張先啟，劉亞軍，官建中

20世紀70年代，隨著前列腺素(PG)在炎癥、發(fā)熱和疼痛等過程中研究的不斷深入，英國Vane等學者發(fā)現(xiàn)了阿司匹林等非甾體類抗炎藥(NSALDs)是通過抑制前列腺素(PG)生成過程中的限速酶——環(huán)氧合酶(cyclooxygenase)而發(fā)揮作用的。20世紀90年代，基因表達證實兩種COX存在，其中COX－2對骨折愈合影響較明顯。

1 環(huán)氧化酶(COX-2)［1］

人類COX-2的基因位于1號染色體的1q25.2～q25.3，全長8.3kb，它有10個外顯子和9個內(nèi)含子組成，編碼604個氨基酸組成多肽。環(huán)氧化酶-1(COX-1)和環(huán)氧化酶-2(COX-2)兩種同分異構體，COX-1是維持機體正常生理功能的管家基因，在胃腸道的保護、維持肝腎功能及凝血機制等方面起重要作用;COX-2是一種誘導型酶，在正常生理狀態(tài)下多數(shù)組織內(nèi)不表達，只有在細胞因子、內(nèi)毒素、白細胞介素-1(IL-1)及癌基因等因素的刺激下才能在某些細胞內(nèi)迅速產(chǎn)生，活化COX-2可以催化花生四烯酸產(chǎn)生前列腺素H2(PGH2)，COX-2是這一過程的限速酶，而PGH2并不穩(wěn)定，可以轉化為幾種活性分子如:前列腺素E2(PGE2)、前列環(huán)素(PGI2)和血栓素(TXA)等［2］，COX-2的生物學功能是通過這幾種活性分子實現(xiàn)的。其中研究較多的是COX-2主要與腫瘤血管形成有密切關系。COX-1與COX-2具有61%的同源性，但表達出蛋白有明顯差異。COX-2主要分布于細胞核膜上，其主要調(diào)控轉錄水平，誘導表達因素包括癌基因、IL-1、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和轉化生長因子等，而地塞米松等消炎藥物可抑制其表達［3］。

2 環(huán)氧化酶(COX-2)對骨折愈合影響機制

2.1 影響骨折愈合生理病理機制 骨折愈合過程中，破骨細胞與成骨細胞的動態(tài)平衡是維持骨骼完整性的關鍵因素，成骨細胞是一種對機械應力較敏感的細胞，通過調(diào)節(jié)破骨細胞的分化成熟，并且參與骨吸收。在對破骨細胞的調(diào)節(jié)中，骨保護素(osteoprotegerin，OPG)及骨保護素配體(OPGL)等系統(tǒng)起關鍵作用［4］。研究表明COX-2是一種酶，可以將花生四烯酸(AA)酶化成前列腺素E2(PGE2)，后者在炎癥反應和疼痛方面起重要作用。同時COX-2在骨骼重建、骨質(zhì)吸收、骨折愈合以及成骨細胞力學信號轉導等過程中起重要作用，機械牽拉等機械因素刺激能引起成骨細胞COX-2 mRNA基因高水平表達，進而導致前列腺素(PG)產(chǎn)生增加，激活成骨細胞內(nèi)多條信號轉導通路。

2.2 國內(nèi)外基礎實驗影響骨折愈合相關機制 國外多項基因研究證實COX2蛋白和分子機制的基因療法:加速骨折愈合相關的研究已在老鼠脛骨骨折模型中實施。Zhang等［5］報道在小鼠體內(nèi)敲除COX-2基因，觀察到小鼠骨折處間充質(zhì)細胞的持續(xù)不分化和成骨細胞的低生成，并最終導致較高概率的骨折不愈合及延遲骨折愈合。而對照組COX-1基因敲除的小鼠骨折不愈合情況較少。隨后他們分別對COX-2基因敲除的小鼠骨髓基質(zhì)細胞進行培養(yǎng)并觀察成骨細胞情況，結果提示COX-2缺失的小鼠骨結節(jié)生成較對照組減少了約50%，然后加入外源性PGE2后，骨結節(jié)生成減少得到恢復。研究表明，由于COX-2基因的缺失，阻礙了間充質(zhì)干細胞的募集與分化成為成骨細胞，從而阻礙了膜內(nèi)化骨和軟骨內(nèi)化骨。Kellinsalmi等［6］研究發(fā)現(xiàn)，選擇性COX-2抑制劑抑制干細胞向成骨細胞和破骨細胞的分化，也能夠促進人骨髓間充質(zhì)干細胞向脂肪細胞的分化，但這一現(xiàn)象并沒有作出合理的解釋。Chikazu等［7］研究小鼠顱面骨折后COX-2在骨修復中的情況，從形態(tài)學、組織學以及計算機三維重建上結果表明COX-2在顱骨骨折修復中發(fā)揮著重要作用，且實驗對照組使用非甾體抗炎，結果證實顱骨軟骨組織形成明顯快于對照組，并提出非甾體抗炎等藥物可能干擾骨折軟骨的修復。

