血管化鹿茸軟骨組織與骨組織修復(fù)

1、www.CRTER.org付晶，等. 血管化鹿茸軟骨組織與骨組織修復(fù)血管化鹿茸軟骨組織與骨組織修復(fù)付 晶1，褚文輝2，孫紅梅2，李春義2，馬麗娟3(1吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)中藥材學(xué)院，吉林省長(zhǎng)春市 130000；2中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所，吉林省長(zhǎng)春市 130000；3吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，吉林省吉林市 132000)引用本文：付晶，褚文輝，孫紅梅，李春義，馬麗娟. 血管化鹿茸軟骨組織與骨組織修復(fù)J.中國(guó)組織工程研究，2016，20(46): 6970-6977.DOI: 10.3969/j.issn.2095-4344.2016.46.018 ORCID: 0000-0002-2190-0265(馬麗娟)

2、文章快速閱讀：鹿茸血管化軟骨組織付晶，女，1992年生，吉林省吉林市人，漢族，吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)中藥材學(xué)院在讀碩士，主要從事特種經(jīng)濟(jì)動(dòng)物飼養(yǎng)方面的研究。通訊作者：馬麗娟，碩士生導(dǎo)師，吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，吉林省吉林市132000中圖分類號(hào):R318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):2095-4344(2016)46-06970-08稿件接受：2016-09-14鹿茸軟骨內(nèi)含有豐富的血管，是一種非常特殊的軟骨組織，它可以在自然條件下自我修復(fù)再生，并且速度驚人。鹿茸可為研究哺乳動(dòng)物軟骨組織快速生長(zhǎng)及血管化提供一個(gè)良好的模型。文題釋義：鹿茸：鹿茸是惟一一個(gè)可以完全周期性再生的哺乳動(dòng)物器官。軟骨是機(jī)體內(nèi)特殊的一種組織，這

3、種組織只含單一細(xì)胞(即軟骨細(xì)胞)，并且沒有血管分布。而鹿茸軟骨內(nèi)含有豐富的血管，是一種非常特殊的軟骨組織，它可以在自然條件下自我修復(fù)再生，并且速度驚人。骨組織工程：主要有3個(gè)重要因素，包括種子細(xì)胞、生長(zhǎng)因子和生物載體支架，其中以種子細(xì)胞和支架材料在修復(fù)骨缺損中取得了一定的成功，但僅限于無血管的小范圍缺損修復(fù)，對(duì)于哺乳動(dòng)物來說，較大范圍的軟骨缺損由于缺乏充足的血液提供，組織工程材料在體內(nèi)不能很快的與機(jī)體建立起良好有效的血液循環(huán)，導(dǎo)致成骨效果不穩(wěn)定，進(jìn)而發(fā)生壞死現(xiàn)象。血管不僅能向組織供給充沛的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，還能將組織修復(fù)所需的種子運(yùn)輸?shù)綋p傷部位，因此，血管生成是決定骨組織工程成功與否的一個(gè)重要因素。摘

4、要背景：鹿茸是惟一可以周期性再生的哺乳動(dòng)物類器官，其軟骨組織內(nèi)富含血管。研究鹿茸血管化的軟骨，對(duì)于揭開鹿茸獨(dú)特的生物學(xué)特性以及對(duì)骨組織修復(fù)和再生醫(yī)學(xué)有重要的意義。目的：綜述鹿茸軟骨組織中血管的分布、鹿茸中血管的發(fā)生過程及機(jī)制探索、影響鹿茸血管生成的細(xì)胞因子，分析鹿茸模型對(duì)于骨組織工程的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，為組織工程中骨組織的修復(fù)提供醫(yī)學(xué)參考。方法：檢索PubMed與CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)。在PubMed中的檢索詞為deer antler，Bone tissue engineering，vascularized cartilage；在CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)中的檢索詞為鹿茸，骨組織工程，鹿茸血管化軟骨。納入涉及鹿茸組織學(xué)與

5、形態(tài)學(xué)、鹿茸軟骨、血管化軟骨以及骨組織工程研究的相關(guān)文章，排除與內(nèi)容無關(guān)和重復(fù)文章。結(jié)果與結(jié)論：通過初檢與篩選共納入51篇文獻(xiàn)；鹿茸是一種可以周期性再生的軟骨/骨組織，與關(guān)節(jié)軟骨不同鹿茸的軟骨組織內(nèi)含有豐富的血管，且生長(zhǎng)速度極快可達(dá)2.7 cm/d；目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對(duì)鹿茸軟骨組織的血管化進(jìn)行了初步研究，并取得了一定的研究成果。通過探討鹿茸軟骨組織中血管的分布，鹿茸中血管的發(fā)生過程與機(jī)制，以及影響鹿茸血管生成的細(xì)胞因子，分析鹿茸模型對(duì)于骨組織工程的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，對(duì)利用鹿茸軟骨組織血管化機(jī)制在臨床上進(jìn)行工程軟骨血管化提供參考。關(guān)鍵詞：組織構(gòu)建；骨組織工程；鹿茸；血管；血管化；細(xì)胞因子；軟骨組織；骨修

