骨形态发生蛋白基因在骨组织工程领域的研究进展

运用基因增强的组织工程学技术修复骨缺损具有广阔的临床应用前景,骨形态发生蛋白基因是目前骨组织工程研究最重要的目的基因。如何选择合适类型的骨形态发生蛋白基因、基因转染载体、靶细胞、转染途径以及在缺损局部持续高效表达出具有生物活性的骨形态发生蛋白是目前亟待解决的关键问题。对以上各方面的最新进展进行了综述,并对今后的发展方向进行了展望。     

骨形态发生蛋白2和7共转染骨髓间充质干细胞的成骨分化

背景：骨形态发生蛋白最主要的作用是诱导骨形成,但因提取困难、代谢速度快、难以准确控制其使用浓度、价格昂贵等限制了其在体外和体内相关研究中的应用。 目的：构建含特异细胞生长因子基因骨形态发生蛋白2,7的腺病毒载体,观察骨形态发生蛋白2和骨形态发生蛋白7基因共转染对兔骨髓间充质干细胞成骨分化的促进作用。 方法：将全骨髓贴壁法分离得到兔骨髓间充质干细胞传至第3代,分为5组,空白组和常规诱导组分别以常规培养基和成骨诱导分化培养基培养;骨形态发生蛋白2, 7腺病毒转染组：分别单独以骨形态发生蛋白2、骨形态发生蛋白7腺病毒进行转染;联合转染组：以2种骨形态发生蛋白腺病毒联合转染。 结果与结论：转染第7天,联合转染组成骨相关基因Runx-2、Osx、Ⅰ型胶原和碱性磷酸酶mRNA表达均较其他各组增高(P < 0.05);骨形态发生蛋白2,7腺病毒转染组上述指标较空白组和常规诱导组增高(P < 0.05)。转染第14天,联合转染组4个指标均较其他各组明显增高(P < 0.05);同时,4个指标表达均高于第7天(P < 0.05)。病毒转染后第7天,联合转染组Ⅰ型胶原和骨钙素蛋白表达均较其他组明显增高(P < 0.05)。提示对骨髓间充质干细胞进行骨形态发生蛋白2腺病毒和骨形态发生蛋白7腺病毒共转染后,较单基因转染和成骨诱导液诱导更能促进成骨相关基因和蛋白的表达。     

腺病毒介导骨形态发生蛋白2诱导兔骨髓间充质干细胞的成骨分化

背景:天然骨形态发生蛋白2在体内无法实现缓释、持续诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化,如何获得内源性骨形态发生蛋白2蛋白是目前研究的热点.目的:探讨腺病毒介导人骨形态发生蛋白2转染兔骨髓间充质干细胞的成骨分化能力及其可能机制.方法:采用腺病毒介导人骨形态发生蛋白2基因转染第3代兔骨髓间充质干细胞,转染后48 h采用qR...     

转化生长因子β3和骨形态发生蛋白2基因共转染骨髓干细胞

背景：骨形态发生蛋白2及转化生长因子β是骨再生中重要的因子,提高其表达可促进骨髓间充质干细胞的成骨分化。 目的：构建携带转化生长因子β3和骨形态发生蛋白2基因的慢病毒载体,观察其在骨髓间充质干细胞中的表达情况。 方法：应用重组慢病毒技术构建同时携带转化生长因子β3、骨形态发生蛋白2和绿色荧光蛋白基因的重组慢病毒表达载体,并用其转染体外培养的第3代兔骨髓间充质干细胞,以转染携带转化生长因子β3或骨形态发生蛋白2单一基因的慢病毒或单独慢病毒的骨髓间充质干细胞作为对照。转染后1周分别提取各组细胞的总RNA和蛋白进行检测。 结果与结论：荧光显微镜下见转染转化生长因子β3和(或)骨形态发生蛋白2基因3 d的骨髓间充质干细胞发绿色荧光,转染效率达90%以上。RT-PCR和Western blot结果显示,转染转化生长因子β3和骨形态发生蛋白2基因的骨髓间充质干细胞转化生长因子β3和骨形态发生蛋白2 mRNA和蛋白的表达均高于单一基因转染组及空白对照组。可见应用慢病毒可成功将转化生长因子β3和骨形态发生蛋白2基因转染至骨髓间充质干细胞并实现其高效表达,且两种基因具有协同促表达作用。     

