白三烯类在骨损伤后炎性反应中的作用

陈东旭　李朝旭

【摘要】 重组人骨形态发生蛋白2及重组人骨形态发生蛋白7为目前四肢骨折及脊柱融合术后等需促进成骨代谢的药物， 因价格高及一定的副作用对其在医学临床实践中的应用产生了不利影响。本文综述了白三烯类及相关作用于5-脂氧合酶途径和半胱氨酰白三烯类受体药物对骨折后修复的调控作用。寻找新的加快骨折愈合、缩短住院时间及减少并发症的治疗药物对于减轻患者及社会的负担具有重要的意义。

【关键词】 花生四烯酸;5-脂氧合酶;半胱氨酰白三烯类;骨折愈合

【Abstract】 Currently， recombinant human bone morphogenetic protein 2 and recombinant human bone morphogenetic protein 7 have been approved for the promotion of bone formation metabolism after limb fracture and spinal fusion， but their high price and related side effects limit their wide application in clinical practice.Leukotrienes and their related effects on the 5-lipoxygenase pathway and cysteine leukotrienes receptors are reviewed in this paper.It is of great significance to find new therapeutic drugs to accelerate fracture healing， shorten hospitalization time and reduce complications in order to release the burden on patients and society.

【Key words】 Arachidonic acid; 5-lipoxygenase; Cysteinyl leukotrienes; Fracture healing

有研究表明在美国2004年骨折的患者大约有1000万人， 其中需要住院治疗的高达100万人， 这些患者的医疗开支高达200亿美元[1]。有研究结果表明， 目前在临床上只有重组人骨形态发生蛋白2及重组人骨形态发生蛋白7是被批准用于临床的促进成骨折愈合的药物[2-4]， 因为价格高及一定的副作用对其在医学临床实践中的应用产生了不利影响[5]。因此， 寻找新的加快骨折愈合、缩短住院时间及减少并发症的治疗药物对于减轻患者及社会的负担具有重要的意义。在骨损伤后的骨修复过程首先会在损伤周围出现炎症反应， 调控这种炎症应答反应可以影响到炎症的进展以及进一步的骨损伤愈合。白三烯类（leukotrienes）和前列腺素类作为花生四烯酸（Arachidonic acid， AA）的代谢产物， 都在骨组织的损伤和修复中发挥有重要的作用。大量的动物实验通过作用于环氧化酶-2（COX-2）途径抗炎药物的应用证实了前列腺素在骨损伤修复中的积极作用， 目前通过调控早期炎症反应的其他途径来研究其与骨损伤愈合的关系成为临床研究的热点。本文综述了白三烯类及相关作用于5-脂氧合酶途径和半胱氨酰白三烯类受体药物对骨折后修复的调控作用。现报告如下。

1 骨损伤后的炎症反应及骨代谢

骨骼在受到损伤后， 会在损伤局部及全身出现炎症应答反应， 损伤处骨和血管的再生是通过炎性介质来促进的[6]。炎症过程的主要参与者包括血小板、细胞因子、骨髓间充质干细胞还有骨形态发生蛋白， 花生四烯酸在骨损伤后在炎性反应中通过刺激细胞膜中的磷脂酶A2（PLA2）分解细胞膜磷脂产生[7]， 花生四烯酸是合成前列腺素类（prostaglandins， PGs）和白三烯類（leukotrienes）的底物， 在COX-2的作用下生成前列腺素H2（PGH2）和血栓烷类（thromboxanes， TXs）， PGH2接着转变为PGD2、PGE2、PGF2a、PGI2;或通过5-脂氧合酶（5-lipoxygenase， 5-LO）的作用下生成白三烯A4（LTA4） [8]， LTA4是一种不稳定中间物， 通过一系列酶的催化作用下生成半胱氨酰白三烯类（cysteinyl leukotrienes）， 包括LTC4， 或者在LTA4水解酶的作用下水解为产物LTB4。