6、復(fù)；綜述；吉林省自然科學(xué)基金主題詞：新生血管化，生理性；細(xì)胞因子類；軟骨；組織工程基金資助：吉林省自然科學(xué)基金(20140101139JC)6971 P.O.Box 1200,Shenyang 110004 kf23385083Vascularized antler cartilage and bone tissue repairFu Jing1, Chu Wen-hui2, Sun Hong-mei2, Li Chun-yi2, Ma Li-juan3 (1Medicinal Materials College of Jilin Agricultural University, Changc

7、hun 130000, Jilin Province, China; 2Institute of Special Animal and Plant Sciences of CAAS, Changchun 130000, Jilin Province, China; 3Jinlin Agricultural Science and Technology University, Jilin 132000, Jilin Province, China)AbstractBACKGROUND: Deer antlers are the only known mammalian organ that ca

8、n regenerate periodically, and its cartilage is rich in blood vessels. Study on deer antler vascularized cartilage can uncover the antler biological characteristics and is of vital significance for bone repair and regenerative medicine.OBJECTIVE: To review the distribution of blood vessels in antler

9、 cartilage tissue, the generating process and mechanism of blood vessels, cytokines influncing angiogenesis, and to analyze the features of deer antler models in bone tissue engineering, providing medical reference for bone repair.METHODS: A computer-based online search of PubMed and CNKI databases

10、was performed using the keywords of “deer antler, bone tissue engineering, vascularized cartilage” in English and Chinese, respectively. Articles concerning antler histology, morphology, antler cartilage and vascularized cartilage and bone tissue engineering were enrolled and repetitive studies and

11、irrelevant articles were excluded. RESULTS AND CONCLUSION: Fifty-one eligible articles were selected finally. Deer antler is a kind of periodic regenerative bone, and antler cartilage is different from normal cartilage that is rich in blood vessels with the growth speed of 2.7 cm/day. Scholars have

12、studied the vascularization of antler cartilage tissue, and obtained some achievements. Exploring the distribution of antler blood vessels in cartilage tissue, the generating process and mechanism of antler blood vessels, the cytokines acting on antler angiogenesis, as well as analyzing the advantag

13、es of deer antler model for bone tissue engineering provide a reference for tissue-engineered cartilage vascularization.Subject headings: Neovascularization, Physiologic; Cytokines; Cartilage; Tissue EngineeringFunding: the Natural Science Foundation of Jilin Province, No. 20140101139JCCite this art

14、icle: Fu J, Chu WH, Sun HM, Li CY, Ma LJ. Vascularized antler cartilage and bone tissue repair. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2016;20(46):6970-6977.6971ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH0 引言 Introduction Fu Jing, Studying for masters degree, Medicinal Materials College of Jilin Agricultura

15、l University, Changchun 130000, Jilin Province, ChinaCorresponding author: Ma Li-juan, Masters supervisor, Jinlin Agricultural Science and Technology University, Jilin 132000, Jilin Province, China目前在國(guó)內(nèi)由于創(chuàng)傷和各種疾病引起的骨缺損的患者數(shù)在逐年遞增。骨組織自身的修復(fù)能力差，由于交通事故，意外傷害及疾病等原因造成骨質(zhì)缺損后，原有的骨組織內(nèi)形成較大間隙，尤其是大段骨組織缺損后，機(jī)體自身往往無法修復(fù)

16、，或者僅能形成有限的修復(fù)，嚴(yán)重的需要截肢給病人和社會(huì)帶來極大的負(fù)擔(dān)和不便。早期采用自體或異體骨移植等傳統(tǒng)的修復(fù)方法治療骨缺損，這些方法不僅對(duì)機(jī)體有較大的損傷且效果并不理想；之后利用人工合成骨替代物來進(jìn)行修復(fù)，但是這種方法存在很多的不足，如生物相容性差、在體內(nèi)降解慢、機(jī)械性能低等，所以并沒有被廣泛推廣；近些年骨組織工程的出現(xiàn)為骨缺損的修復(fù)帶來新希望，尤其為大段骨缺損的臨床治療提供了可能1-7。與之前的方法相比骨組織工程存在許多優(yōu)點(diǎn)，可以減輕自體、異體骨移植帶來的手術(shù)區(qū)疼痛、降低術(shù)后感染的風(fēng)險(xiǎn)、減少免疫排斥反應(yīng)的發(fā)生等一系列不利因素8。骨組織工程相比于傳統(tǒng)的骨修復(fù)手段，其優(yōu)勢(shì)在于可以用少量組織或細(xì)

17、胞對(duì)大面積組織的缺損進(jìn)行修復(fù)。骨組織工程的出現(xiàn)為骨修復(fù)帶來希望，骨組織工程主要有3個(gè)重要因素，包括種子細(xì)胞、生長(zhǎng)因子和生物載體支架9，其中以種子細(xì)胞和支架材料構(gòu)建的工程骨在骨組織工程修復(fù)中取得了一定的成功，但僅限于無血管的小范圍缺損修復(fù)，對(duì)于哺乳動(dòng)物來說，較大范圍的骨缺損由于缺乏充足的血液提供，組織工程材料在體內(nèi)不能很快的與機(jī)體建立起良好有效的血液循環(huán)，導(dǎo)致成骨效果不穩(wěn)定，進(jìn)而發(fā)生壞死現(xiàn)象。血管不僅能向組織供給充沛的氧氣及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，還能將組織修復(fù)所需的種子運(yùn)輸?shù)綋p傷部位，因此，血管生成是決定骨組織工程成功與否的一個(gè)重要因素10-12。提出血管化組織工程來修復(fù)骨的方案一方面是基于成功的臨床實(shí)踐經(jīng)