重组pcDNA3.1-hBMP-2转染兔脂肪干细胞体外诱导的成骨分化

背景：骨形态发生蛋白2具有很强的诱导干细胞成骨活性。 目的：构建人骨形态发生蛋白2基因真核表达载体,探讨其转染脂肪干细胞后的成骨效果。 方法：通过噬菌斑原位杂交筛选人混合细胞cDNA文库获得人骨形态发生蛋白2基因,与真核表达载体pcDNA3.1-连接,构建重组质粒pcDNA3.1-hBMP-2。利用脂质体Lipofectamine™ 2000分别介导人骨形态发生蛋白2 基因、EGFP基因转染第4代脂肪干细胞,并经G418进行筛选。 结果与结论：酶切鉴定及DNA测序结果证实重组质粒pcDNA3.1-hBMP-2构建成功。经计算脂质体介导的脂肪干细胞瞬时转染率为(18.0±0.42)%,并经过G418筛选后获得了稳定转染的细胞。细胞生长曲线表明转染后对脂肪干细胞生长、增殖无明显影响。ELISA检测发现人骨形态发生蛋白2组的人骨形态发生蛋白2因子表达量均高于EGFP组及未转染组,且能够稳定表达。经人骨形态发生蛋白2基因转染的脂肪干细胞的Ⅰ型胶原含量、碱性磷酸酶活性以及钙结节数目均比EGFP组及未转染组有明显升高。     

骨形态发生蛋白7腺病毒基因转染对骨髓基质干细胞生物学功能的影响

背景：基因转染技术正积极地应用于组织再生治疗之中,研究表明骨形态发生蛋白7具有骨诱导特性,可以有效促进成骨细胞的发育以及新骨的形成。 目的：探讨骨形态发生蛋白7腺病毒基因转染对骨髓基质干细胞生物学功能的影响。 方法：分离、培养羊骨髓基质干细胞,利用重组骨形态发生蛋白7腺病毒(adenovirus bone morphogenetic protein 7,Adeno-BMP7)对第2代骨髓基质干细胞进行基因转染,透射电镜观察转染后细胞超微结构。流式细胞仪检测转染后的细胞周期,Western blot检测骨形态发生蛋白7的表达,Von Kossa染色观察钙结节形态情况。取转染后第3天及相应未转染的骨髓基质干细胞制备珊瑚-细胞复合物,于裸鼠脊柱两侧背部皮下注射4周和8周后进行大体观察和组织学检测。 结果与结论：体外细胞超微结构观察可见Adeno-BMP7基因转染骨髓基质干细胞存在活跃的物质合成代谢;流式细胞仪检测发现转染不会对骨髓基质干细胞的细胞周期产生明显影响;Western blot检测转染后的骨髓基质干细胞存在骨形态发生蛋白7蛋白的表达;Von Kossa染色可见转染Adeno-BMP7后的骨髓基质干细胞形成较大的钙结节。经裸鼠皮下回植实验发现,Adeno-BMP7转染后骨髓基质干细胞的成骨能力和成骨质量明显提高。以上结果表明经Adeno-BMP7转染可以有效促进骨髓基质干细胞成骨分化。中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞;骨髓干细胞;造血干细胞;脂肪干细胞;肿瘤干细胞;胚胎干细胞;脐带脐血干细胞;干细胞诱导;干细胞分化;组织工程全文链接：     

慢病毒介导骨形态发生蛋白2基因转染大鼠骨髓内皮祖细胞

背景：基因治疗已成为疾病治疗的新趋势,为某些难治性疾病带来了曙光,合适的细胞、基因及载体的选择是治疗的关键。 目的：探讨慢病毒介导骨形态发生蛋白2基因转染大鼠骨髓内皮祖细胞应用于基因治疗的有效性和可行性。 方法：从SD大鼠骨髓分离、培养、鉴定内皮祖细胞,采用构建的慢病毒载体(LV)将空载体(LV-eGFP)或骨形态发生蛋白2基因(LV-eGFP-BMP2)转染至内皮祖细胞,通过eGFP荧光检测转染效率。ELISA法检测上清液中骨形态发生蛋白2蛋白的分泌,Western blot法检测细胞骨形态发生蛋白2蛋白的表达,比较转染后细胞的迁移、增殖和抗凋亡能力。 结果与结论：慢病毒介导骨形态发生蛋白2载体的转染效率可达90%。与正常内皮祖细胞、转染空载体内皮祖细胞比较,转染骨形态发生蛋白2基因的内皮祖细胞分泌和表达骨形态发生蛋白2蛋白增加(P < 0.01),迁移和增殖能力无明显改变(P > 0.05),肿瘤坏死因子α损伤后的细胞凋亡率明显降低(P < 0.05)。结果表明慢病毒介导骨形态发生蛋白2载体可成功转染内皮祖细胞,转染后可增加内皮祖细胞分泌和表达骨形态发生蛋白2蛋白,增强对炎性损伤的抗凋亡能力,对迁移能力和增殖活性无明显影响。中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞;骨髓干细胞;造血干细胞;脂肪干细胞;肿瘤干细胞;胚胎干细胞;脐带脐血干细胞;干细胞诱导;干细胞分化;组织工程全文链接：     

