外源性神經(jīng)生長(zhǎng)因子促進(jìn)種植體骨整合的研究進(jìn)展

楊森程嬌綜述蔣練審校

(遵義醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院口腔頜面外科，貴州 遵義 563000)

神經(jīng)生長(zhǎng)因子(nerve growth factor，NGF)屬于神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(neurotrophic factor，NTF)，不僅能夠調(diào)控中樞和外周神經(jīng)元的生長(zhǎng)、發(fā)育及成熟，還能修復(fù)受損神經(jīng)。Eppley等在1991年使用外源性NGF修復(fù)兔下頜神經(jīng)缺損時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)NGF存在修復(fù)骨折潛能。次年便通過(guò)Onlay骨移植模型證明NGF具有促進(jìn)骨移植物骨量維持的能力[1]。種植體周圍骨再生是一個(gè)復(fù)雜而動(dòng)態(tài)的過(guò)程，涉及骨生理病理，但本質(zhì)上是骨折愈合反應(yīng)[2-3]。因此，在種植體骨整合領(lǐng)域中，外源性NGF的應(yīng)用價(jià)值不言而喻，本文就目前相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 外源性NGF的生物特性

外源性NGF多分離自小鼠頜下腺，是一種生物活性蛋白，共有α、β和γ三種不同類型的蛋白質(zhì)，各亞基間以非共價(jià)鍵結(jié)合形式形成α2βγ2，其分子量約為130 000，沉降系數(shù)為7 S。外源性NGF受體與內(nèi)源性NGF受體相同。受體分為兩類，一類是高親和力受體TrkA，由原癌基因酪氨酸激酶(TK)家族編碼，可通過(guò)結(jié)合NGF來(lái)加強(qiáng)細(xì)胞的分化能力與存活能力，以此來(lái)介導(dǎo)NGF的生物學(xué)效應(yīng)，屬于功能性受體。另一類是低親和力受體p75，腫瘤壞死因子受體(TNFR)超家族的成員，與NGF結(jié)合后的細(xì)胞學(xué)反應(yīng)不明顯，主要是作為一種副因子調(diào)節(jié)TrkA對(duì)NGF的反應(yīng)，放大TrkA與NGF的結(jié)合作用使二者在低濃度狀態(tài)下即可結(jié)合，同時(shí)對(duì)調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡和遷移作用顯著[4]。

2 外源性NGF促進(jìn)種植體骨整合的途徑

2.1促進(jìn)骨重建 骨整合是在相關(guān)因子的影響下種植體骨界面的成骨細(xì)胞(OB)與破骨細(xì)胞(OC)共同作用的改建過(guò)程。在成骨細(xì)胞中能夠檢測(cè)到NGF表達(dá)，補(bǔ)充外源性NGF可明顯增加成骨細(xì)胞活性并且直接參與修復(fù)骨創(chuàng)傷區(qū)域的損傷細(xì)胞[5-6]。外源性NGF可誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)成骨向轉(zhuǎn)化，同時(shí)，種植體周圍的血凝塊和分化的BMSCs本身又進(jìn)一步促進(jìn)了骨生長(zhǎng)因子及NGF在該位點(diǎn)的釋放[7]，從而使早期種植體骨體積分?jǐn)?shù)、種植體—骨接觸率及礦化沉積率達(dá)到最優(yōu)化。而B(niǎo)MSCs又可以轉(zhuǎn)分化為雪旺細(xì)胞表型，加速骨整合周圍神經(jīng)再生[8]。J.Y.Lee等[9]采用NGF供應(yīng)種植體，研究NGF對(duì)下牙槽神經(jīng)損傷的功能再生及其對(duì)骨整合的影響，證明NGF可以同時(shí)促進(jìn)骨再生和神經(jīng)再生。

2.2促進(jìn)神經(jīng)生成 L.S.Corpas等[10]研究發(fā)現(xiàn)種植體周圍新形成骨內(nèi)的哈弗氏系統(tǒng)中存在神經(jīng)纖維。王艷穎等[11]在組織學(xué)研究中也證明種植體周圍靠近種植體螺紋處的骨組織中存在有髓鞘和無(wú)髓鞘的神經(jīng)纖維，而后在動(dòng)物體內(nèi)進(jìn)行的電生理實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了種植體周圍存在感覺(jué)神經(jīng)反饋通路。雪旺細(xì)胞(Schwann Cell，SC)具有NGF受體，在神經(jīng)再生中引導(dǎo)軸突生長(zhǎng)的同時(shí)，又能合成分泌NGF和吸附分子，為神經(jīng)再生提供適宜的微環(huán)境。同時(shí)，髓鞘化SC能促使NGF和BDNF等因子的高表達(dá)；而非髓鞘化的SC則通過(guò)髓鞘化后促進(jìn)SC的增殖和遷移[12]。研究[13]證明在口腔種植體中局部添加外源性NGF，能夠促進(jìn)周圍神經(jīng)再生，明顯改善骨整合種植體的觸覺(jué)感知能力，即“骨感覺(jué)”。