18、驗(yàn)，另一方面是為更切合生理學(xué)要求的組織工程骨的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。因此，如何提高工程骨的存活效率，構(gòu)建適合于工程骨存活的循環(huán)系統(tǒng)即構(gòu)建血管化骨組織是目前組織工程領(lǐng)域中的一個(gè)研究焦點(diǎn)。鹿茸為構(gòu)建血管化工程骨提供了有益的借鑒。鹿茸是一種天然軟骨/骨復(fù)合組織，其周期性的生長(zhǎng)與長(zhǎng)骨的延長(zhǎng)類似，通過軟骨內(nèi)成骨完成。與長(zhǎng)骨不同的是，軟骨內(nèi)成骨過程中鹿茸內(nèi)部的軟骨組織中富含血管，且這些血管系統(tǒng)極其發(fā)達(dá)貫穿于整個(gè)鹿茸組織。另一方面，鹿茸的生長(zhǎng)速度極快，在某些鹿種中生長(zhǎng)期的鹿茸生長(zhǎng)速度可以達(dá)到2.7 cm/d13。這在哺乳動(dòng)物組織中是絕無僅有的，有研究者推測(cè)血管化的鹿茸組織為鹿茸的快速生長(zhǎng)提供了必要的物質(zhì)基礎(chǔ)。因此，

19、鹿茸提供了一個(gè)良好的模型來研究血管化軟骨組織與骨組織快速生長(zhǎng)之間的關(guān)系。組織學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在縱向切面上，鹿茸的內(nèi)部組織從遠(yuǎn)端到近端可劃分為：間充質(zhì)層、前軟骨層、過渡區(qū)、軟骨及骨質(zhì)層14。這一結(jié)構(gòu)與長(zhǎng)骨的生長(zhǎng)板類似，即間充質(zhì)層對(duì)應(yīng)著生長(zhǎng)板的靜止層，前軟骨層對(duì)應(yīng)著生長(zhǎng)板的增殖層，過渡區(qū)對(duì)應(yīng)著生長(zhǎng)板的肥大細(xì)胞層，其下是軟骨層。除了組織結(jié)構(gòu)與生長(zhǎng)板類似，鹿茸的生長(zhǎng)方式也與生長(zhǎng)板一樣都是通過軟骨內(nèi)成骨完成。在生長(zhǎng)期內(nèi)，鹿茸內(nèi)部組織快速增殖、分化并且生長(zhǎng)中伴隨著旺盛的新陳代謝15，這都需要充足的營(yíng)養(yǎng)供給。正常的軟骨組織中并沒有血管，營(yíng)養(yǎng)及代謝物的運(yùn)輸只能通過軟骨基質(zhì)的滲透方式進(jìn)行。雖然軟骨的基質(zhì)具有良好的滲

20、透性，但是有效的滲透距離還是非常有限的16，軟骨中央?yún)^(qū)域的細(xì)胞由于與軟骨膜的距離超出基質(zhì)的有效滲透距離，所以不能獲得充足的養(yǎng)分供給。因此，如果鹿茸的生長(zhǎng)是通過典型的軟骨內(nèi)成骨方式進(jìn)行的，那么它們的生長(zhǎng)速度也將會(huì)相當(dāng)有限。在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過程中，鹿科動(dòng)物為適應(yīng)短時(shí)間內(nèi)(鹿茸的生長(zhǎng)期只有大約15周)快速形成鹿茸組織而進(jìn)化出了一種富含血管的軟骨組織17。鹿茸中的動(dòng)脈由基部到頂部沿著茸干上行，主要位于真皮層及軟骨膜之間，也稱之為血管層。在鹿茸的頂部，動(dòng)脈形成平行的分支，然后由遠(yuǎn)端向近段穿過鹿茸核心。鹿茸軟骨的血管化是絕無僅有的，研究鹿茸軟骨組織的血管化過程，探索刺激鹿茸血管生成的相關(guān)因子，可以為骨組織修復(fù)

21、提供有益的借鑒。因此，鹿茸可作為一個(gè)很好的生物醫(yī)學(xué)模型來研究骨組織工程的血管化。文章綜述了鹿茸血管化相關(guān)研究?jī)?nèi)容。1 資料和方法 Data and methods1.1 資料來源 由第一作者檢索PubMed(http:/www. /pubmed/)與CNKI(ki. net/)數(shù)據(jù)庫(kù)。檢索時(shí)間范圍：自建庫(kù)以來至2015年7月。在PubMed中的檢索詞為deer antler，Bone tissue engineering，vascularized cartilage；在CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)中的檢索詞為鹿茸，骨組織工程，鹿茸血管化軟骨。1.2 資料篩選及評(píng)價(jià) 納入標(biāo)準(zhǔn)：