骨形态发生蛋白2基因转染犬牙髓细胞

背景：研究发现骨形态发生蛋白2具有诱导间充质细胞向成骨细胞表型分化以及诱导新骨及修复性牙本质形成的能力。 目的：通过对细胞超微结构的分析,探讨骨形态发生蛋白2基因转染的犬牙髓细胞,向成牙本质细胞转化的过程。 方法：将培养的性状稳定的第4代犬牙髓细胞分为3组：基因转染组转染pEGFP-N1-BMP-2基因,空白载体转染组转染EGFP-N1空白荧光载体,未转染组不转染。 结果与结论：成功构建pEGFP-N1-BMP-2真核表达质粒,并成功将其转染犬牙髓细胞, pEGFP-N1-BMP-2质粒转染促进犬牙髓细胞分泌骨形态发生蛋白2。pEGFP-N1-BMP-2质粒转染有促进牙髓细胞碱性磷酸酶活性的作用。透射电镜观察结果显示：转染后的犬牙髓细胞具有成牙本质细胞的形态特点。说明pEGFP-N1-BMP-2 真核表达质粒转染后的牙髓细胞,具有成牙本质细胞的特征。     

腺病毒介导的人骨形态发生蛋白2基因转染骨髓间充质干细胞

背景：骨髓间充质干细胞作为骨、软骨创伤缺损及退变修复的种子细胞越来越受到关注。 目的：分析人骨形态发生蛋白2基因转染对白色封闭群大鼠(SD大鼠)骨髓间充质干细胞的影响。 方法：分离纯化SD大鼠骨髓间充质干细胞并体外扩增,通过腺病毒载体介导人骨形态发生蛋白2基因转染骨髓间充质干细胞,分别通过荧光显微镜观察荧光表达情况及蛋白质水平来测定转染后人骨形态发生蛋白2的表达,碱性磷酸酶定量测定鉴定成骨活性及MTT法评估人骨形态发生蛋白2转染对骨髓间充质干细胞的影响。 结果与结论：从SD大鼠骨髓提取物中分离培养的细胞形态为梭形,呈铺路石状、漩涡状生长,经流式细胞仪检测及多项分化能力鉴定符合骨髓间充质干细胞的特征;经转染人骨形态发生蛋白2基因后,骨髓间充质干细胞表达人骨形态发生蛋白2、碱性磷酸酶;MTT法检测转染人骨形态发生蛋白2基因后,骨髓间充质干细胞增殖能力明显增强(P < 0.05)。说明人骨形态发生蛋白2基因转染骨髓间充质干细胞后可以持续、高效表达人骨形态发生蛋白2和碱性磷酸酶,在体外明显促进骨髓间充质干细胞的增殖。     

骨形态发生蛋白2，7治疗骨不连的效果评价

文题释义：骨形态发生蛋白：具有成骨活性,可通过不同的信号通路促进骨髓间充质干细胞的成骨分化。 骨不连：骨损伤和骨折后超过9个月,连续超过3个月观察未见进一步愈合的倾向。 背景：自体骨移植辅以坚强固定被认为是治疗骨不连的金标准,目前临床上使用骨形态发生蛋白2,7对骨不连进行治疗的案例较多。 目的：从基因水平描述骨形态发生蛋白的成骨通路,对临床上骨形态发生蛋白治疗骨不连的案例进行分析,同时对比骨形态发生蛋白2,7对骨不连的治疗效果,并对二者效果进行评价及分析。方法：由第一作者用计算机检索中国期刊全文数据库、万方数据库和PubMed数据库,中文检索词为“骨形态发生蛋白、骨不连、信号通路、外固定架、内固定、植骨、感染性骨不连、骨缺损、成骨细胞、骨分化”,英文检索词为“BMP,nonunion,pathway,External fixator,ORIF,bone graft,infected nonunion,bone defect,osteoblast,osteoporosis”,最终纳入文献59篇。 结果与结论：①通过对文献的分析,认为骨形态发生蛋白的基因水平通路可以为其临床应用提供治疗思路;②在对于骨不连的治疗上,骨形态发生蛋白2,7是有效的,但目前缺乏使用骨形态发生蛋白治疗骨不连的规范及标准,例如使用量及适应证;③从总体治疗效果及对感染性骨不连的治疗效果两方面,对比骨形态发生蛋白2,7,认为骨形态发生蛋白2的效果优于骨形态发生蛋白7,尤其是在感染性骨不连的治疗中。 ORCID: 0000-0002-6610-7252(从凯) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程     

