骨形態發生蛋白

骨形態發生蛋白，它還是體內誘導骨和軟骨形成的主要因子，並在肢體生長、軟骨內骨化、骨折早期、軟骨修復時表達，對骨骼的胚胎髮育和再生修復起重要作用。如今BMP家族已有43個成員，廣泛地存在於豬、牛、羊、兔、鼠及人的胚胎、血細胞、腎和脾臟等組織中，且在不同種屬間有較高的同源性。BMP不僅參與骨骼的調節，而且對脂肪、腎臟、肝臟、骨骼及神經系統發育也起到一定作用。

1889年Senn首次將脱礦骨用於修復人及犬的炎性骨缺損，證明了脱鈣牛骨可以用於治療骨髓炎。1931年Huggins發現泌尿道表皮可異位誘導新骨形成，並首次報道了骨誘導實驗過程。1945年Lacroix從骨質中提取到可誘導兔肌肉異位成骨的“成骨素”，提出了骨誘導作用的假設，並將之命名為骨生成蛋白。1965年Urist發現，將脱鈣骨基質明膠(decalified bonematrix．DBM)注入肌肉內，肌肉間充質細胞可以轉化為骨系細胞，發生了異位誘導成骨現象。Urist當時認為這種脱鈣骨中可能含有一種誘導因子，可誘導血管周圍遊動的間充質細胞轉化為不可逆性骨系細胞，從而可在骨骼或骨骼以外的組織中產生軟骨和骨組織。該誘導因子即為骨形態發生蛋白。隨着分子生物學和基因工程的發展，1988年，Wozney等首先開展了BMP的cDNA克隆化研究，他們利用重組DNA技術克隆得到hBMP -1、BMP - 2a(即BMP -2)、BMP - 2b(即BMP - 4)、BMP -3的cDNA，並在大腸埃希菌的真核細胞和原核細胞中表達。1990年Celeste等報道了BMP -5、BMP -6、BMP -7的克隆化研究，並建議將已克隆的BMP分別命名為BMP -1、BMP -2、BMP -3、BMP -4、BMP -5、BMP -6、BMP -7。同期Ozkaynak報道了骨形成蛋白-1(osteogeneic protein -1，OP -1)的克隆化研究。比較OP -1與BMP -7的基因和氨基酸序列，證明二者是同一多肽。1992年(zkaynak又報道了OP -2的cDNA的克隆化研究。到1996年已發展為BMP - 13，並已獲得了相應的cDNA克隆。

BMP單體由信號肽、前功能區和成熟肽3個部分組成,其結構類似一個扁平的弧形表面,通常包括一個長形的α_螺旋和從α-螺旋兩端發出的兩對反向平行的β鏈。此結構可形象描述為擁有4個手指的手,即每條β鏈代表一個手指,α-螺旋則類似腕關節。每個單體均包含一個由7個半胱氨酸殘基組成的有序序列,其中6個半胱氨酸殘基相互形成3個單體結構內部的二硫鍵,通過一個特徵性的“半胱氨酸結”基序(1個二硫鍵通過由另外2個二硫鍵形成的環形結構)來維持單體結構的完整性;剩下的一個半胱氨酸殘基則參與形成兩單體之間的二硫鍵以穩定雙聚體結構。成熟的BMP蛋白是由二硫鍵連接的同型或異型二聚體,均有分子活性,被釋放到細胞外後,與靶細胞表面的相應受體結合而發揮作用 ^[1]  。

BMP分泌後既能與細胞外基質及可溶性拮抗劑結合，還能與多種細胞膜表面的蛋白受體相互作用。它不僅具有區別於其他骨生長因子的獨特結構和理化性質，而且其家族中不同成員的基因定位及成骨機制等也不盡相同。BMP主要通過依賴Smad途徑和p38 -MAPK途徑兩條信號通路發揮作用，且信號轉導過程受細胞外拮抗劑、膜受體、細胞質微環境和轉錄水平4個層次的調節控制。在治療上，BMP不僅能單獨介導促成骨作用，而且還能與其他骨生長因子混合，從而增強其恢復疾病的療效。骨生長因子共同存在的一個缺陷即為其半衰期短，在體內易降解，因此多采取緩釋技術局部用藥，延緩其衰解 ^[1]  。