Science Technology Vision 科技·探索·争鸣 科技视界 医疗科技 血管内皮细胞生长因子与骨组织工程血管化的研究进展 邢晓东 (辽宁工业大学医院,辽宁锦州121001) 摘要】骨组织缺損是骨科的最常见疾病之一,一直是骨科专家学者砑究的难点和热点问题,而组织工程人工骨近年来逐渐引起美注,但 研究发现,单纯的人工骨支架植入体内短时间中央便有大量成骨细胞死亡,极大地降低了手术的成功率,根本原国是尚未建立起有效的血液循 环为骨的再生与改建提供必要的相关营养国子。为完善骨组织血管化、治疗骨缺损修复提供一条新的途径 【关键词】血管内皮细胞生长因子;骨组织工程血管化 骨组织的缺损多由严重创伤、感染等导致,大段骨缺损救治难度程领域的一个重要分支,已成为当今骨缺损修复的主要手段和研究热 大,伤残率高,患者愈后的生活质量受到严重影响。近年来,随着科技点。研究己发现,组织工程化骨植入体内早期营养主要来源于组织液 发展,组织工程人工骨由于其良好效果,逐渐成为骨缺损修复术较为的渗透和血液的融附,而其作用范围最多只能达到100~300m,支架 理想的选择疗法,但在组织工程的构建过程中,血管化的出现早于骨中央的细胞供血和供氧受到限制,为我们探索组织工程骨的临床应用 形成,是骨发育和骨折愈合的过程关键过程。而VEGF作为目前己知提供了新思路。背损伤修复是一个复杂的过程,其中血管化是最基本 血管生成诱导作用最强的一种细胞因子,参与促进骨的再生与修复,环节之一,血管网络为创伤部位提供充足的氧气和营养物质,带走代 为研究者对组织工程骨修复、骨损伤工作的进一步研究探索提供了新谢产物,趋化炎性细胞,加速坏死组织的清除,是移植骨段的成活和新 的突破口,现将这方面的研究现状与进展作一综述。同时指明了骨缺生骨生长情况的决定因素之一。其中ⅤEGF由于具有强大直接的血管 损今后主要的研究实践发展方向。 再生活性而受到广泛关注和应用。 2,2VEGF在骨组织工程中的应用方式 1VEGF简介 鉴于ⅤEGF的安全性和并发症,VEGF在骨组织工程中的具体应用 VEGF家族是一大类具有重要血管生长调节作用的细胞因子。现应当充分考虑到其给予时间、剂量、方式以及与其他细胞因子的相互作 已发现7位ⅤEGF家族成员,分别是:VECF-A、VECF-B、VECF-C、用,制定出合理、安全的最佳方案。目前VEGF促进骨组织工程血管化 VECF-D、VEGF-E、和胎盘生长因子。VEGF-A即为通常意义上的的具体应用策略主要有如下几方面:①细胞移植:将血管内皮细胞(EC) VEGF,本质是相对分子质量为3445k的糖蛋白。人类VEGF基因及其前体细胞(EPC)与骨组织工程的种子细胞(MSC)在组织工程骨体 定位于染色体的6213,全长28kb,编码VEGF的基因长约14kb,由外构建时粘附在支架材料上,植入机体后利用EC分泌的VEGF促进工 8个外显子和7个内含子交替构成,由于mRNA剪切方式的差异而产程骨血管化3②基因工程:运用基因工程技术将表达ⅤECF的目的基因 生至少9种亚型,在人体常见的即有7种,即ⅤEGFa圆3四等,片段转染种子细胞,待种子细胞随组织工程骨植入体内后表达和分泌 它们的含量分布和生物特性略有差异,在血管再生过程中可能发挥着VEGF,从而促进血管化。VECF基因载体主要有质粒和脂质体DNA等 挥不同的生理作用。多年实验研究表明,VEGF在生理和病理状态非病毒类和逆转录病毒以及腺病毒等病毒类载体。③联合应用:将 下均为最主要的血管调节因子,它可促进新生血管的形成并维持血管VEGF和BMP或PDGF联合复合到支架材料上,可加强人工骨的骨化 稳态维持软骨细胞的存活和加快骨转换,在胚胎发育、创伤愈合以及和血管化。在机体血管生成和血管形成过程中,VEGF非唯一的血管生 肿瘤的生长、浸润和转移也发挥着作用。 