骨移植体及骨移植替代物在体内的血管化

探讨了骨移植体及骨移植替代物在体内血管化的机理、意义及过程,以更好地促进骨缺损移植修复的效果.通过对近期有关文献所作相关研究的综述,总结出各类骨移植体及骨移植替代物体内血管化的特点及影响因素.骨移植体及骨移植替代物体内血管化过程是移植手段能够奏效的重要保障.组织工程化人工骨作为一种日益重要的骨移植替代物,进一步提高其在体内的血管化进程,是更好发挥其生命活力的关键.     

Total and regional bone mineral content in relation to menopause

Total body bone mineral content (TBBM) and anatomical region bone mineral content (head, trunk and extremities) were measured using dual-energy X-ray absorptiometry in 188 women aged 60 ± 6 years, of whom 154 were normal and 34 were osteoporotic. Of the 154 normal subjects, 90 were premenopausal (40 aged 44 ± 3 years and 50 aged 34 ± 8 years), the remaining 64 being postmenopausal and aged 58 ± 7 years. There were no TBBM or regional changes in the premenopausal women, whereas there was a significant reduction in bone mineral content in the postmenopausal as compared with the premenopausal women in all regions. The osteoporotic subjects showed a general decrease (P < 0.001) in all measurements which was more marked in the trunk. The rate of TBBM reduction was 16% in the normal postmenopausal women and 29% in the osteoporotic subjects. All the postmenopausal women (both normal and osteoporotic) showed lower TBBM values than those in the Wisconsin trial, similar results being obtained in the case of the premenopausal group. Such differences can only be explained by hardship experienced by these now postmenopausal women during their childhood and adolescence.     

骨形成蛋白介导的基因治疗研究进展

基因治疗是指通过导入基因的功能片段改善机体生理状况或者治疗疾病.利用基因治疗可在骨缺损或骨折局部释放骨形成蛋白（bone morphogenetic proteins,BMP）,并且无需异体载体,方法包括体内法和离体法.BMP基因治疗可以促进骨和软骨形成、脊柱融合、颌面骨和牙齿修复、肌腱韧带形成,此外对椎间盘退变性疾病也可采用BMP基因治疗.总之BMP基因治疗方法经济有效,是有前景的治疗手段.     

异体骨基质联合重组人骨形成蛋白2与红骨髓修复兔骨缺损

目的：采用NaOH消蚀脱细胞制备异体骨基质(BMM)，观察其与重组人骨形成蛋白2(rhBMP)2及自体红骨髓(ARM)联合移植的成骨效果，为该材料应用提供实验依据。方法：用6％NaOH消蚀兔皮质骨。将支架、rhBMP2及ARM组合分组，移植修复兔桡骨节段性骨缺损，定期X线、组织学及生物力学检测，观察成骨效果。结果：(1)支架几乎未见细胞成分，骨基质一胶原纤维及骨盐结构无改变，无明显排异反应。(2)BMM／rhBMP2／ARM共同移植，修复效果优于其它组，应用ARM组有早期修复现象。结论：采用NaOH消蚀法制作的骨基质支架，可用于骨组织工程；ARM促进早期成骨，与rhBMP2联合应用，可有效修复骨缺损。     

兔骨髓基质细胞诱导成骨细胞复合同种异体生物衍生骨实验研究

目的探讨体外培养的骨髓基质细胞与自体来源的生物衍生骨复合后的生长特性，为进一步研究骨髓基质细胞作为种子细胞，以及探索一种良好的支架材料提供实验依据。方法分离纯化兔骨髓基质细胞并诱导成成骨细胞后与同种异体来源的生物衍生骨复合后体外培养，并在相差显微镜和扫描电镜下观察其生长情况。结果骨髓基质细胞在生物衍生骨上贴附生长、增殖良好。结论骨髓基质细胞可作为骨组织工程的理想种子细胞，与生物衍生骨复合后可作为骨组织工程的载体。     