在疼痛和体温调节、胃酸分泌、气管收缩等方面起有重要作用的花生四烯酸的代谢产物是通过与血浆膜受体结合来改变细胞内的环单磷酸腺苷（cAMP）、钙离子和肌醇三磷酸水平[9-11]。目前的一些研究表明骨组织的代谢同样受这些产物的影响， 使骨髓间充质干细胞募集于骨损伤处， 增生并向成骨细胞和软骨细胞方向分化， 从而完成膜内成骨和软骨内成骨的复杂过程。在软骨内化骨的过程中， 间充质干细胞首先分化为软骨细胞， 并进一步钙化形成不成熟的编织骨， 钙化的基质即可以作为骨形成的模板， 成骨细胞在此模板上沉积， 并转变为板层骨， 完成软骨内化骨;而在膜内化骨的过程中， 间充质干细胞直接分化成为成骨细胞[12]。目前关于肥大性骨不连[13-15]和糖尿病所致骨折愈合不良或骨不愈合[16]等疾病已通过一些药物或阻断剂来影响或阻止炎性反应阶段来干预正常的骨折愈合阶段， 来起到一定的临床效果。

2 花生四烯酸代谢

Marcouiller等[17]通过试验证实：抑制COX-2代谢途径， 花生四烯酸类可以通过5-LO途径产生更多的白三烯类;Byrum等[18]通过实验表明：通过抑制5-LO途径可以产生多量的前列腺素类。研究证实：花生四烯酸的COX-2代谢途径和5-LO代谢途径在骨折修复中起有不同的调控作用， COX-2代谢途径产生的前列腺素类有助于骨损伤后的修复， 而5-LO途径产生的白三烯类代谢产物则阻碍骨折愈合的作用。

2. 1 COX-2代谢途径 非甾体类消炎药（NSAIDs）是临床上最常使用的镇痛药物， 其镇痛机制是通过抑制环氧化酶（cyclooxygenase， COX）的活性， 减少前列腺素的生物合成， 对抗前列腺素的扩张血管、促进炎性介质渗出、产生痛觉过敏等作用， 从而发挥抗炎、止痛和解热作用[19]。虽然实验及临床应用证实COX-2在软组织修复和软骨形成过程中起重要作用， 但目前文献对COX-2抑制剂是否影响骨折愈合有着不同观点， 实践上目前缺乏长期、大规模、系统的随机临床试验。从理论上和现有研究资料让人更倾向于认为COX-2抑制剂影响骨折愈合， 这种影响只停留在理论水平， 所以应当趋利避害， 合理使用， 才能发挥NSAID的最大功效[20]。研究表明：选择性抑制COX-2的NSAIDs在动物骨折实验中对骨折的愈合起到不利影响， 对人类的骨折愈合同样有不利的作用[21]。关于在骨的合成代谢中起有重要作用的COX-2代谢途径目前已有大量研究：Rundle等[22]研究表明， 用COX-2进行基因治疗促进了大鼠骨折处骨痂的形成， 起到了促进了骨折愈合的作用;另外一些实验则得出了抑制骨折愈合的作用， 是他们通过选择性抑制COX-2代谢途径来阻断前列腺素的合成， 表明了前列腺素类在骨损伤后修复中的积极作用[23， 24];通过抑制COX-2代谢途径不仅可以降低骨折处骨痂中前列腺素水平的含量而且导致白三烯类的合成增加。所以可以得出如下推断， 白三烯类代谢产物可能在骨折愈合中也起到重要作用， 而不仅只和前列腺素类的合成减少有关， 应该是多方面影响的结果。

