中药促进牵张成骨的研究进展

覃祥城， 曾景奇， 王凡， 孙绍裘

（湖南中医药大学第二附属医院，湖南长沙 410005）

牵张成骨（distraction osteogenesis，DO）是指采用牵开器将切开的骨折端牵开，新生骨组织在牵张间隙内得以形成，同时随着新骨的形成，附着其上的血管、神经、肌肉、皮肤等软组织也得到同期延长的技术[1]。牵张成骨新生骨组织的形成速度可达儿童期生长速度的4～6倍[2]。牵张成骨为一种内源性骨组织工程。现代生物力学研究[3]表明，当稳定牵张骨组织时，骨组织受力区成骨细胞增殖和间充质干细胞骨向分化功能加强，可促进胞外基质的形成和矿化。牵张成骨的现代医学发生机制尚不明确，目前主要观点认为，牵张成骨过程中新骨再生的方式为膜内成骨，其中包括血管再生、细胞活化、骨基质形成、基质钙化和骨改建等组织学过程。

1 牵张成骨临床应用概况

1957年由俄罗斯医生Ilizarov在临床中为治疗各类创伤、先天性畸形等疾病而创建的一套完整的牵张成骨生物学理论，被公认为20世纪骨科领域最伟大的发现[4]。至1992年，McCarthy JG等[5]首次成功应用牵张成骨技术于临床，用于矫治4例儿童的半侧颜面发育不全综合征，这为诸多复杂牙颌面畸形的矫正开辟了新的思路和途径。目前，牵张成骨已广泛应用于骨感染、骨缺损、骨肿瘤患者节段性截肢术后肢体畸形及肢体形态和功能重建，已成为解决骨科难治病例的关键技术。在过去的数十年中，我国骨缺损的发病率逐渐增加，而牵张成骨在骨缺损病例的肢体形态和功能重建中起到非常重要的作用。然而随着牵张成骨技术在临床的推广和应用，一些缺陷也暴露出来。牵张成骨中新骨形成及钙化缓慢，治疗周期长，尤其是主动牵张后还要经过4～5周的时间固定[6]。过长的治疗周期不仅给患者带来诸多不便，也大大增加了治疗期间感染、关节僵硬、成骨不良和关节挛缩的风险[7]。尽管牵张成骨技术与传统手术相比具有较多优点，但长时间牵拉和固定极大地限制了其临床应用。如何缩短牵张成骨时间，促进骨质生成，成为目前牵张成骨技术研究的热点。

牵张成骨的临床应用已有了较大的发展。在促进牵张成骨的药物治疗方面，目前效果确切并通过食品药品监督管理局认证的只有骨形成蛋白（bone morphogenic protein，BMP）-2、BMP-7和甲状旁腺素（parathyroid hormone，PTH）。然而这些药物由于其载体欠佳、性质不稳等缺陷，其临床推广受到影响。生长因子特别是与新骨生成相关的生长因子如转化生长因子β（transforming growth factor-beta，TGF-β）、碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）等在牵张成骨中起着重要作用[8]，外源性生长因子应用于临床可加速新骨形成，并已取得较好的效果，但由于其价格昂贵而也难以推广应用。另外，多名学者尝试了其他加快牵张成骨中骨生成的方法，如谢红军等[9]证明低强度脉冲超声不仅能加快牵张成骨中新骨形成速度，而且能缩短牵张成骨的时间；黄旋平等[10]的实验研究表明BMP-2基因修饰自体骨髓间充质干细胞移植可以促进牵张成骨新骨形成和改建；杜腾飞等[11]的研究证实甲状旁腺激素能够促进牵张成骨中成骨细胞增殖、分化等。以上多种方法尚处于起步阶段，且因价格昂贵，影响牵张成骨在临床上的推广与应用。

2 中药促进牵张成骨研究进展

中药用于促进骨折愈合的历史悠久。唐代蔺道人著《仙授理伤续断秘方》是我国现存最早的伤科专著，所载药物139味，其中包括骨碎补、当归、川芎等药，均能加快骨折愈合。自然铜、骨碎补、土鳖虫、续断为治疗骨折常用药物。现代研究表明，续断具有补肝肾、续筋骨的功效，其水提液可以增加骨性骨痂的生成，促进骨折愈合[12]。自然铜煅品通过促进钙盐沉积，促进成骨细胞合成，增强骨密度，提高骨痂质量，从而促进骨折愈合[13]。