22、篩選涉及到鹿茸組織學(xué)、形態(tài)學(xué)、血管化軟骨、影響血管化細(xì)胞因子、骨組織工程修復(fù)相關(guān)的文章。排除標(biāo)準(zhǔn)：不相關(guān)內(nèi)容和重復(fù)內(nèi)容。1.3 資料提取與文獻(xiàn)質(zhì)量評(píng)價(jià) 通過初檢共得到68篇中英文文獻(xiàn)，篩選后保留51篇文獻(xiàn)。主要為與鹿茸軟骨、血管化軟骨和骨組織工程研究有關(guān)的文獻(xiàn)，包括綜述、實(shí)驗(yàn)性論文等，仔細(xì)閱讀后進(jìn)行歸類整理，最后進(jìn)行總結(jié)綜述。文獻(xiàn)檢索流程圖見圖1。第一作者以“鹿茸，骨組織工程，鹿茸血管化軟骨”檢索CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)、PubMed數(shù)據(jù)庫(kù)。共檢索到中英文文獻(xiàn)300余篇。納入鹿茸化細(xì)胞組織學(xué)、形態(tài)學(xué)，血管化軟骨、影響血管化細(xì)胞因子、骨組織工程修復(fù)相關(guān)的文章。排除不相關(guān)和重復(fù)內(nèi)容。通過初檢共得到68篇國(guó)內(nèi)

23、外文獻(xiàn)，篩選后留下51篇文獻(xiàn)。12篇文獻(xiàn)探討骨組織工程的現(xiàn)狀和發(fā)展。28篇文獻(xiàn)探討鹿茸軟骨的獨(dú)特。8篇文獻(xiàn)探討目前骨修復(fù)的方法與現(xiàn)狀。3篇文獻(xiàn)探討鹿茸模型的優(yōu)勢(shì)。圖1 血管化鹿茸軟骨組織與骨組織修復(fù)文獻(xiàn)檢索流程圖2 結(jié)果 Results 2.1 納入文獻(xiàn)基本情況 文獻(xiàn)1-8研究了目前骨組織工程中骨修復(fù)的進(jìn)展現(xiàn)狀和存在的不足之處，文獻(xiàn)9-12介紹了目前骨組織工程中血液供應(yīng)的重要性，文獻(xiàn)13-17研究了鹿茸血管化軟骨的獨(dú)特之處，文獻(xiàn)18-28研究了組織學(xué)層面上鹿茸血管化軟骨組織的特點(diǎn)，文獻(xiàn)29-40研究了分子學(xué)層面上鹿茸血管生成的特點(diǎn)，文獻(xiàn)41-48研究了目前有效的骨修復(fù)方法和存在的不足，文獻(xiàn)49

24、-51研究了鹿茸在骨組織修復(fù)中的應(yīng)用。2.2 組織學(xué)層面獨(dú)特之處2.2.1 鹿茸血管分布特點(diǎn) 鹿茸中血管的分布有其自身的特點(diǎn)，Clark等18通過血管造影發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈位于鹿茸的外層，即真皮層底與軟骨膜之間的區(qū)域，也就是所謂的血管層。這些血管在茸干部位，穿行于真皮內(nèi)幾乎不分叉，在鹿茸尖部它們開始變彎曲并開始分叉插入到鹿茸組織內(nèi)部。鹿茸與其他哺乳動(dòng)物的血管系統(tǒng)不同，鹿茸的動(dòng)脈位于淺層，緊貼皮膚，主要定位于角柄和鹿茸皮膚與骨質(zhì)的夾層，即所謂的血管層。鹿茸中位于血管層的血管與骨膜非常貼近，而在角柄中血管緊緊貼到皮膚真皮的內(nèi)表面。這導(dǎo)致了角柄骨具有光滑的表面，而鹿茸骨上布滿了由血管留下的脊線和細(xì)槽。2.2.

25、2 鹿茸血管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 在組織結(jié)構(gòu)上，鹿茸的血管也有其特點(diǎn)。解剖學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，鹿茸血管來源于角柄血管，角柄血管與體血管類似，管壁薄，管腔大。而鹿茸血管結(jié)構(gòu)與角柄血管不同，主要表現(xiàn)為管壁厚，管腔小。Waldo等19發(fā)現(xiàn)鹿茸中動(dòng)脈管壁和一般動(dòng)脈的管壁結(jié)構(gòu)差別很大，不但沒有明顯的彈性內(nèi)膜和外膜，也不含一般的中間層，而是由韌性很強(qiáng)的肌肉和彈性膠原相互交融在一起而構(gòu)成的。Clark等20研究發(fā)現(xiàn)-平滑肌肌動(dòng)蛋白在鹿茸的血管壁中大量表達(dá)。血管壁的支持細(xì)胞為二至三層，在血管壁的周圍分布并不均勻。鹿茸的血管呈橢圓或不規(guī)則形狀，在鹿茸的血管層中，主要血管的管壁都由復(fù)雜的肌肉構(gòu)成。這樣的動(dòng)脈壁與一般的動(dòng)脈壁相比，既