Absence of mechanical loading in utero influences bone mass and architecture but not innervation in Myod-Myf5-deficient mice

Although the responses of bone to increased loading or exercise have been studied in detail, our understanding of the effects of decreased usage of the skeleton has been limited by the scarcity of suitable models. Such models should ideally not affect bone innervation, which appears to be a mediator of physiological responses of bone to unloading. MyoD-/-/Myf5-/- (dd/ff) mice lack skeletal muscle, so the fetuses develop without any active movement in utero and die soon after birth. We used micro-compter tomography and histology to analyse their bone development and structure during endochondral ossification in parallel with the establishment of bone innervation. Long bones from mutant mice were found to be profoundly different from controls, with shorter mineralized zones and less mineralization. They lacked many characteristics of adult bones - curvatures, changes in shaft diameter and traction epiphyses where muscles originate or insert - that were evident in the controls. Histologically, dd/ff mice showed the same degree of endochondral development as wild-type animals, but presented many more osteoclasts in the newly layed bone. Innervation and the expression pattern of semaphorin-3A signalling molecules were not disturbed in the mutants. Overall, we have found no evidence for a major defect of development in dd/ff mice, and specifically no alteration or delay in endochondral ossification and bone innervation. The altered morphological features of dd/ff mice and the increased bone resorption show the role of muscle activity in bone shaping and the consequences of bone unloading.     

Asymmetric and symmetric long bone bowing in two sibs: An apparently new bone dysplasia

We describe 2 sibs, one with congenital asymmetric long bone bowing and one with congenital symmetric long bone bowing. Other bony abnormalities in these sibs include beaten metal appearance of the skull, dolichomacrocephaly, ocular hypertelorism, and anterior beaking and bone-within-bone appearance of vertebrae. A differential diagnosis including campomelic dysplasia, kyphomelic dysplasia, hypophosphatasia, Grant syndrome, and osteogenesis imperfecta, and a discussion of potential mechanisms of long bone bowing are presented. The condition that these sibs have shares some characteristics of the above bone disorders, but appears to be a separate entity which to our knowledge has not been described previously. © 1993 Wiley-Liss, Inc.     

长链非编码RNAs调控骨稳态研究进展

骨形成和骨吸收是骨稳态维持的两个重要过程,骨稳态失衡可导致多种骨代谢疾病的发生。长链非编码RNAs(lncRNAs)是一类几乎不具有编码功能的RNAs,在调节基因表达、生命发育及疾病发生发展中起重要调控作用。在骨代谢疾病中多种lncRNAs表达异常,lncRNAs通过调节成软骨分化、成骨分化和骨基质矿化过程,调控骨的形成。并通过影响破骨细胞的分化和成熟,参与骨吸收过程的调节。     

多代连续饮用四种饮水的雌性大鼠骨生物力学性能和骨代谢水平的比较

目的观察雌性SD大鼠多代连续单纯饮用自来水、纯净水、矿物质水和天然水,对其骨质密度、骨生物力学性能及骨代谢的影响。方法取前期实验暴露于四种饮水条件下的F2代断乳健康雌性SD大鼠,各组30只,饮用与F1代相同饮水,除饮水外其他条件完全相同。饲养10个月后处死,腹主动脉取血并分离血清检测大鼠骨碱性磷酸酶（BALP）、骨钙素（BGP）、血清I型前胶原羧基端前肽（PICP）、I型胶原交联羧基末端肽（ICTP）,同时取右侧股骨,进行骨密度和骨生物力学检测。结果血清中BGP含量天然水组高于自来水组（P〈0.05）;PICP含量纯净水组和天然水组低于自来水组（P〈0.01）;ICTP含量天然水组低于自来水组（P〈0.01）。拉伸试验显示：自来水组大鼠股骨最大桡度高于天然水组、矿物质水组和纯净水组（P〈0.01）;自来水组弹性桡度高于天然水组（P〈0.01）和矿物质水组（P〈0.05）。自来水组大鼠股骨最大应变高于天然水组、矿物质水组和纯净水组（P〈0.01）;断裂应变自来水组高于矿物质水组和天然水组（P〈0.01）。杨氏模量自来水组低于天然水组（P〈0.05）。结论长期饮用不同水质的水,可能对大鼠骨骼的生长发育会造成一定的影响。