成因子,并且在血管生成的不同时期对不同血管生长因子的需求也不 VEGF-A是目前已知最强的血管通透因子,其作用比组胺大同:血管生成早期,高浓度ⅤEGF可促进内皮细胞分化、增殖和聚集,从 000倍,且不被抗组胺药或抗毒制剂如血小板源激活因子所抑制。而形成内皮管;血管生成后期,内皮细胞的增殖是次要的,对TGF-B需 与VEGF-A亲和力最强的受体为 VEGFR-1和 VEGFR-2,前者在不求增加,从而促进内皮细胞和平滑肌细胞聚集;血管成熟和稳定期,又 同血管床的内皮细胞选择性表达,介导VEGF对内皮细胞间及内皮细 需要其他血管生长因子(如PDCF)的参与。若在整个血管生成过程中仅 胞与基质间的相互作用的调节效应,而表现出明显的腔化作用:后者使用高浓度VEGF,可能因内皮细胞的过度分化、增殖和聚集形成相对 在几乎所有的内皮细胞均有表达,是VECF的主要功能受体,VEGF过量的内皮管,造成血管畸形。因此,采用更为精确的缓释技术,在血管 与之结合后,可刺激血管内皮细胞增生趋化内皮细胞和增加血管通生成的不同时期缓释不同浓度的细胞因子,更符合血管生成的生理需 透性,从而调控新生血管的生成。此外NP-1与VECF-A165特异性结要。目前己设计出ⅤEGF与PDGF,VEGF与FGF-2,VECF与TGF-B以 合后,可增强后者与 VEGFR-2的结合能力及其介导的趋化活性 及ⅤEGF与BMP等多种细胞因子联用方案 VEGF-B主要与 VEGFR-1结合,调节着血管外基质降解以及细 胞黏附和迁徙。VEGF-C是特异性的淋巴管生成因子,主要与3展望 VEGFR-2和 VEGFR-3特异性结合,诱导淋巴管内皮细胞增殖、迁徙 综上所述,VEGF是一种具有重要血管生成诱导作用的细胞因 还可诱导血管生成。VEGF-D可结合并激活 VEGFR-2和 VEGFR-3,子,在骨缺损处有助于形成与维持损伤修复与骨再生的微环境。在骨 促进内皮细胞有丝分裂,在肿瘤血管生成及淋巴管生成过程中发挥作组织工程血管化的进程中,VECF不仅促进血管新生,还参与着骨组 用。VEGF-E可与ⅤEGFR-1及 VEGFR-2结合,与VEGF5的生物学织代谢,协调着骨细胞功能活动,加速新生骨的形成与改建,提高了人 作用和效能相似。PIGF的表达限于胎盘组织和肿瘤组织,能结合并激工骨移植术的成功率。实验研究表明,应用VEGF促进组织工程血管 活ⅤEGFR-1,诱导血管内皮细胞有丝分裂和迁徙。 化己取得了较为显著的效果,显示出较为可喜的临床应用前景,但是 仍存在诸多不足与难点。对于VEGF在骨组织工程血管化中应用的进 2VEGF与骨组织工程 一步探索研究有助于我们开发出新的、有效的治疗措施,有可能解决 2.1骨组织工程血管化的意义 骨缺损修复这个世纪难题。 骨组织工程是将患者或供者的特定细胞(干细胞、祖细胞)在体外 支架材料上生长,形成一个三维结构,然后移植到患者体内,是组织工 [责任编辑:丁艳] (上接第172页)法,规范队伍建设的各个环节,全面地提高基层干警[王传波公安边防基层领导干部素养之浅见门山东公安专科学校学报2000 的业务素质和执法水平,才能把我们的队伍建设成为一支政治坚强、 业务精通、作风优良、拉得出、打得赢,坚强的战斗部队,为维护社会稳[2]吴大保公安机关共产党员如何保持先进性公安教育20065 定、构建社会主义和谐社会做出新的贡献 [责任编辑:曹明明] 【参考文献】 320|科技视界 Science Technology vision ?1994-2014ChinaAcademicJOurnalElectronicPublishingHouse.aLlrightsreservedhttp://www.cnki.net