26、厚又結(jié)實(shí)，即抗壓又抗碰，且在破損時(shí)可以通過收縮血管達(dá)到止血的目的。鹿茸動(dòng)脈的這種肌肉性結(jié)構(gòu)很可能是進(jìn)化選擇的結(jié)果，生長(zhǎng)期內(nèi)鹿茸富含血管且非常柔嫩。在自然條件下，鹿在覓食和逃避天敵的過程中，鹿茸一旦出現(xiàn)表皮缺損能夠立即關(guān)閉破損傷口處血管，防止大出血的情況發(fā)生。在生產(chǎn)實(shí)踐中，收割鹿茸后殘樁斷面可以很快地自動(dòng)止血，也支持了這一推論。2.2.3 鹿茸血管的發(fā)生 在其他成軟骨系統(tǒng)中，血管的生成通常是伴隨著鈣化的進(jìn)行。眾所周知的是，鹿茸是惟一的特例，其特別之處在于鹿茸血管的生成與鈣化沒有直接的關(guān)聯(lián)18。血管的形成主要通過2種方式進(jìn)行，一種是血管新生來源于成血管祖細(xì)胞，另一種是血管生成來源于已存在的血管組織

27、21。血管生成可能的機(jī)制是骨髓間充質(zhì)的祖細(xì)胞誘導(dǎo)生血管萌芽，淋巴管生成，細(xì)胞增大性生長(zhǎng)及內(nèi)皮細(xì)胞生成。鹿茸的血管組織來源于角柄，角柄的血管主要來源于淺層顳颥動(dòng)脈22。這些動(dòng)脈血管沿著角柄皮膚和茸皮的最內(nèi)層上行，構(gòu)成角柄和鹿茸的血管層。在鹿茸的頂端，鹿茸血管層的動(dòng)脈分枝形成大量的吻合，在鹿茸生長(zhǎng)中心附近構(gòu)成一個(gè)動(dòng)脈叢，以保證這里有充足的血液供應(yīng)。在生長(zhǎng)點(diǎn)的中央，大量新形成的毛細(xì)血管網(wǎng)向下進(jìn)入間充質(zhì)層的中部形成傳出小動(dòng)脈，傳出小動(dòng)脈匯入前骨化帶的髓竇。在鹿茸生長(zhǎng)的早期，鹿茸基部的一部分髓竇與骨質(zhì)角柄內(nèi)的靜脈管道相通。在鹿茸的深層還偶爾能見到小動(dòng)脈，即使在鹿茸的基部完全變成密質(zhì)骨后，仍有小動(dòng)脈和小靜

28、脈存在，這些血管與角柄的小動(dòng)脈和小靜脈有著局部的聯(lián)系。研究發(fā)現(xiàn)，鹿角基部皮質(zhì)中存在縱向管腔和竇隙23。組織學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)，黇鹿完全骨化的鹿角內(nèi)部仍存在一個(gè)血管系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)通過角柄與鹿體的血管系統(tǒng)相連。熒光染料示蹤的結(jié)果進(jìn)一步支持了這個(gè)發(fā)現(xiàn)，熒光染料不但通過角柄中血管運(yùn)輸?shù)铰菇堑膬?nèi)部，它還能運(yùn)輸?shù)诫x鹿角基部62 cm的骨質(zhì)中24-25。2.2.4 鹿茸血管發(fā)生機(jī)制 與其他軟骨組織相比，鹿茸軟骨中含有大量的血管。研究表明，鹿茸軟骨內(nèi)血管的形成是鹿茸生長(zhǎng)期高速代謝水平的需要。鹿在進(jìn)化的過程中，以鹿茸角作為第二性征，為了在發(fā)情季節(jié)使用鹿角作為爭(zhēng)奪配偶的武器，鹿必須在有限的時(shí)間內(nèi)，即大約15周的生長(zhǎng)期內(nèi)，

29、完成鹿茸的生長(zhǎng)并迅速骨化為鹿角26。骨組織的形成有膜內(nèi)成骨及軟骨內(nèi)成骨2種方式，膜內(nèi)成骨方式形成骨質(zhì)的速度非常緩慢，例如膜內(nèi)成骨形成皮質(zhì)骨每周的速度大約是10-15 m。因此，鹿茸的生長(zhǎng)是通過軟骨內(nèi)成骨方式進(jìn)行。但是正常的軟骨內(nèi)成骨形成的軟骨組織沒有血管，只能通過基質(zhì)擴(kuò)散的方式獲得營(yíng)養(yǎng)。在正常機(jī)體中絕大多數(shù)組織/細(xì)胞都是通過血液的滲透作用來獲取氧氣和養(yǎng)料的，但有效的范圍僅局限于血管四周100-200 m內(nèi)的細(xì)胞，即血管只能通過滲透作用保證其附近100-200 m組織的正常生長(zhǎng)27。因此，如果鹿茸的生長(zhǎng)是通過正常的軟骨內(nèi)成骨方式進(jìn)行，鹿茸的間充質(zhì)細(xì)胞必須以絕對(duì)快的速度增殖，然后分化成軟骨并肥大隨

