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摘 要：骨形态发生蛋白(BMP)对骨的形成和骨损伤修复等有重要意义，属于TGF-β超家族成员。目前，已有16种BMP被分离和克隆，其中，BMP-2是研究最广泛，诱导成骨活性最强的BMPs之一。着重阐述BMP-2的生物学作用，并对其在体育领域中的应用进行分析，提出展望。
关键词：BMP-2；骨的形成；骨折愈合；运动
骨和软骨组织中含有多种参与调节骨骼发育及生长的多肽类生长因子。其中，骨形态发生蛋白(bone morphogeneticproteins，BMP)是唯一能够单独诱导骨组织形成的局部成长因子，并具有修复骨折损伤部位以及牙齿内部眉组织的能力。迄今为止，已有16种BMP被分离和克隆，而且数目仍在继续增加，除了BMP-1外，其余均属于TGF-p(transforming growthfactorβ，TGF-β)超家族。这组蛋白的发现，无论对于医学临床骨损伤的修复作用还是体育锻炼中促进骨的发育，都具有重要的意义。在BMP-2—BMP-16中，BMP-2是目前研究最广泛，诱导成骨活性最强的BMPs之一。
1 BMP概述
1965年，Urist首次将脱钙骨基质植入动物肌肉组织内，种植三周后作组织切片观察，发现在种植部位有大量的软骨组织及骨组织形成，成功地诱导了异位成骨。由此认为，骨基质中存在一种可以诱导骨形成的物质。这种物质具有使未分化的间充质细胞在分化的过程中，受调节因子的控制，定向分化为成骨细胞，并具有形成骨组织的能力。1971年，Urist将这类诱导成骨物质定义为骨形态发生蛋白。1992年，Israel等通过基因重组技术进一步在中国仓鼠的卵母细胞中表达出人类基因重组的骨形态发生蛋白。相继，有大量研究报道在大肠杆菌中也能表达人类基因重组的骨形态发生蛋白。在异位或常位骨组织或软骨组织形成过程中，这类骨诱导物质可以被反应细胞所感知，通过激活或抑制细胞内的基因，调节骨系细胞的分化和增生。
在BMP的基因家族中，BMP-2，3，4，5都可诱导软骨和骨组织的生成，但如单独使用BMP-4较BMP-2的成骨作用弱得多；BMP-5相对作用时间上有延迟。BMP-6主要在软骨组织表达，可诱导软骨组织的生长和软骨内成骨。BMP-12可诱导跟腱和韧带组织形成。
2 BMP-2的生物学作用
2．1 BMP—2的倍息转导机制以及基因表达的调节 1996年，Hoflmuent和Hoodless等人提出，BMPs首先与细胞膜上的丝氨酸／苏氨酸激酶受体相结合，形成Ⅰ、Ⅱ型丝氨酸／苏氨酸激酶受体的二聚体，然后将信息转导人细胞内，经第二信使MAD(mother against dpp)的磷酸化，将信息导人细胞核内，从而激活或调整DNA的结合活性，使BMP-3活性相关的基因表达，产生相应的生物效应。在骨组织形成过程中，BMP-2通过自分泌和旁分泌，在细胞及细胞间质之间以此转导途径来转导信息，从而调节细胞的分化和增生。
BMP-2有396个氨基酸，基因定位于20p-12。1994年，Ghosh等人通过研究成骨细胞分化期间BMP-2的基因表达，发现BMP-2的DNA5’端侧存在着多种转录调节因子的结合位点，这些转录调节因子可以刺激或抑制BMP-2的mRNA表达。其中负性转录调节因子(TGF-β)可以抑制BMP-2的的转录，降低BMP-2 mRNA的表达；而正性转录调节因子(如维甲酸、5P-1、P53、RB)则可以刺激BMP-2基因的转录，提高BMP-2mRNA表达。将BMP-2的启动子与p53和Rb基因的质粒共转染到成骨细胞中可增加BMP-2启动子的活性，提示这两个基因可作为转录调节因子参与调控BMP-2基因的表达。由此可以说明BMP-2与其它生长因子、某些激素可能具有相互制约或相互协同的作用，而这些相互作用在BMP-2的转录调节中得到统一。
