骨形态发生蛋白最新探究和应用

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1、骨形态发生蛋白最新探究和应用　　摘要：骨形态发生蛋白的成功提纯及相关提取方法的制定，对骨形成诱导学说形成了有利的证明。作为一类功能特殊的细胞因子，不但在形成造血细胞、肢体发育、动物繁殖性状不可或缺，而且在异位诱导成骨中很重要。本文主要对骨形态发生蛋白的发现及生化特性、生物学功能、信息传导机制及诱导成骨机制及其与PVP的联合用药等方面进行了分析。关键词：骨形态发生蛋白；研究；应用骨形态发生蛋白又名骨形成蛋白，简称BMP，属于酸性多肽，能够诱导形成软骨及骨的形成。如今，伴随生物学基因工程及分子技术水平的不断提高，人们逐步加深了对于BMP结构、特性方面的认识。到目前为止

2、，已经为研究者所发现的BMP成员约20个，并以BMP1-20来进行表示。1BMP的发现与生化特性简介6早在1965年，Urist通过向肌肉内注入脱钙骨基质明胶，发现肌肉间的充质细胞能够转化成为骨系细胞，从而最早发现异位诱导成骨的现象。他提出，脱钙骨当中极有可能存在这样一种诱导因子，能够促使游动充质细胞向不可逆性骨系细胞的转化，以在骨骼（骨骼外）诱导产生骨组织或软骨。后来经过实验证实，此种诱导因子为骨形态发生蛋白（BMP）。BMP由10多种氨基酸组成，是分子量为18000的疏水性酸性糖蛋白。其稳定特性为，稳定于酸性条件，在酸碱度为7.2的溶液中存在一定程度的溶解，并

3、在酸碱度超过8.5的环境下完全失去活性。研究者通过对BMP分析得出[1]，由于其羧基端中拥有7个高度保守半胱氨酸，因此是转化生长因子超家族中增加最快的成员之一。BMP具有较高的同源性，可分为4个亚群（BMP2-4；BMP5-7；BMP及12-14；BMP3b）。在人类，及牛、羊、猪、鼠的胚胎、肾脾脏、骨及血细胞等中都有广泛的分布。同时，基于BMP较低的免疫原性，其免疫排斥反应较小。2BMP的分子生物学研究2.1BMP的分子生物学分析6目前，科学研究人员已经从骨细胞的培养液中以及骨基质内分离出了许多种骨生长因子，主要包括骨生长因子（SGT）、酸性和碱性纤维生长因子（

4、aFGF和bFGF）、胰岛素样生长因子-Ⅰ、Ⅱ（IGF-Ⅰ、Ⅱ）以及骨生长因子（BMP）等等。在这众多的生长因子之中，最受关注并且被研究最多的是BMP，因为其有很强的骨诱导能力。从分子学上来看，BMP是由一个二硫化物键以及两个单体结合而成的一种二聚体分子，属于酸性糖蛋白的一种，具有很强的扩散性并且富含谷氨酸，同时还与羟基磷灰石有着较高的亲和力，这也是其能在骨修复中起到重大作用的根本原因。2.2BMP的生物学功能分析作为转化生长因子超家族的一员，BMP在对促进机体软骨、骨形成和发展中不可或缺的同时，也控制着胚胎、器官及神经系统的形成，肢体发育等方面。在组成氨基酸数量

5、、染色体定位、成骨活性的诱导等方面，BMP各成员有着不同的表现。根据相关研究可以发现[2]，BMP2的过量表达能够使骨骼畸形发育；BMP4中基因的不完整可能使动物胚胎早起畸形发育甚至死亡，另外，BMP4的过量表达能够对指数量和细胞凋亡产生影响。BMP7的基因不完整，会妨碍小鼠器官等正常形成，使骨化迟缓，诱导早起死亡。BMP11的基因会影响胚胎前后轴发育，与胚层组织形成关系密切。BMP15的基因在动物卵原细胞的正常发育调控中具有重要作用，且与绵羊卵巢表达有一定联系。3BMP的成骨作用及其临床应用分析3.1BMP的诱导骨形成原理分析6大量的研究人士在对BMP实施了生物

6、活性分析之后，才发现首先是骨组织中间充质细胞发生化学聚集，然后才会形成骨及软骨，最后形成骨髓。因此，我们认为BMP的靶细胞才是一种具有很大成骨潜能的、未经分化的间充质细胞。而现在的研究也表明了，无论是胚胎期还是在成年期，所有的骨组织细胞都来源于一种未经分化的间充质细胞，并且不仅是软骨组织、成纤维细胞、成骨组织细胞，甚至于肌细胞、脂肪细胞等也是由未经分化的间充质细胞衍生形成的。现有的研究证明，成骨细胞的分化是以两个阶段来完成的，首先是由未经分化的间充质细胞分化成为了成骨细胞的前体细胞；然后，再由成骨细胞的前体细胞转化成为成熟的成骨细胞。因此，我们认为BMP的骨诱导作

7、用主要是完成了对未经分化的间充质细胞转化会成骨细胞时的诱导，最终是由成骨细胞而产生新骨组织的。3.2BMP的信息传导机制通过苏氨酸或丝氨酸的激酶受体机制，BMP的生理作用才得以正常发挥。相关研究表明，BMP作用方式如下，首先，Ⅱ型、Ⅰ受体依次分别与BMP结合，其中Ⅰ、Ⅱ两种受体是信息传到的重要部分。单纯的Ⅰ、Ⅱ受体与BMP的结合力，相比于其复合受体与BMP的结合力较弱。其次，BMP信号在苏氨酸或丝氨酸激酶受体上起作用，能够生成异聚复合物。同时，Ⅰ型受体被Ⅱ型受体磷酸化。最后，Ⅰ型受体同其磷酸化结构Smad蛋白相互结合，充当细胞中第二信使。另外，在BMP行使信息传导

8、过程中，不