30、之血管侵入并導(dǎo)致軟骨的重建和新骨的生成，這樣就需要軟骨重建和成骨替換過程保持同步，以保證深層的軟骨細(xì)胞獲得充足的營(yíng)養(yǎng)和氧氣。然而，鹿茸卻是不同的，它血管侵入的過程與鈣化并沒有直接關(guān)系，鹿茸間充質(zhì)細(xì)胞首先增殖分化形成含有血管的前軟骨組織，然后再被骨組織所代替。這個(gè)過程并不經(jīng)歷一般骨組織形成所必須經(jīng)歷的血管侵入的過程。鹿茸的軟骨形成中心與血管形成中心在空間上是分開的。前者出現(xiàn)在間充質(zhì)層，后者定位于前軟骨層，但是在前軟骨層并未發(fā)現(xiàn)血管生成的前體細(xì)胞或起源細(xì)胞28。因此，推測(cè)可能是間充質(zhì)細(xì)胞在軟骨形成中心低氧的環(huán)境分化成血管生成前體細(xì)胞，從而形成血管系統(tǒng)的，這樣不僅保證了軟骨的快速形成，同時(shí)也不會(huì)影響

31、到軟骨重建和骨替換的過程，從而保證了鹿茸驚人的生長(zhǎng)速度。因此，鹿茸軟骨中血管的形成很可能是鹿茸完成快速生長(zhǎng)所必需的。2.3 分子學(xué)層面獨(dú)特之處2.3.1 直接影響鹿茸血管生成的因子 研究發(fā)現(xiàn)，多種細(xì)胞生長(zhǎng)因子能夠促進(jìn)血管的形成，以加快血供速度。例如，血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子等都能夠促進(jìn)組織的血管化29，這些生長(zhǎng)因子能夠直接地促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的游走，使新生血管快速生成。其中血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子己被證實(shí)在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中都可促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的再生、增殖、遷移30，是目前已知的能夠促新生血管生成的最關(guān)鍵的因子之一31-32。另外，有研究表明其在骨形成和愈合中也起著十分重要的作用。目前血管內(nèi)皮

32、生長(zhǎng)因子已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的受體有3種：Fl-t1、KDR、Fl-t4。這3種受體主要分布于內(nèi)皮細(xì)胞上且都屬酪氨酸激酶受體。國(guó)內(nèi)外有幾篇論文報(bào)告了鹿茸中含有多種血管相關(guān)因子，如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子2、pleotrophin、胸腺素10、神經(jīng)生長(zhǎng)因子等。Lai等33對(duì)成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子2、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子及其受體在鹿茸頂部表達(dá)分布以及功能的研究發(fā)現(xiàn)，成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子2、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子及其受體成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體1、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體2、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體3 及血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體2信號(hào)系統(tǒng)在鹿茸軟骨組織中大量表達(dá)。在鹿茸軟骨快速發(fā)育時(shí)期，成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子2可誘導(dǎo)產(chǎn)生血管內(nèi)皮

33、生長(zhǎng)因子，從而誘導(dǎo)血管生成。神經(jīng)生長(zhǎng)因子能夠在組織損傷后通過刺激血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的表達(dá)來促進(jìn)血管生成。神經(jīng)生長(zhǎng)因子對(duì)血管生成的作用在Reimer等34的實(shí)驗(yàn)中得到了進(jìn)一步的證明。也有研究表明，鹿茸中存在血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子121和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子165，并且在鹿茸的前軟骨層和軟骨層中檢測(cè)到了血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子mRNA的存在35，這一發(fā)現(xiàn)與血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子在鹿茸中有促血管生長(zhǎng)作用相吻合。有人推測(cè)正是鹿茸這種血管化的軟骨才使得其不同于去細(xì)胞化的完全再生36。此外，對(duì)鹿茸組織的轉(zhuǎn)錄組和小RNA 測(cè)序、功能聚類分析表明，鹿茸再生初始確實(shí)有很多因子參與了血管生成。2.3.2 間接影響鹿茸血管生成的因子 已有的

34、研究表明，鹿茸軟骨組織的血管化是適應(yīng)鹿茸快速生長(zhǎng)的需要，即鹿茸組織生長(zhǎng)越快血管化越快。研究發(fā)現(xiàn)，在生長(zhǎng)的鹿茸組織內(nèi)存在多種細(xì)胞因子與鹿茸細(xì)胞快速增殖相關(guān)。例如，在鹿茸的快速生長(zhǎng)期，類胰島素生長(zhǎng)因子在鹿茸尖端的各個(gè)分層(表皮/真皮層、間充質(zhì)層、前軟骨層、軟骨層)都有表達(dá)，但是表達(dá)量存在著一些差異。在這些分層中，真皮/表皮層中的類胰島素生長(zhǎng)因子1的含量是4個(gè)分層中最高的37。研究發(fā)現(xiàn)，鋸茸后鹿血漿中類胰島素生長(zhǎng)因子1的濃度急速升高38-39，這表明其在鹿茸中存在特異性結(jié)合位點(diǎn)，其他組織產(chǎn)生的類胰島素生長(zhǎng)因子通過血液循環(huán)刺激生長(zhǎng)期的鹿茸快速生長(zhǎng)。研究發(fā)現(xiàn)，睪酮是鹿茸快速生長(zhǎng)的另一刺激因子，鹿茸快速生