國內(nèi)翁春輝等［8］研究低強度脈沖超聲對兔下頜骨骨折愈合COX-2表達的影響，結果發(fā)現(xiàn)COX-2在骨骼重建、骨質(zhì)吸收及成骨細胞等力學信號轉導等過程中起重要作用。COX-2的表達促進骨折愈合，成骨細胞是一種對機械應力敏感的細胞，機械應力可誘導成骨細胞大量合成COX-2并通過催生的PGE2及其第二信使 cAMP對骨折愈合進行正向調(diào)控。因此并提出誘導成骨細胞大量合成COX-2并通過催生成PGE2，作用于成骨細胞生物效應的信號通路而促進骨折愈合。

3 COX-2對細胞的增殖及新生血管的增生起重要作用

3.1 環(huán)氧化酶與新生血管增生相關機制 目前國內(nèi)外COX-2研究主要是致癌機制，認為COX-2可促進細胞的增殖、抑制細胞凋亡、促進血管生成等機制。血管生成取決于作用相反的促進血管生成因子和血管生成抑制因子的動態(tài)平衡。COX-2可誘導血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)與堿性成纖維生長因子(basic fibroblast growth factor，BFGF)等［9］，從而促進血管生成、骨膜覆蓋及血腫無菌性炎癥等反應，加速骨折愈合及降低骨折不愈合率。其中VEGF是一種相對分子質(zhì)量為48000u，具有自分泌與旁分泌作用的同源二聚體糖蛋白，是目前發(fā)現(xiàn)最強的促血管生成因子。研究表明COX-2與VEGF成正相關，且表達位置較一致。Masferrer等［10］通過實驗研究證實了COX-2高表達可以促進VEGF生成及血管內(nèi)皮細胞的遷移，COX-2有促進新生血管形成的作用，而COX-1與新生血管生成無明顯統(tǒng)計學意義。實驗研究大鼠脛骨骨折后大鼠體內(nèi)COX-2高表達促進骨折愈合主要表現(xiàn)在在骨折內(nèi)軟骨形成的速度以及周圍軟組織新生血管生成增加，骨折后體內(nèi)炎性組織反應導致體內(nèi)COX-2迅速提高，加速骨折愈合。同時Williams［11］利用遺傳學和藥理學的研究方法發(fā)現(xiàn)，COX-2特異性抑制劑可使大鼠膠質(zhì)瘤模型產(chǎn)生VEGF的潛能降低94%;并且使用選擇性COX-2抑制劑治療野生型纖維母細胞瘤的實驗組，其VEGF生成減少92%，初步證明了 COX-2可能通過影響VEGF的合成來調(diào)節(jié)血管生成。腫瘤的生長及轉移依主要依賴于新生血管的支持，若無血管供給氧和營養(yǎng)物質(zhì)，腫瘤直徑不會＞2mm［12］。一旦新生血管長入腫瘤組織，腫瘤細胞迅速生長，容易侵入血管發(fā)生遠處轉移。腫瘤細胞中COX-2的過度表達與新生血管的形成密切相關。COX-2可能通過以下3個關鍵途徑促進新生血管生成［13］:(1)調(diào)節(jié)VEGF合成和VEGF生理功能的發(fā)揮;(2)調(diào)控內(nèi)皮細胞移行;(3)抑制內(nèi)皮細胞凋亡。

3.2 環(huán)氧化酶與臨床相關癌癥研究相關進展 國內(nèi)外研究者已應用多種方法檢測相關癌癥患者體征中COX-2蛋白或基因的表達，并結合病理、臨床及隨訪資料進行分析，發(fā)現(xiàn)COX-2高表達與癌癥的一些惡性特征有關。同時COX-2的高表達，且與腫瘤的淋巴結轉移和臨床分期，尤其是臨床分期顯著相關。顯示COX-2高表達的患者預后較差。同時發(fā)現(xiàn)COX-2高表達的患者比低表達患者的生存期短，可以認為，COX-2表達對于未接受化放療及內(nèi)分泌治療的患者是一個有意義的預測指標。國外學者運用多因素生存分析顯示COX-2不是癌癥患者的獨立預后因素，它與參與腫瘤生成發(fā)展的各種因子相互影響、共同作用，同時證實COX-2與血管形成在腫瘤生長、浸潤、轉移中起關鍵作用，它受到一系列促進和抑制因子的調(diào)節(jié)，其中最重要的促進因子之一是腫瘤細胞在生長過程中分泌的VEGF。

