Фактор роста костной ткани является фактором роста , который стимулирует рост из костной ткани . [1] [2]
Известные факторы роста костей включают инсулиноподобный фактор роста-1 (IGF-1), инсулиноподобный фактор роста-2 (IGF-2), трансформирующий фактор роста бета (TGF-β), факторы роста фибробластов (FGFs), тромбоциты. производный фактор роста (PDGF), пептид, связанный с паратироидным гормоном (PTHrP), костные морфогенетические белки (BMP) и некоторые члены группы белков фактора дифференцировки роста (GDF). [1] [2] [3]
Конечная цель факторов роста костей - остеобласты , остеокласты и фибробласты . Было показано, что человеческие фибробласты и остеобласты способны продуцировать факторы роста костей после стимуляции. [4]
Основные гормоны, влияющие на рост и морфологию костей, включают гормон роста (GH), андрогены, такие как тестостерон и дигидротестостерон , и эстрогены, такие как эстрадиол . [3] [5]
Типы
Трансформирующий фактор роста бета (TGF-β)
Трансформирующий фактор роста бета (TGF-β) является физиологическим регулятором дифференцировки остеобластов и действует как центральный компонент в соединении образования кости и ее резорбции во время ремоделирования кости. [6]
Костные морфогенетические белки (BMP)
Костные морфогенные белки (BMP) - это белки, состоящие из кислых полипептидов и принадлежащие к семейству TGF-B. [7] BMP способствует регенерации костной ткани и хрящей. [7] BMP проявляет остеоиндуктивную активность. Остеоиндуктивная активность приводит к образованию костей, активирует мезенхимальные клетки для преобразования в остеобласты, которые в конечном итоге приводят к образованию костей. BMP нацеливается и связывается с мезенхимальными клетками и активирует трансмембранный рецептор серин / треонинкиназы, который приводит к фосфорилированию молекул, называемых SMADS. SMADS - это факторы транскрипции, которые вызывают рост остеобластов. [8]
Фактор роста тромбоцитов (PDGF)
Большинство субстратов фактора роста тромбоцитов (PDGF) демонстрируют структуры, аналогичные домену Src Homology 2. Эти субстраты будут связываться с рецепторами PDGFR, которые будут димеризоваться и аутофосфорилироваться. Это фосфорилирование привлекает PLC-гамма (вызывает пролиферацию клеток), Ras (который проходит через сигнальный каскад и действует как фактор транскрипции), фосфатидилинозитол-3-киназу (PI3K), которая также способствует сигнальному каскаду, индуцирующему факторы транскрипции, и образованию стрессовых волокон, и индуцирует путь STAT, который активирует факторы транскрипции. [9]
Фактор роста фибробластов (FGF)
Факторы роста тромбоцитов (PDGF) - это полипептиды, обнаруженные в различных тканях, включая кости, где изначально предполагалось, что они могут действовать как аутологичный регулятор ремоделирования кости. Этот белок был первоначально выделен из тромбоцитов человека и состоит из двух различных полипептидных цепей A и B. Комбинация этих полипептидов образует гомодимерные (AA), или (BB), или гетеродимерные (AB) цепи PDGF. [10] Сигнальный каскад фактора роста фибробластов (FGF) запускается связыванием 2 факторов роста с FGFR. Происходит димеризация и инициирует трансфосфорилирование каждого рецептора. Эти сайты фосфорилирования действуют как сайты стыковки белков, поэтому они могут индуцировать передачу сигналов ниже по течению. Эти белки состоят из FRS2-альфа и PLC-гамма. FRS2-альфа действует как каркасный белок, удерживая GAB1 и GRB2, которые затем связываются с SHP2 и SOS. Эти несколько белков действуют вместе, активируя путь Ras (индуцирует пролиферацию и дифференцировку клеток) и путь PI3K (индуцирует выживание и определение судьбы клеток). С другой стороны от димеризованных рецепторов, PLC-гамма активирует DAG и IP3, которые дают PKC и ионы кальция. PKC и кальций в конечном итоге вызывают морфологию, миграцию и адгезию. [11]
Инсулиноподобные факторы роста (IGF)
Инсулиноподобные факторы роста (IGF) способствуют росту костей в организме. IGF - это одноцепочечные полипептиды, которые по структуре аналогичны инсулину. Существует 2 IGF: инсулиноподобный фактор роста 1 (IGF-1) и инсулиноподобный фактор роста 2 (IGF-2). IGF-1 индуцируется гормоном роста (GH) и нацелен на хрящ, стимулируя пролиферацию клеток костной ткани. Исследования, проведенные Yakar S, Rosen CJ, показали на животных моделях, что IGF-1 может увеличивать продольный рост, окружность надкостницы и минеральную плотность костей. [12] IGF-1 отвечает за увеличение общего размера тела, размера продольных костей и роста , особенно в период полового созревания . [3] [5]