2．2 BMP-2与骨的形成 骨组织形成是一个由多种因素调节的复杂而有序的过程。从细胞水平上看，骨组织形成有两种方式：膜内成骨和软骨内成骨。从分子水平上看，骨组织的形成过程是生物大分子在细胞与细胞之间，细胞与细胞外基质之间的信息转导过程。
在骨组织形成过程中，BMP-2具有使未分化的间充质细胞定向分化为成骨细胞，并具有形成骨组织的能力。BMP-2诱导成骨必须具备诱导因子的存在、BMP-2的靶细胞群和允许骨生长的正常环境的三个条件，使未分化的间质细胞经过趋化、分裂和分化三个环节不可逆地分化成软骨细胞和成骨细胞，诱导新骨生成。在体实验中，Wozney等将重组BMP-2植如到大鼠的肌肉组织中，可促进异位骨形成。ChenD等将重组BMP-2皮下注射于小鼠颅骨附近，同样可观察到新骨生成。在离体实验中也无论是对于原代胚胎大鼠颅骨成骨细胞或是从转基因小鼠中分别建立的成骨细胞株，重组BMP-2都有促进作用。这些实验结果说明，BMP-2有促进成骨细胞分化和诱导体外成骨的能力，并增加成骨细胞标记酶——碱性磷酸酶的活性，以及促进标志骨细胞分化的基因的表达。但如BMP-2异常的过度表达，则引起进行性多发骨化纤维发育不良，特征是进行性的异位软骨形成和结缔组织骨化。
在骨形成的不同时期，BMP-2的生物学作用也不相同。在骨形成早期，BMP-2不仅可使末分化间质细胞向骨形成中心募集，并分化为骨系细胞，而且可使成纤维细胞、成肌细胞及骨髓的基细胞逆转分化为骨系细胞。在骨形成后期，BMP-2还作为一种破骨细胞分化因子与其它支持破骨细胞分化因子直接或间接刺激破骨细胞分化，参与骨的重建。
2．3 BMP-2与骨折愈合 骨折愈合的修复过程实质上是骨损伤后骨组织的再生过程，此过程类似于胚胎时期骨组织的发育和异位骨的形成过程。其主要的形态学表现为，骨折区间充质细胞募集、增生，软骨细胞的形成、分化、软骨基质的钙化，新生血管的形成、迁移．成骨细胞的形成，骨基质的形成、分化和钙化，新生骨组织的改建和骨髓的再现。在此过程中，BMP-2的主要生物性作用是：①募集间充质细胞，并诱导其向成骨细胞或成软骨细胞方向分化；②协同其他调节因子参与骨组织形成。
1996年，张子军等对骨折修复过程中骨折区BMP-2的表达进行了定量和定位研究。结果发现．对BMP-2的反应细胞主要是骨膜的内层细胞、骨皮质中的成骨细胞、骨髓及血肿中的间充质细胞。同时发现，在骨缺损区存在着BMP-2的浓度梯度。即靠近骨皮质断端侧的浓度最高，骨髓腔内和骨膜处次之，缺损的中央部浓度最低。1994年，金岩等利用免疫组织化学方法，发现在骨折早期，骨折区BMP-2的表达增高，骨折后第2周达到高峰，第3周降至正常水平。BMP-2在体育领域中应用的思考与展望
3．1 BMP-2在骨折治疗中的应用 骨折是种常见的运动创伤。在临床中，BMP-2已经广泛的应用于骨折的治疗中，徐小良等实验研究表明，腺病毒介导的人骨BMP-2基因对兔骨髓的诱导成骨活性及修复长骨缺损有良好效果。近来有研究发现，他汀类药物可以引起成骨细胞系骨形态发生蛋白-2的高表达，并可以有效地降低股骨颈骨折的发病率。徐振华等将深低温冷冻同种异体皮质骨与重组人骨形态发生蛋白-2、I型可吸收胶原海绵(ACS)复合，植入兔股骨大段缺损处。其结果说明异体皮质骨复合以ACS为载体的rhBMP移植具有高效持续的骨诱导作用。此外，BMP-2还可用于大块骨缺损、椎体融合手术、骨折不愈合等。
3．2 体育运动与BMP-2 曹新生等通过观察21d模拟失重大鼠胫骨的BMP、TGF-β含量及股骨生长的实验结果表明，大鼠的后肢骨生长受抑，BMP、TGF-β在局部合成以及分泌降低。由此实验试想，适当的重力性运动，是否可提高BMP-2和TGF-β分泌，从而增强骨的生长和发育。但关于这些方面的研究暂无报道。通过蛋白组学的研究，可能能够从分子水平解释体育锻炼的增高机制，因此，BMP-2在体育锻炼与骨的发育方面展示出广阔前景。