35、長(zhǎng)階段其血漿內(nèi)睪酮處于低水平40，當(dāng)生長(zhǎng)進(jìn)入緩慢期時(shí)，其濃度會(huì)上升10 g/L。但是，在體外的無血清培養(yǎng)基中，無論是添加正常的生理水平還是添加低水平睪酮，它們都不會(huì)促進(jìn)鹿茸間充質(zhì)細(xì)胞的增殖。因此，睪酮如何調(diào)控鹿茸的快速生長(zhǎng)依然需要探索。2.4 鹿茸有效血管化優(yōu)勢(shì) 骨組織工程中想要得到充沛的血液供給，可以通過植入預(yù)成血管的方法來創(chuàng)造一個(gè)血管系統(tǒng)，這個(gè)獨(dú)立的血管系統(tǒng)可以使骨替代物更有效更直接的血管化41-43。即預(yù)先將血管植入骨替代物中，再進(jìn)行移植。但是此方法只適用于小面積缺損和創(chuàng)傷的修復(fù)，并且該方法存在手術(shù)次數(shù)多，周期長(zhǎng)，會(huì)損壞供血區(qū)等問題。雖然使用誘導(dǎo)血管生成的生物因子可以在體內(nèi)促進(jìn)血管生成4

36、4，但是因半衰期相對(duì)較短，局部應(yīng)用后效果并不是很理想45。對(duì)于鹿茸而言，鹿茸有作為組織工程骨替代物材料的潛力，其軟骨組織中富含血管并且存在多種誘導(dǎo)血管生成的生長(zhǎng)因子，不需要重新移植血管的過程，可避免很多不必要的損傷。本研究組利用鹿茸間充質(zhì)層組織構(gòu)建脫細(xì)胞支架材料(研究?jī)?nèi)容未發(fā)表)，在裸鼠移植實(shí)驗(yàn)中具有很好的組織相容性，且接種間充質(zhì)干細(xì)胞后可誘導(dǎo)血管新生，因此開發(fā)利用鹿茸組織制作脫細(xì)胞基質(zhì)材料，具有極佳的應(yīng)用前景。目前，將具有血管形成能力的細(xì)胞與成骨性細(xì)胞聯(lián)合應(yīng)用的方法是血管化組織工程骨最有前景的方法之一。特別是血管內(nèi)皮前體細(xì)胞的出現(xiàn)46，打破了血管形成的傳統(tǒng)理念。血管內(nèi)皮前體細(xì)胞的出現(xiàn)證明了血

37、管萌生現(xiàn)象也會(huì)存在于發(fā)育成熟后的機(jī)體中47-48，這為缺血性疾病的治療提供了新思路。雖然使用血管內(nèi)皮前體細(xì)胞在一些動(dòng)物模型的實(shí)驗(yàn)研究中取得了一定的成功，但血管內(nèi)皮前體細(xì)胞存在一個(gè)缺點(diǎn)，就是其細(xì)胞數(shù)量較少，所以不適合用于大面積缺損的修復(fù)。目前惟一解決方法就是使用血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子基因修飾血管內(nèi)皮前體細(xì)胞來彌補(bǔ)其數(shù)量的不足，因?yàn)檠軆?nèi)皮生長(zhǎng)因子不僅可以趨化血管內(nèi)皮前體細(xì)胞至缺損處，其本身也是血管生成的直接誘導(dǎo)因子。對(duì)于這一點(diǎn)鹿茸也存在潛在的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槁谷變?nèi)存在多種促血管形成的生長(zhǎng)因子，并且也不存在細(xì)胞數(shù)量有限的問題。綜上所述，鹿茸有作為血管化組織工程材料的潛力，并有很多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。3 結(jié)論 Conc

38、lusion 由創(chuàng)傷和各種疾病引起的骨缺損的患者數(shù)在逐年遞增。由于骨細(xì)胞自身的增殖潛力差，并且缺乏血管系統(tǒng)供應(yīng)營(yíng)養(yǎng)，因此，導(dǎo)致骨組織自身修復(fù)能力極低49。骨組織工程中，也因?yàn)樾乱浦驳闹Ъ懿荒苷T導(dǎo)血管生成導(dǎo)致血液提供的營(yíng)養(yǎng)不足，從而成骨效果不穩(wěn)定，進(jìn)而發(fā)生壞死現(xiàn)象。由此可見，血管是骨損傷修復(fù)和再生過程中的一個(gè)重要因素50-51。因此，在骨組織工程研究中如何實(shí)現(xiàn)移植物與機(jī)體血管系統(tǒng)的聯(lián)系，是該領(lǐng)域的一個(gè)難點(diǎn)，同時(shí)也是熱點(diǎn)之一。鹿茸為解決這一問題提供了一個(gè)良好的生物醫(yī)學(xué)模型。鹿茸這一模型具有如下優(yōu)勢(shì): 周期性再生的骨質(zhì)附屬器官。鹿茸是一種特殊的骨質(zhì)附屬器官，其成骨方式與胚胎長(zhǎng)骨的生長(zhǎng)類似，同為軟骨內(nèi)