2.3與神經(jīng)肽類物質(zhì)相互作用 降鈣素基因相關(guān)肽(CGRP)存在于絕大多數(shù)血管神經(jīng)纖維內(nèi)，被認(rèn)為是一種有效的微血管擴(kuò)張劑，能夠增強(qiáng)骨組織內(nèi)新生血管的長(zhǎng)入，是調(diào)節(jié)血管活動(dòng)重要的肽能神經(jīng)纖維[14]。并且通過(guò)軸突反向傳遞至感覺(jué)神經(jīng)末梢，促進(jìn)骨形成，抑制骨吸收。有研究[15]通過(guò)向人骨肉瘤細(xì)胞MG-63細(xì)胞中加載外源性NGF來(lái)檢測(cè)神經(jīng)肽的表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)外源性NGF能夠明顯上調(diào)MG-63細(xì)胞中CGRP的表達(dá)量，而MG-63細(xì)胞具有與成骨細(xì)胞高度一致的生物學(xué)行為，提示了外源性NGF促進(jìn)骨修復(fù)的機(jī)制之一可能是通過(guò)上調(diào)CGRP的表達(dá)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。J.Y.Lee等[9]證明了NGF能夠通過(guò)旁分泌方式刺激CGRP，促進(jìn)種植體周成骨細(xì)胞產(chǎn)生白介素-6和胰島素樣生長(zhǎng)因子-1，從而抑制破骨細(xì)胞骨吸收。

2.4促進(jìn)血管生成 血管內(nèi)皮細(xì)胞(ECs)在種植體骨整合中起著關(guān)鍵作用[16]。NGF具有血管生長(zhǎng)因子樣功能，在不同鈦表面皆能提高血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖和基因的表達(dá)，且能夠直接作用于神經(jīng)元起保護(hù)作用，從而促進(jìn)血管生長(zhǎng)，促進(jìn)種植體周圍的早期骨整合，并具有一定的抗炎作用[17]。血管生成是牙種植體骨整合和骨修復(fù)中的一個(gè)關(guān)鍵過(guò)程。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)作為最重要的血管生成因子之一，能顯著促進(jìn)鈦表面成骨細(xì)胞增殖和VEGF蛋白分泌[18]。有研究[16]通過(guò)NGF和VEGF共同處理內(nèi)皮細(xì)胞，然后分別作用于表面經(jīng)噴砂或拋光處理的鈦種植體上，發(fā)現(xiàn)兩者能夠協(xié)同促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖，顯著上調(diào)血管生成和骨愈合能力。這也在Keren的大鼠坐骨神經(jīng)缺損模型中得以證實(shí)。

3 外源性NGF促進(jìn)種植體骨整合的應(yīng)用方式

3.1局部注射 目前，外源性NGF的應(yīng)用途徑多為局部注射法，此給藥途徑直接、損傷小且能重復(fù)給藥。J.Zhang等[19]通過(guò)建立2型糖尿病大鼠脛骨鈦種植體模型，術(shù)后7 d給予大鼠肌內(nèi)注射外源性NGF(0.4 μg/d)，發(fā)現(xiàn)局部注射外源性NGF能有效避免糖尿病大鼠種植體周骨結(jié)合不良的發(fā)生。姚洋等[3]通過(guò)建立小鼠股骨鈦種植體模型，在種植術(shù)區(qū)皮下多次局部注射1.4 μg/mL外源性NGF后，發(fā)現(xiàn)種植體周圍早期骨膠原成熟度明顯提前。張艷等[17]建立比格犬前磨牙牙周炎模型，拔牙后即刻種植并在種植體周圍骨膜下頰、舌側(cè)注射外源性NGF(1.0 μg/d)，連續(xù)注射2周后，發(fā)現(xiàn)牙周炎種植手術(shù)中局部應(yīng)用外源性NGF同樣效果積極，不僅有效避免了牙周炎的不良影響，還能加速種植體周骨質(zhì)形成，提高種植體骨結(jié)合率。