关键词：BMP-2；骨的形成；骨折愈合；运动
骨和软骨组织中含有多种参与调节骨骼发育及生长的多肽类生长因子。其中，骨形态发生蛋白(bone morphogeneticproteins，BMP)是唯一能够单独诱导骨组织形成的局部成长因子，并具有修复骨折损伤部位以及牙齿内部眉组织的能力。迄今为止，已有16种BMP被分离和克隆，而且数目仍在继续增加，除了BMP-1外，其余均属于TGF-p(transforming growthfactorβ，TGF-β)超家族。这组蛋白的发现，无论对于医学临床骨损伤的修复作用还是体育锻炼中促进骨的发育，都具有重要的意义。在BMP-2—BMP-16中，BMP-2是目前研究最广泛，诱导成骨活性最强的BMPs之一。
1 BMP概述
1965年，Urist首次将脱钙骨基质植入动物肌肉组织内，种植三周后作组织切片观察，发现在种植部位有大量的软骨组织及骨组织形成，成功地诱导了异位成骨。由此认为，骨基质中存在一种可以诱导骨形成的物质。这种物质具有使未分化的间充质细胞在分化的过程中，受调节因子的控制，定向分化为成骨细胞，并具有形成骨组织的能力。1971年，Urist将这类诱导成骨物质定义为骨形态发生蛋白。1992年，Israel等通过基因重组技术进一步在中国仓鼠的卵母细胞中表达出人类基因重组的骨形态发生蛋白。相继，有大量研究报道在大肠杆菌中也能表达人类基因重组的骨形态发生蛋白。在异位或常位骨组织或软骨组织形成过程中，这类骨诱导物质可以被反应细胞所感知，通过激活或抑制细胞内的基因，调节骨系细胞的分化和增生。
在BMP的基因家族中，BMP-2，3，4，5都可诱导软骨和骨组织的生成，但如单独使用BMP-4较BMP-2的成骨作用弱得多；BMP-5相对作用时间上有延迟。BMP-6主要在软骨组织表达，可诱导软骨组织的生长和软骨内成骨。BMP-12可诱导跟腱和韧带组织形成。
2 BMP-2的生物学作用
2．1 BMP—2的倍息转导机制以及基因表达的调节 1996年，Hoflmuent和Hoodless等人提出，BMPs首先与细胞膜上的丝氨酸／苏氨酸激酶受体相结合，形成Ⅰ、Ⅱ型丝氨酸／苏氨酸激酶受体的二聚体，然后将信息转导人细胞内，经第二信使MAD(mother against dpp)的磷酸化，将信息导人细胞核内，从而激活或调整DNA的结合活性，使BMP-3活性相关的基因表达，产生相应的生物效应。在骨组织形成过程中，BMP-2通过自分泌和旁分泌，在细胞及细胞间质之间以此转导途径来转导信息，从而调节细胞的分化和增生。
BMP-2有396个氨基酸，基因定位于20p-12。1994年，Ghosh等人通过研究成骨细胞分化期间BMP-2的基因表达，发现BMP-2的DNA5’端侧存在着多种转录调节因子的结合位点，这些转录调节因子可以刺激或抑制BMP-2的mRNA表达。其中负性转录调节因子(TGF-β)可以抑制BMP-2的的转录，降低BMP-2 mRNA的表达；而正性转录调节因子(如维甲酸、5P-1、P53、RB)则可以刺激BMP-2基因的转录，提高BMP-2mRNA表达。将BMP-2的启动子与p53和Rb基因的质粒共转染到成骨细胞中可增加BMP-2启动子的活性，提示这两个基因可作为转录调节因子参与调控BMP-2基因的表达。由此可以说明BMP-2与其它生长因子、某些激素可能具有相互制约或相互协同的作用，而这些相互作用在BMP-2的转录调节中得到统一。