科技·探索·争鸣 科技视界 Science & Technology Vision 科技视界 Science & Technology Vision 骨组织的缺损多由严重创伤、感染等导致，大段骨缺损救治难度 大，伤残率高，患者愈后的生活质量受到严重影响。 近年来，随着科技 发展，组织工程人工骨由于其良好效果，逐渐成为骨缺损修复术较为 理想的选择疗法，但在组织工程的构建过程中，血管化的出现早于骨 形成，是骨发育和骨折愈合的过程关键过程。 而 VEGF 作为目前已知 血管生成诱导作用最强的一种细胞因子， 参与促进骨的再生与修复， 为研究者对组织工程骨修复、骨损伤工作的进一步研究探索提供了新 的突破口，现将这方面的研究现状与进展作一综述。 同时指明了骨缺 损今后主要的研究实践发展方向。 1 VEGF 简介 VEGF 家族是一大类具有重要血管生长调节作用的细胞因子。 现 已发现 7 位 VEGF 家族成员， 分 别 是：VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、 VEGF-D、VEGF-E、 和胎盘生长因子。 VEGF-A 即为通常意义上的 VEGF，本质是相对分子质量为 34~45kμ 的糖蛋白。 人类 VEGF 基因 定位于染色体的 6p21.3，全长 28kb，编码 VEGF 的基因长约 14kb，由 8 个外显子和 7 个内含子交替构成，由于 mRNA 剪切方式的差异而产 生至少 9 种亚型，在人体常见的即有 7 种，即 VEGF121,165,189,206,145,148,183 等， 它们的含量分布和生物特性略有差异，在血管再生过程中可能发挥着 发挥不同的生理作用。 多年实验研究表明，VEGF 在生理和病理状态 下均为最主要的血管调节因子，它可促进新生血管的形成并维持血管 稳态、维持软骨细胞的存活和加快骨转换，在胚胎发育、创伤愈合以及 肿瘤的生长、浸润和转移也发挥着作用。 VEGF-A 是目前已知最强的血管通透因子 ， 其作用比组胺大 50000 倍， 且不被抗组胺药或抗毒制剂如血小板源激活因子所抑制。 与 VEGF-A 亲和力最强的受体为 VEGFR-1 和 VEGFR-2， 前者在不 同血管床的内皮细胞选择性表达，介导 VEGF 对内皮细胞间及内皮细 胞与基质间的相互作用的调节效应，而表现出明显的腔化作用；后者 在几乎所有的内皮细胞均有表达， 是 VEGF 的主要功能受体，VEGF 与之结合后，可刺激血管内皮细胞增生、趋化内皮细胞和增加血管通 透性，从而调控新生血管的生成。 此外 NP-1 与 VEGF-A165 特异性结 合后，可增强后者与 VEGFR-2 的结合能力及其介导的趋化活性。 VEGF-B 主要与 VEGFR-1 结合， 调节着血管外基质降解以及细 胞 黏 附 和 迁 徙 。 VEGF -C 是特异性的淋巴管 生成因子 ， 主 要 与 VEGFR-2 和 VEGFR-3 特异性结合，诱导淋巴管内皮细胞增殖、迁徙， 还可诱导血管生成。 VEGF-D 可结合并激活 VEGFR-2 和 VEGFR-3， 促进内皮细胞有丝分裂，在肿瘤血管生成及淋巴管生成过程中发挥作 用。 VEGF-E 可与 VEGFR-1 及 VEGFR-2 结合，与 VEGF165 的生物学 作用和效能相似。 PIGF 的表达限于胎盘组织和肿瘤组织，能结合并激 活 VEGFR-1，诱导血管内皮细胞有丝分裂和迁徙。 2 VEGF 与骨组织工程 2.1 骨组织工程血管化的意义 骨组织工程是将患者或供者的特定细胞（干细胞、祖细胞）在体外 支架材料上生长，形成一个三维结构，然后移植到患者体内，是组织工 程领域的一个重要分支，已成为当今骨缺损修复的主要手段和研究热 点。 研究已发现，组织工程化骨植入体内早期营养主要来源于组织液 的渗透和血液的融附，而其作用范围最多只能达到 100～300μm，支架 中央的细胞供血和供氧受到限制，为我们探索组织工程骨的临床应用 提供了新思路。 骨损伤修复是一个复杂的过程，其中血管化是最基本 环节之一，血管网络为创伤部位提供充足的氧气和营养物质，带走代 谢产物，趋化炎性细胞，加速坏死组织的清除，是移植骨段的成活和新 生骨生长情况的决定因素之一。 