Белок, связанный с паратироидным гормоном (PTHrP), важен для формирования эндохондральной кости. Мартин (2005) обнаружил, что PTHrP стимулирует образование костей за счет увеличения дифференциации остеобластов и уменьшения апоптоза остеобластов. Это вызывает увеличение остеобластов, что способствует образованию новых костных клеток. PTHrP также регулирует образование остеокластов, что способствует росту костей. [13]
Гормоны
Эстрогены заставляют бедра расширяться и округляться в период полового созревания у женщин, а андрогены вызывают расширение плеч у мужчин. [14] [15] [16] Эстрогены опосредуют закрытие эпифиза как у мужчин, так и у женщин. [3] [5] Другие гормоны, участвующие в контроле роста костей, включают гормон щитовидной железы , паратиреоидный гормон , [17] кальцитонин , [18] глюкокортикоиды, такие как кортизол , и витамин D ( кальцитриол ). [5] Согласно MenoPAUSE, блогу из Университета Рочестера, эстроген заставляет женщин распределять жир по груди, бедрам и области таза, подразумевая, что жир можно использовать в качестве источника энергии для будущих беременностей. У мужчин андрогены (такие как тестостерон) увеличивают соотношение мышц и жира у мужчин. Вудс Дж. "Какое отношение эстроген имеет к жиру на животе?" .
Клиническое значение
Возможное лечение остеопороза
Остеопороз - это заболевание костей, при котором костная масса меньше средней и может увеличивать количество переломов. Некоторые причины, которые приводят к остеопорозу, - это возраст и снижение уровня эстрогена, поэтому он в основном встречается у пожилых женщин (однако он также может повлиять на мужчин). [19]
Во время недавнего исследования, проведенного в Исследовательском институте Детского медицинского центра в Юго-Западном Юта, остеолектин фактора роста костей (Clec11a) также показал регенерирующие свойства. Яичники были удалены у мышей для моделирования остеопороза у женщин в постменопаузе. Результаты были основаны на ежедневных инъекциях остеолектина для определения эффектов. Это исследование показало увеличение объема кости у мышей с потерей костной массы после удаления яичников. [20]
Чтобы быть более конкретным, чтобы помочь людям с остеопорозом, лекарства используются вместе с лечением переломов костей. Clec11a - это гликопротеин, экспрессируемый костным мозгом, который, как утверждает Elifesciences. [21]
Лечение сухожилий
Несколько исследований показали корреляцию между введением факторов роста костей и улучшением заживления сухожилий и костей. Основное внимание в этих исследованиях уделялось передней крестообразной связке (ПКС), расположенной в колене, из-за большого количества травм, полученных спортсменами. [22] Университет Даммама, госпиталь Короля Фахда в Саудовской Аравии смог показать, что добавление фактора роста костей SHMSP в виде порошка облегчает процесс заживления трансплантата сухожилия у кроликов. Сравнение этой тестовой группы SHMSP с контрольной группой продемонстрировало более высокий уровень формирования и организации в колене. [22]
Больница специальной хирургии в Нью-Йорке провела аналогичное исследование, в котором коллагеновая губка, содержащая костный белок, была имплантирована в ПКС кроликов. В этом случае костный белок, выделенный из бедренной кости крупного рогатого скота, содержал несколько костных морфогенетических белков , которые являются частью важной сигнальной системы, которая помогает в структуре костей. [23] Как и в случае применения SHMSP, было замечено, что включение костного белка в коллагеновую губку улучшает процесс заживления по сравнению с контрольными группами с одной губкой или без губки. [23]
В отдельном исследовании, также проведенном Больницей специальной хирургии и Калифорнийским университетом, при лечении передней крестообразной связки использовался рекомбинантный морфогенный белок человеческой кости rhBMP-2 в два этапа. [24] На первом этапе дозировки noggin , регулирующего белка, а также rhBMP-2 были правильно откалиброваны, а на втором этапе эти белки, содержащиеся на синтетической фосфатно-кальциевой матрице (CPM), затем вводились в область ACL. Результаты этой процедуры также продемонстрировали улучшение образования коллагеновых волокон между сухожилием и костью. [24] Таким образом, все три лечения улучшили эффективность заживления сухожилий и костей за счет различных факторов роста костей: SHMSP, костного белка и rhBMP-2.