4 COX-2抑制劑等相關鎮(zhèn)痛藥物在骨折患者使用相關分析

非甾體類抗炎藥是全球最常用的藥物之一。新上市的第二代COX-2抑制劑可產(chǎn)生顯著的消炎和鎮(zhèn)痛作用，COX-2是與疼痛及炎癥有關的COX同工酶。大量的研究和臨床應用證明，新一代的非甾體類抗炎藥，高選擇性COX-2抑制劑具有鎮(zhèn)痛和抗炎作用，相當于或優(yōu)于傳統(tǒng)非甾體類抗炎藥，減少胃腸道不良事件的發(fā)生率。國內(nèi)外通過不同動物(如大鼠、兔等)和體外的報道研究，證明骨折的愈合及愈合率與非甾體抗炎藥使用有關［14］。Naik等［15］將雄性 Wistar大鼠的左側脛骨骨折建模，不同藥物干預，21d處死進行組織形態(tài)學等計量分析，結果表明:長期使用雙氯酚酸鈉的干預組雖然達到了骨折愈合，但骨痂生成延緩、軟骨數(shù)量增多、成熟骨組織減少，明顯延緩了骨折愈合的時間。Bergenstock等［16］在藥物對SD大鼠骨折愈合影響的研究中，證實塞來昔布組骨折不愈合率約26%，部分愈合率約53%，完全愈合率約21%;而對照組中沒有骨折不愈合，部分愈合率約27%，完全愈合率約73%。研究同樣證明COX-2特異性抑制劑能明顯增加骨折不愈合及骨折不愈合率的發(fā)生率。動物實驗結果在臨床也得到證實:Bhattacharyya等［17］分析了老年人群中肱骨干骨折不愈合與使用NSALD之間的關系，發(fā)現(xiàn)骨折后90d內(nèi)應用NSALD會明顯增加骨折不愈合的可能性。Boursinos等［18］回顧了過去50年關于對非甾體類抗炎藥和選擇性COX-2抑制劑對骨折愈合的影響和其使用的臨床意義，證實非甾體類抗炎藥，特別是選擇性COX-2抑制劑在術后鎮(zhèn)痛方面大幅減少阿片類藥物的需要，但COX-2抑制劑的大量使用導致骨折愈合及不愈合率增加，并提出主要可能是時間和劑量依賴性，持續(xù)時間較短，可能不超過10d，但長期使用COX-2抑制劑可能導致骨折愈合及不愈合率增加。國內(nèi)張超和董英海［19］總結最近相關文獻并提出NSAID對骨折愈合的影響主要表現(xiàn)在延緩骨折愈合時間、增加骨折不愈合率及降低骨折愈合的強度，并提出骨折愈合過程中NSAID的合理應用需正確把握用藥時間和劑量、及時停藥及治療異位骨化。

綜上所述，雖然實驗及臨床應用證實COX-2在軟組織修復和軟骨形成過程中起重要作用，但目前文獻對COX-2抑制劑是否影響骨折愈合有著不同觀點，實踐上目前缺乏長期、大規(guī)模、系統(tǒng)的隨機臨床試驗。從理論上和現(xiàn)有研究資料讓人更傾向于認為COX-2抑制劑影響骨折愈合，這種影響只停留在理論水平，所以應當趨利避害，合理使用，才能發(fā)揮NSAID的最大功效。雖然COX-2在骨折方面臨床及基礎研究較少，但目前COX-2主要研究多關于腫瘤與血管生成方面，多項研究證實COX-2在腫瘤患者體內(nèi)高表達，促進腫瘤新生血管生成，促進腫瘤迅速增生及轉移。所以臨床可能通過檢查COX-2變化間接監(jiān)測腫瘤是否復發(fā)及轉移的一項指標，但組織炎癥也可促使COX-2升高。另一方面，通過研究骨折患者體內(nèi)COX-2變化，得出COX-2與骨折不愈合及延遲愈合患者之間的關系，從而通過早期監(jiān)測骨折患者體內(nèi)COX-2變化，早期干預，減少骨折不愈合及降低骨折不愈合率，減輕患者疼痛及負擔，尤其對那些非手術治療的骨折患者提供新的非手術治療，但這可能還需進一步大量基礎實驗及臨床研究。

［1］Xie C，Ming X，Wang Q，et al.COX-2 from the injury milieu is critical for the initiation of periosteal progenitor cell mediated bone healing［J］.Bone，2008，43(22):1075 －1083.