39、成骨。另一方面，鹿茸又是惟一能夠周期性完全再生的哺乳動(dòng)物器官。因此，以鹿茸為研究模型可以在同一個(gè)體上重復(fù)進(jìn)行觀察研究，保證了實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性和連續(xù)性；天然血管化軟骨/骨組織研究模型。眾所周知，正常軟骨組織內(nèi)只含一種細(xì)胞(即軟骨細(xì)胞)并且沒有血管分布，因此軟骨組織在損傷后，自身很難修復(fù)。鹿茸軟骨則不同，其軟骨組織內(nèi)部存在豐富的血管網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。鹿茸內(nèi)部的血管來源于穿行于真皮層的動(dòng)脈，其在鹿茸頂部分叉形成平行的分支插入鹿茸內(nèi)部，并貫穿整個(gè)鹿茸組織。豐富的血管保證了鹿茸生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分供給及代謝物運(yùn)輸。然而，目前對(duì)于鹿茸軟骨血管化的機(jī)制沒有明確的解釋，鹿茸內(nèi)部的血管是同通過何種方式：血管生成還是血管新生形成不

40、得而知。探索鹿茸軟骨血管化的機(jī)制，可以為骨組織的修復(fù)提供新的理論及技術(shù)支持；快速生長(zhǎng)的骨軟骨組織。研究發(fā)現(xiàn)，鹿茸在生長(zhǎng)期內(nèi)生長(zhǎng)速度非?？欤?0 d內(nèi)可以從只含有三百萬個(gè)細(xì)胞的生茸區(qū)骨膜組織發(fā)育成數(shù)十公斤重的鹿茸組織。在某些鹿種中，鹿茸的生長(zhǎng)速度可以達(dá)到2.7 cm/d。在動(dòng)物組織中生長(zhǎng)最快的就是腫瘤，而鹿茸生長(zhǎng)速可以媲美腫瘤，但是鹿茸并不發(fā)生癌變。研究發(fā)現(xiàn)，鹿茸中含有多種生長(zhǎng)因子如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子、類胰島素生長(zhǎng)因子1、神經(jīng)生長(zhǎng)因子等這些因子具有明顯的刺激細(xì)胞增殖及分化的能力。然而，由于研究深度有限鹿茸內(nèi)部生長(zhǎng)因子尚未充分發(fā)掘。隨著研究?jī)?nèi)如的深入，將會(huì)進(jìn)一步揭示哺乳動(dòng)物器官快速生長(zhǎng)的機(jī)制。鹿茸

41、為研究哺乳動(dòng)物軟骨組織快速生長(zhǎng)及血管化提供了一個(gè)良好的模型，可以從以下幾個(gè)方面來豐富和發(fā)展這個(gè)模型：鹿茸軟骨血管化機(jī)制探索。探索鹿茸軟骨組織中血管的生成機(jī)制，將有助于揭示鹿茸軟骨血管化之謎，并進(jìn)一步開發(fā)相關(guān)蛋白藥物，進(jìn)行骨組織修復(fù)及再生；鹿茸快速生長(zhǎng)機(jī)制研究。鹿茸快速生長(zhǎng)的許多生物學(xué)特性都與動(dòng)物組織中的腫瘤類似，且并不發(fā)生癌變，所以對(duì)鹿茸快速生長(zhǎng)機(jī)制的研究有助于對(duì)腫瘤特性的研究；鹿茸組織脫細(xì)胞基質(zhì)材料開發(fā)。鹿茸中富含血管和多種促血管生長(zhǎng)因子，可以通過組織工程的方法，運(yùn)用脫細(xì)胞技術(shù)將鹿茸軟骨組織開發(fā)為生物支架材料，應(yīng)用于臨床骨組織工程進(jìn)行骨組織的修復(fù)。綜上所述，鹿茸在骨修復(fù)領(lǐng)域是一個(gè)有巨大潛力的

42、動(dòng)物模型，可以在鹿茸上模擬疾病的發(fā)生和發(fā)展過程，采取人為的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和治療，當(dāng)完全了解這些措施的安全性、有效性和臨床實(shí)用性后，其最終成果將應(yīng)用于人類，并為人類骨修復(fù)方面的再生醫(yī)學(xué)帶來新希望。 致謝：感謝吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)中藥材學(xué)院與中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所在課題中提供的幫助。作者貢獻(xiàn)：第一作者構(gòu)思并設(shè)計(jì)綜述，通訊作者審校，所有作者共同起草。利益沖突：所有作者共同認(rèn)可文章內(nèi)容無相關(guān)利益沖突。倫理問題：沒有與相關(guān)倫理道德沖突的內(nèi)容。文章查重：文章出版前已經(jīng)過CNKI反剽竊文獻(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行3次查重。文章外審：文章經(jīng)國(guó)內(nèi)小同行外審專家雙盲外審，符合本刊發(fā)稿宗旨。作者聲明：第一作者對(duì)研究和撰寫的論文中出現(xiàn)的

43、不端行為承擔(dān)責(zé)任。論文中涉及的原始圖片、數(shù)據(jù)(包括計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù))記錄及樣本已按照有關(guān)規(guī)定保存、分享和銷毀，可接受核查。文章版權(quán)：文章出版前雜志已與全體作者授權(quán)人簽署了版權(quán)相關(guān)協(xié)議。4 參考文獻(xiàn) References 1 Redman SN, Oldfield SF, Archer CW. Current strategies for articular cartilage repair. Eur Cells Mater. 2005; 9: 23-32. 2 Mano JF, Reis RL. Osteochondral defects: present situation and tissue

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