2．2 BMP-2与骨的形成 骨组织形成是一个由多种因素调节的复杂而有序的过程。从细胞水平上看，骨组织形成有两种方式：膜内成骨和软骨内成骨。从分子水平上看，骨组织的形成过程是生物大分子在细胞与细胞之间，细胞与细胞外基质之间的信息转导过程。
在骨组织形成过程中，BMP-2具有使未分化的间充质细胞定向分化为成骨细胞，并具有形成骨组织的能力。BMP-2诱导成骨必须具备诱导因子的存在、BMP-2的靶细胞群和允许骨生长的正常环境的三个条件，使未分化的间质细胞经过趋化、分裂和分化三个环节不可逆地分化成软骨细胞和成骨细胞，诱导新骨生成。在体实验中，Wozney等将重组BMP-2植如到大鼠的肌肉组织中，可促进异位骨形成。ChenD等将重组BMP-2皮下注射于小鼠颅骨附近，同样可观察到新骨生成。在离体实验中也无论是对于原代胚胎大鼠颅骨成骨细胞或是从转基因小鼠中分别建立的成骨细胞株，重组BMP-2都有促进作用。这些实验结果说明，BMP-2有促进成骨细胞分化和诱导体外成骨的能力，并增加成骨细胞标记酶——碱性磷酸酶的活性，以及促进标志骨细胞分化的基因的表达。但如BMP-2异常的过度表达，则引起进行性多发骨化纤维发育不良，特征是进行性的异位软骨形成和结缔组织骨化。
在骨形成的不同时期，BMP-2的生物学作用也不相同。在骨形成早期，BMP-2不仅可使末分化间质细胞向骨形成中心募集，并分化为骨系细胞，而且可使成纤维细胞、成肌细胞及骨髓的基细胞逆转分化为骨系细胞。在骨形成后期，BMP-2还作为一种破骨细胞分化因子与其它支持破骨细胞分化因子直接或间接刺激破骨细胞分化，参与骨的重建。
2．3 BMP-2与骨折愈合 骨折愈合的修复过程实质上是骨损伤后骨组织的再生过程，此过程类似于胚胎时期骨组织的发育和异位骨的形成过程。其主要的形态学表现为，骨折区间充质细胞募集、增生，软骨细胞的形成、分化、软骨基质的钙化，新生血管的形成、迁移．成骨细胞的形成，骨基质的形成、分化和钙化，新生骨组织的改建和骨髓的再现。在此过程中，BMP-2的主要生物性作用是：①募集间充质细胞，并诱导其向成骨细胞或成软骨细胞方向分化；②协同其他调节因子参与骨组织形成。
1996年，张子军等对骨折修复过程中骨折区BMP-2的表达进行了定量和定位研究。结果发现．对BMP-2的反应细胞主要是骨膜的内层细胞、骨皮质中的成骨细胞、骨髓及血肿中的间充质细胞。同时发现，在骨缺损区存在着BMP-2的浓度梯度。即靠近骨皮质断端侧的浓度最高，骨髓腔内和骨膜处次之，缺损的中央部浓度最低。1994年，金岩等利用免疫组织化学方法，发现在骨折早期，骨折区BMP-2的表达增高，骨折后第2周达到高峰，第3周降至正常水平。BMP-2在体育领域中应用的思考与展望
3．1 BMP-2在骨折治疗中的应用 骨折是种常见的运动创伤。在临床中，BMP-2已经广泛的应用于骨折的治疗中，徐小良等实验研究表明，腺病毒介导的人骨BMP-2基因对兔骨髓的诱导成骨活性及修复长骨缺损有良好效果。近来有研究发现，他汀类药物可以引起成骨细胞系骨形态发生蛋白-2的高表达，并可以有效地降低股骨颈骨折的发病率。徐振华等将深低温冷冻同种异体皮质骨与重组人骨形态发生蛋白-2、I型可吸收胶原海绵(ACS)复合，植入兔股骨大段缺损处。其结果说明异体皮质骨复合以ACS为载体的rhBMP移植具有高效持续的骨诱导作用。此外，BMP-2还可用于大块骨缺损、椎体融合手术、骨折不愈合等。
3．2 体育运动与BMP-2 曹新生等通过观察21d模拟失重大鼠胫骨的BMP、TGF-β含量及股骨生长的实验结果表明，大鼠的后肢骨生长受抑，BMP、TGF-β在局部合成以及分泌降低。由此实验试想，适当的重力性运动，是否可提高BMP-2和TGF-β分泌，从而增强骨的生长和发育。但关于这些方面的研究暂无报道。通过蛋白组学的研究，可能能够从分子水平解释体育锻炼的增高机制，因此，BMP-2在体育锻炼与骨的发育方面展示出广阔前景。