3.2緩釋載體 應(yīng)用較多的緩釋載體有膠原類、聚乳酸羥基乙酸復(fù)合物(poly-lactic-co-gIycolic acid，PLGA)、殼聚糖類及微型滲透泵等，通過(guò)這些緩釋載體可以維持外源性NGF的生物活性并延長(zhǎng)作用時(shí)間。黃峰等[20]在犬下頜骨行即刻種植手術(shù)，并在術(shù)區(qū)制作5 mm×3 mm×5 mm骨缺損，模擬即刻種植骨缺損的骨整合過(guò)程。以吸收性明膠海綿(GS)為載體植入NGF-GS(含NGF 10 μg)。術(shù)后第4周種植體骨結(jié)合率顯著提高，證明在即刻種植的骨結(jié)合早期GS作為外源性NGF的緩釋載體，能夠輔助外源性NGF長(zhǎng)效作用于種植體周骨缺損區(qū)，促進(jìn)新生骨形成礦化，從而使種植體骨整合時(shí)間明顯縮短。PLGA和殼聚糖均具有無(wú)毒、可生物降解等良好生物相容性特征，多用作藥物載體。高琦等[21]通過(guò)使用PLGA和殼聚糖兩種高分子載體材料分別運(yùn)載外源性NGF，觀察比較二者對(duì)NGF的緩釋效能。結(jié)果顯示二者均可持續(xù)釋放NGF，但PLGA緩釋作用更優(yōu)，持續(xù)釋放時(shí)間更長(zhǎng)(7周)，可控性更佳，更利于種植體周圍神經(jīng)損傷的修復(fù)。J.Y.Lee等[9]在犬下牙槽神經(jīng)損傷種植模型中植入微型滲透泵，發(fā)現(xiàn)能夠精確控制外源性NGF釋放，從而達(dá)到有效促進(jìn)下牙槽神經(jīng)再生和種植體骨整合。

3.3新型種植體結(jié)構(gòu) J.Y.Lee等[22]在simpleline Ⅱ種植體(Dentium公司)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出一種內(nèi)部可加載緩釋載體的新型種植體，通過(guò)體外研究將NGF-肝素-纖維蛋白凝膠加載到新型種植體內(nèi)部，觀察不同時(shí)間的釋放量及其生物活性，發(fā)現(xiàn)NGF生物活性可持續(xù)14 d以上，并且種植體周圍神經(jīng)再生明顯。在其后續(xù)動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，成功建立犬下牙槽神經(jīng)橫斷-修復(fù)模型后，于橫斷部位上方植入加載外源性NGF的新型種植體，證明其能精確控制NGF的釋放[9]，從而加快骨愈合，縮短修復(fù)時(shí)間。也有研究[23]報(bào)道將種植體表面進(jìn)行噴砂、酸蝕、微氧化等處理后，浸潤(rùn)在NGF磷酸鹽過(guò)飽和液中獲得含NGF的蜂窩狀涂層，這種通過(guò)改變種植體表面涂層結(jié)構(gòu)來(lái)加載NGF，也能達(dá)到局部緩釋的目的，從而穩(wěn)定誘導(dǎo)種植體周神經(jīng)再生和新骨形成。國(guó)內(nèi)學(xué)者張鵬等[24]便通過(guò)將羥基磷灰石(hydroxyapatite,HA)和NGF相結(jié)合，制備出HA-NGF復(fù)合涂層應(yīng)用于鈦種植體表面，體外實(shí)驗(yàn)證明其具有明顯的NGF緩釋作用，能夠有效提高種植體周骨整合效率。

4 問(wèn)題及展望

種植體骨結(jié)合良好是牙種植手術(shù)成功的重要因素，種植體周圍神經(jīng)的存在，能促進(jìn)種植體本體感覺(jué)。適當(dāng)補(bǔ)充外源性NGF有利于種植體周骨愈合及周圍神經(jīng)的再生，縮短種植體骨整合時(shí)間，從而極大的提高了種植修復(fù)的成功率，減少缺牙時(shí)間。目前，通過(guò)局部注射、緩釋載體和制作新型種植體結(jié)構(gòu)來(lái)加載外源性NGF，已成為當(dāng)下促進(jìn)種植體骨整合的新方法。雖然目前仍處于體外和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，但外源性NGF作為已通過(guò)美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局臨床認(rèn)證的生長(zhǎng)因子，后期的臨床應(yīng)用前景非?？捎^。

近年來(lái)，慢病毒載體在基因治療、功能基因組學(xué)和生物學(xué)研究等方面也引起了廣泛的關(guān)注，但NGF基因轉(zhuǎn)染在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用仍需實(shí)踐，且存在諸多待解決問(wèn)題，如病毒轉(zhuǎn)染的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，構(gòu)建一個(gè)安全高效的靶基因表達(dá)載體系統(tǒng)成為該領(lǐng)域的重要一步。