其中 VEGF 由于具有强大直接的血管 再生活性而受到广泛关注和应用。 2.2 VEGF 在骨组织工程中的应用方式 鉴于 VEGF 的安全性和并发症，VEGF 在骨组织工程中的具体应用 应当充分考虑到其给予时间、剂量、方式以及与其他细胞因子的相互作 用，制定出合理、安全的最佳方案。 目前 VEGF 促进骨组织工程血管化 的具体应用策略主要有如下几方面：①细胞移植：将血管内皮细胞（EC） 及其前体细胞（EPC）与骨组织工程的种子细胞（MSCs）在组织工程骨体 外构建时粘附在支架材料上，植入机体后利用 EC 分泌的 VEGF 促进工 程骨血管化]。②基因工程：运用基因工程技术将表达 VEGF 的目的基因 片段转染种子细胞， 待种子细胞随组织工程骨植入体内后表达和分泌 VEGF，从而促进血管化。 VEGF 基因载体主要有质粒和脂质体 DNA 等 非病毒类和逆转录病毒以及腺病毒等病毒类载体。 ③联 合 应 用：将 VEGF 和 BMP 或 PDGF 联合复合到支架材料上， 可加强人工骨的骨化 和血管化。 在机体血管生成和血管形成过程中，VEGF 非唯一的血管生 成因子， 并且在血管生成的不同时期对不同血管生长因子的需求也不 同：血管生成早期，高浓度 VEGF 可促进内皮细胞分化、增殖和聚集，从 而形成内皮管；血管生成后期，内皮细胞的增殖是次要的，对 TGF-β 需 求增加，从而促进内皮细胞和平滑肌细胞聚集；血管成熟和稳定期，又 需要其他血管生长因子（如 PDGF）的参与。 若在整个血管生成过程中仅 使用高浓度 VEGF，可能因内皮细胞的过度分化、增殖和聚集形成相对 过量的内皮管，造成血管畸形。 因此，采用更为精确的缓释技术，在血管 生成的不同时期缓释不同浓度的细胞因子， 更符合血管生成的生理需 要。 目前已设计出 VEGF 与 PDGF，VEGF 与 FGF-2，VEGF 与 TGF-β 以 及 VEGF 与 BMP 等多种细胞因子联用方案。 3 展望 综 上 所 述，VEGF 是一种具有重要血管生成诱导作用的细胞因 子，在骨缺损处有助于形成与维持损伤修复与骨再生的微环境。 在骨 组织工程血管化的进程中，VEGF 不仅促进血管新生， 还参与着骨组 织代谢，协调着骨细胞功能活动，加速新生骨的形成与改建，提高了人 工骨移植术的成功率。 实验研究表明，应用 VEGF 促进组织工程血管 化已取得了较为显著的效果，显示出较为可喜的临床应用前景，但是 仍存在诸多不足与难点。 对于 VEGF 在骨组织工程血管化中应用的进 一步探索研究有助于我们开发出新的、有效的治疗措施，有可能解决 骨缺损修复这个世纪难题。 ［责任编辑：丁艳］ S 血管内皮细胞生长因子与骨组织工程血管化的研究进展 邢晓东 (辽宁工业大学医院，辽宁 锦州 121001) 【摘 要】骨组织缺损是骨科的最常见疾病之一，一直是骨科专家学者研究的难点和热点问题，而组织工程人工骨近年来逐渐引起关注，但 研究发现，单纯的人工骨支架植入体内短时间中央便有大量成骨细胞死亡，极大地降低了手术的成功率，根本原因是尚未建立起有效的血液循 环为骨的再生与改建提供必要的相关营养因子。 为完善骨组织血管化、治疗骨缺损修复提供一条新的途径。 【关键词】血管内皮细胞生长因子；骨组织工程血管化 （上接第 172 页）法，规范队伍建设的各个环节，全面地提高基层干警 的业务素质和执法水平， 才能把我们的队伍建设成为一支政治坚强、 业务精通、作风优良、拉得出、打得赢，坚强的战斗部队，为维护社会稳 定、构建社会主义和谐社会做出新的贡献。 【参考文献】 ［1］王传波．公安边防基层领导干部素养之浅见[J]．山东公安专科学校学报,2000 (6)． ［2］吴大保．公安机关共产党员如何保持先进性[J]．公安教育,2005(5)． ［责任编辑：曹明明］ S 医疗科技 320