［2］Damrongsri D，Geva S，Salvi GE，et al.Cyclooxygenase－2 inhibition selectively attenuates bone morphogenetic protein－6 synthesis and bone formation during guided tissue regeneration in a rat model［J］.Clin Oral Implants Res，2006，17(1):38 －47.

［3］Xie C，Liang B，Xue M，et al.Rescue of impaired fracture healing in COX-2－/－ mice via activation of prostaglandin E2 receptor subtype 4［J］.Am J Pathol，2009，175(2):772 －785.

［4］Wu YL，Wiltbank MC.Transcriptional regulation of the cyclooxygenase-2 gene changes from protein kinase(PK)A-to PKC-dependence after luteinization of granulosa cells［J］.Biol Reprod，2012，66:1505－1514.

［5］Zhang X，Schwarz EM，Young DA，et al.Cyclooxygenase －2 regulates mesenchymal cell differentiation into the osteoblast lineage and is critically involved in bone repair［J］.J Clin Invest，2002，109(11):1405－1415.

［6］Kellinsalmi M，Parik ka V，Risteli J，et al.Inhibition of cyclooxygenase－2 down－regulates osteoclast and osteoblast differentiation and favours adipocyte formation in vitro［J］.Eur J Pharmacol，2007，572(23):102－110.

［7］Chikazu D，F(xiàn)ujikawa Y，F(xiàn)ujihara H，et al.Lyllo oxygenase-2 activity is importomt in craniofacial fracture repair［J］.Int J oral Maxillofac Surg，2011，40(3):322 －326.

［8］翁春輝，賴曉宇，詹春華，等.使用低強度脈沖超聲對兔下頜骨骨折愈合中OPG/OPGL及COX-2表達的影響［J］.熱帶醫(yī)學雜志，2011，11(2):181 －184.

［9］Ferrara N，Gerber HP，LeCouter J.The biology of VEGF and its receptors［J］.Nat Med，2003，9(6):669 －676.

［10］Masferrer JL，Leahy KM，Koki AT，et al.Antiangiogenic and antitumor activities of cyclooxygenase － 2 inhibitors［J］.Cancer Res，2000，60(5):1306 －1311.

［11］Williams GW.An update on nonsteroidal anti－ inflammatory drugs and cyclooxygenase － 2 inhibitors［J］.Curr Pain Headache Rep，2005，9(6):377 －389.

［12］Hirakawa S，Brown LF，et al.VEGF － C induced lymphangiogenesis insentinel lymph nodes promotes tumor metastasis to distant sites［J］.Blood，2007，109(3):1010 －1017.

［13］Vuolteenaho K，Moilanen E.Non-steroidal anti-inflammatory drugs，cyclooxygenase － 2 and the bone healing process［J］.Basic Clin Pharmacol Toxicol，2012，55:69 － 102.

［14］Dimmen S，Nordsletten L，Engebretsenl，et al.Negative effect of parecoxib on bone mineral during fracture healing in rats［J］.Acta Orthop，2008，79(3):438 －444.

［15］Naik AA，Xie C，Zuscik MJ，et al.Reduced COX-2 expression in aged mice is associated with impaired fracture healing［J］.J Bone Miner Res，2009，24:251 －264.

［16］Bergenstcok M，Min W，Simon AM，et al.A compairson between the effects of acetaminophen and celecoxib on bone fracture healing in rats［J］.OtrhopTrauma，2005，19(10):717 －723.

［17］Bhattaehalyya T，Levin R，Vrahas MS，et al.Nonsteroidal antiinflammatory durgs and nonunion of humeral shaft fractures［J］.Arthritis Rheum，2005，53(3):364 －367.

［18］Boursinos LA，Karachalios T，Poultsides L，et al.Do steroids，conventional non-steroidal anti-inflammatory drugs and selective COX-2 inhibitors adversely affect fracture healing［J］.Musculskelet Neuronal Inter，2009，9(1):44 －45.

［19］張超，董英海.非甾體類消炎藥對骨折愈合影響的研究進展［J］.臨床骨科雜志，2009，12(2):226 －228.