Рекомендации
- ^ а б Мохан С., Бэйлинк ди-джей (февраль 1991 г.). «Факторы роста костей». Клиническая ортопедия и родственные исследования (263): 30–48. DOI : 10.1097 / 00003086-199102000-00004 . PMID 1993386 .
- ^ а б Baylink DJ, Финкельман RD, Mohan S (декабрь 1993 г.). «Факторы роста для стимуляции образования костей». Журнал исследований костей и минералов . 8 Приложение 2: S565-72. DOI : 10.1002 / jbmr.5650081326 . PMID 8122528 . S2CID 42984375 .
- ^ а б в г Шим К.С. (март 2015 г.). «Пубертатный рост и эпифизарный слияние» . Анналы детской эндокринологии и метаболизма . 20 (1): 8–12. DOI : 10.6065 / apem.2015.20.1.8 . PMC 4397276 . PMID 25883921 .
- ^ Хаусдорф Дж., Сиверс Б., Шмитт-Соди М., Янссон В., Майер М., Майер-Вагнер С. (март 2011 г.). «Стимуляция синтеза фактора роста костей в остеобластах и фибробластах человека после воздействия экстракорпоральной ударной волны». Архив ортопедической и травматологической хирургии . 131 (3): 303–9. DOI : 10.1007 / s00402-010-1166-4 . PMID 20730589 . S2CID 34915618 .
- ^ а б в г Мюррей П.Г., Клейтон ЧП (май 2013 г.). «Эндокринный контроль роста». Американский журнал медицинской генетики. Часть C, Семинары по медицинской генетике . 163С (2): 76–85. DOI : 10.1002 / ajmg.c.31357 . PMID 23613426 . S2CID 3129856 .
- ^ Эрлебахер А., Филварофф Э. Х., Йе Дж. К., Деринк Р. (июль 1998 г.). «Остеобластические реакции на TGF-бета во время ремоделирования кости» . Молекулярная биология клетки . 9 (7): 1903–18. DOI : 10.1091 / mbc.9.7.1903 . PMC 25433 . PMID 9658179 .
- ^ а б Ирландия R (2020). Йунг CA (ред.). «Стоматологический словарь». DOI : 10.1093 / acref / 9780191828621.001.0001 . ISBN 9780191828621. Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ «Факторы роста костей - фундаментальные науки - ортобулеты» . www.orthobullets.com . Проверено 5 мая 2021 .
- ^ Ying HZ, Chen Q, Zhang WY, Zhang HH, Ma Y, Zhang SZ и др. (Декабрь 2017 г.). «Путь передачи сигналов PDGF в патогенезе и терапии фиброза печени (Обзор)» . Отчеты по молекулярной медицине . 16 (6): 7879–7889. DOI : 10.3892 / mmr.2017.7641 . PMC 5779870 . PMID 28983598 .
- ^ Canalis E, McCarthy TL, Centrella M (сентябрь 1989 г.). «Влияние фактора роста тромбоцитов на формирование костей in vitro». Журнал клеточной физиологии . 140 (3): 530–7. DOI : 10.1002 / jcp.1041400319 . PMID 2777891 . S2CID 43713808 .
