释放，也可通过血液以内分泌方式到达骨折局部，刺激成骨。

5.4NGF在骨组织对1.25—(OH)₂D₃摄取过程中起调节作用。1.25—(OH)₂D₃在骨代谢过程中非常重要，而在成骨细胞的培养基中加1.25—(OH)₂D₃可使成骨细胞表达NGF^［14］，反过来NGF可能调节骨组织对1.25—(OH)₂D₃的摄取。

6展望

NGF影响骨代谢的研究尚不足10年，有关这方面的研究较少，对其作用机理我们知之甚少。由于近年<