目前已开展了中药影响牵张成骨的相关研究。有关中药及其有效成分影响牵张成骨作用的分子机制也取得了较好的进展，具体表现在以下几个方面：

2.1 促进BMP及TGF-β表达 在诸多骨生长因子中，BMP与骨诱导的关系最密切。在牵张成骨过程中，BMP-2和BMP-4可通过旁分泌和自分泌途径作用于牵引区域的成骨细胞、软骨细胞及其前体细胞，诱导膜内成骨和软骨成骨。孙丙银[14]的研究发现，补肾壮骨药骨碎补干燥根茎中提取的有效成分为骨碎补总黄酮，骨碎补总黄酮促进了牵张成骨动物模型中牵张区的骨痂形成、增加了局部碱性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）和BMP-2的含量，增强其生物力学特性。姜自伟等[15]的研究表明，在大鼠胫骨牵张成骨模型中，骨碎补总黄酮干预的中药组的成骨质量明显优于模型组，骨碎补总黄酮可以促进大鼠胫骨牵张末期BMP-2和Smad-1的表达，而BMP-2与Smad-1的表达促进了牵张成骨过程中的成骨。曾景奇[16]构建大鼠牵张成骨模型，通过Micro-CT扫描显示，在牵张成骨后期，中药组成骨质量和速度提高，骨塑性优于模型组，并且骨碎补总黄酮在牵张成骨动物模型中能起到激活BMP-Smad通路各主要因子的作用。

TGF-β是重要的骨形成因子之一，在骨代谢、骨损伤修复重建方面中起重要作用，并可促进牵张成骨过程中的成骨细胞的增殖[17]。庞卫祥等[18]的研究表明，补肾活血方能够有效调节兔截骨延长区TGF-β2的基因表达，影响成骨细胞和骨基质，促进牵张成骨区骨骼的形成。林海运[19]通过构建下颌骨牵张成骨动物模型，观察中药三七的提取物三七总皂苷（Panax notoginseng saponins，PNS）对牵张成骨新骨形成的影响。结果显示PNS可促进牵张成骨过程中的新骨形成，提高TGF-β1表达。高怡加等[20]的研究表明，在建立家兔股骨牵张成骨模型中，治疗组同时给予骨碎补总黄酮干预，结果其新生骨组织成熟骨质区域增大，成骨细胞数及骨小梁面积百分比均显著高于对照组；同时骨碎补总黄酮可增加骨中BMP-2和TGF-β1的含量，促进成骨细胞分化。以上研究为中药在牵张成骨中的应用提供了理论依据。

2.2 中药能够加速牵张成骨区微循环和骨质钙化 邹敏等[21]将灯盏花应用于兔上颌骨缝的牵张成骨过程中，结果显示实验组X线测量值优于对照组，说明灯盏花具有直接成骨作用，且提示其疗效机制与改善血管扩张和微循环有关。任贵云等[22]在构建山羊下颌骨牵张成骨模型的同时给予活血中药干预，结果显示活血中药能够促进血液循环，强化骨骼，有效加速新骨的形成和钙化，可有效缩短下颌骨牵张成骨的时间。蒋校文等[23]在建立兔下颌骨牵张动物模型的同时给予杜仲提取物干预，结果显示杜仲提取物可有效促进兔下颌骨骨牵张的新骨再生。左春然等[24]的研究表明，活血化瘀药丹参中分离的二萜醌类化合物丹参酮ⅡA对实验组新骨形成的速度和质量的促进作用均优于对照组，同期实验组的骨小梁较对照组成熟，成骨细胞较活跃，提示丹参酮ⅡA对兔下颌骨牵张成骨过程具有促进作用。闫宝勇等[25]的研究表明补肾壮骨中药可提高牵张成骨的骨钙蛋白mRNA表达，增强成骨细胞的活性，从而促进牵张区新生骨质的形成和钙化。

在牵张成骨的相关实验研究中，中医中药协同促进牵张成骨的作用已得到重视。已有不少学者在牵拉成骨术后使用了活血化瘀、补肾强骨的中药如骨碎补、杜仲等，发现其能加快该区域新生骨的速度并且能提高新骨密度。以上研究结果也证明了中药促进骨折愈合修复对提高牵张成骨的成骨质量、缩短治疗周期的潜在价值。

综上所述，牵张成骨技术所存在的治疗周期过长、成骨质量不高等突出问题现代医学仍未完全解决，也成为制约牵张成骨技术推广应用的首要原因。已有实验研究证实三七、骨碎补、杜仲等活血化瘀、补肾强骨的中药具有提高牵张成骨成骨质量、缩短治疗周期、提高成骨的效能；中医药有望成为促进牵张成骨技术在临床推广应用的有效而可行的方法。