- ^ Хименес-Гальего Дж., Родки Дж., Беннетт С., Риос-Канделор М., ДиСальво Дж., Томас К. (декабрь 1985 г.). «Кислый фактор роста фибробластов головного мозга: полная аминокислотная последовательность и гомологии». Наука . 230 (4732): 1385–8. DOI : 10.1126 / science.4071057 . PMID 4071057 .
- ^ Якар С., Вернер Х, Розен С.Дж. (июль 2018 г.). «Инсулиноподобные факторы роста: действие на скелет» . Журнал молекулярной эндокринологии . 61 (1): T115 – T137. DOI : 10.1530 / JME-17-0298 . PMID 29626053 .
- ^ Мартин Т.Дж. (сентябрь 2005 г.). «Произведенный из остеобластов PTHrP является физиологическим регулятором костеобразования» . Журнал клинических исследований . 115 (9): 2322–4. DOI : 10.1172 / JCI26239 . PMC 1193889 . PMID 16138187 .
- ^ Эпигенетика и рак . Академическая пресса. 23 ноября 2010. С. 62–. ISBN 978-0-12-380865-3.
- ^ Хельмут Нюборг (1 января 1994 г.). Гормоны, секс и общество: наука физика . Издательская группа "Гринвуд". С. 51–. ISBN 978-0-275-94608-1.
- ^ Шаффер Д., Кипп К. (1 января 2013 г.). Психология развития: детство и юность . Cengage Learning. С. 191–. ISBN 978-1-111-83452-4.
- ^ Lombardi G, Di Somma C, Rubino M, Faggiano A, Vuolo L, Guerra E и др. (Июль 2011 г.). «Роль паратироидного гормона в ремоделировании костей: перспективы новой терапии». Журнал эндокринологических исследований . 34 (7 Suppl): 18–22. PMID 21985975 .
- ^ Картер PH, Скипани Э. (март 2006 г.). «Роль паратиреоидного гормона и кальцитонина в ремоделировании костей: перспективы новой терапии». Целевые препараты для лечения эндокринных, метаболических и иммунных расстройств . 6 (1): 59–76. DOI : 10.2174 / 187153006776056666 . PMID 16611165 .
- ^ «Обзор остеопороза» . Национальный ресурсный центр по остеопорозу и родственным заболеваниям костей NIH .
- ^ «Ученые открывают новый фактор роста костей, который обращает вспять остеопороз у мышей» . ScienceDaily . Проверено 5 декабря 2019 .
- ^ Юэ Р., Шен Б., Моррисон С.Дж. (декабрь 2016 г.). «Clec11a / остеолектин - это остеогенный фактор роста, который способствует поддержанию скелета взрослого человека» . eLife . 5 . DOI : 10.7554 / eLife.18782 . PMC 5158134 . PMID 27976999 .
- ^ а б Аль-Блуви М.Т., Азам М.К., Садат-Али М. (2016). «Влияние фактора роста костей в сухожилиях на заживление костей при реконструкции передней крестообразной связки: экспериментальное исследование на кроликах» . Международный журнал прикладных и фундаментальных медицинских исследований . 6 (1): 23–7. DOI : 10.4103 / 2229-516X.174004 . PMC 4765269 . PMID 26958518 .
- ^ а б Андерсон К., Сеневиратне А.М., Идзава К., Аткинсон Б.Л., Поттер Х.Г., Родео С.А. (2001–2011). «Увеличение заживления сухожилия во внутрисуставном костном туннеле с использованием фактора роста кости». Американский журнал спортивной медицины . 29 (6): 689–98. DOI : 10.1177 / 03635465010290060301 . PMID 11734478 . S2CID 9946916 .
- ^ а б Ма CB, Kawamura S, Deng XH, Ying L, Schneidkraut J, Hays P, Rodeo SA (апрель 2007 г.). «Передача сигналов костных морфогенетических белков играет роль в заживлении сухожилий и костей: исследование rhBMP-2 и noggin». Американский журнал спортивной медицины . 35 (4): 597–604. DOI : 10.1177 / 0363546506296312 . PMID 17218656 . S2CID 22750694 .