2. 2 5-LO代谢途径 花生四烯酸的代谢产物白三烯类主要有两种， 一种是LTB4， 另一种包含一系列产物， 统称半胱氨酰白三烯类， 包括LTC4、LTD4、LTE4等， 主要与两类受体起作用， BLT1、BLT2受體主要于LTB4起作用， 而cys-LT1和cys-LT2受体主要与半胱氨酰白三烯类相结合。之前已有大量研究表明白三烯类代谢产物在肺部、神经损伤、糖尿病、心血管疾病[25-28]发面发挥有重要作用。目前的研究表明， 5-脂氧合酶的作用下生成白三烯产生的白三烯类同样在骨细胞的合成与破坏中起到至关重要作用。有学者用5-LO缺陷的大鼠制造骨折模型表明：这些5-LO缺陷大鼠骨折的愈合进程明显加快 [29]。Cottrell等[30]通过给予骨折大鼠5-LO抑制剂AA-861也表现出加快骨折愈合。由此可见， 白三烯类确实起到抑制骨折愈合的作用。

2. 2. 1 白三烯类调控软骨内成骨 为了进一步验证白三烯类代谢产物LTB4和半胱氨酰白三烯类在骨折修复中的作用， Wixted等[31]进行了如下实验， 为了抑制白三烯代谢途径， 选用两种抑制剂， 齐留通（Zileuton）同时抑制LTB4和半胱氨酰-白三烯类合成两条代谢途径;孟鲁司特钠（montelukast sodium）是一种cys-LT1受体抑制剂， 但并不影响BLT1受体， 研究结果表明白三烯类拮抗剂通过抑制白三烯类的产生都促进了骨组织的生成， 说明其可能是通过同一个机制发挥的作用。因为两种药物都影响半胱氨酰-白三烯类活动， 齐留通抑制其合成， 而孟鲁司特钠与cys-LT1受体结合起抑制作用。齐留通比孟鲁司特钠在促进骨折修复特别是软骨内成骨中起有更明显的作用， 由此可以做出如下推论：齐留通同时抑制LTB4和半胱氨酰-白三烯类合成， 比孟鲁司特钠在骨折修复中作用更明显的原因在于LTB4通过与其受体BLT1结合也可能起到抑制骨折处的软骨内成骨的作用。同期的实验通过免疫组织化学技术观察证实：在骨折后形成的骨痂软骨细胞处5-LO和cys-LT1受体都有大量的表达， 孟鲁司特钠治疗组和齐留通治疗组5-LO及cys-LT1受体的表达均比对照组低， 然而具体的作用尚不十分清楚。通过上述的实验可以得知， 通过药物抑制5-LO途径白三烯合成及其cys-LT1受体活性可以增强软骨细胞的成骨反应， 从而为后续的骨形成提供传导矩形并增强成骨能力。这些研究的结果无疑具有十分重要的作用， 为临床上加快骨损伤后的修复特别是软骨的成骨过程提供了新的潜在可用的作用靶点。

2. 2. 2 白三烯类在骨髓间充质干细胞分化中的作用 Akino等[32]研究表明通过半胱氨酰-白三烯受体抑制剂来抑制这一代谢途径的对MC向软骨细胞及成骨细胞的分化均有促进作用。通过半胱氨酰-白三烯类抑制剂促进了骨组织的分化， 说明半胱氨酰-白三烯类在骨组织分化中是其不利作用的。

2. 2. 3 白三烯类在成骨细胞及破骨细胞中的作用 有实验证实， LTB4在成骨细胞增殖方面是起抑制性作用的[33]。一系列的动物实验证实：破骨细胞的增殖可被5-LO代谢途径代谢激活并促进骨质吸收增加[34-36]。由此可见， 5-LO代谢途径所致的破骨细胞活性增加及成骨细胞的抑制起到了延缓骨损伤后修复的作用， 其骨折愈合的影响来自成骨及破骨细胞两方面因素。

3 小结

花生四烯酸类有5-LO和COX-2两条代谢途径。通过5-LO抑制剂5-LO代谢途径， 可以使COX-2途径代谢增加， 使前列腺素类生成增加而白三烯类生成减少， 起到促进骨折的修复的作用， 为在临床上的应用给出方向， 但将这些研究结果最终应用于临床实践仍需要进一步的研究， 其安全性也需进一步验证。

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[收稿日期：2019-05-24]