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发表于 2009-5-21 14:07:26
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成骨细胞与破骨细胞的研究探讨
7 c0 Q v! F K) V/ L! C2 F/ _! M林文彬# q* v" h6 o- B) N
林园中医诊所5 d9 |. Z3 G" B! O
台北市立联合医院中兴院区- {+ W- `: @9 c
摘 要
' l" s; d: K! m3 O7 S! w* k. s成骨细胞是骨形成过程中的重要功能细胞。70年代中期还认爲破骨细胞与成骨细胞爲共同的祖代来源，但自80年代初开始，认识到破
2 B& B# Q! {3 K- A) c; Y( S/ X! x骨细胞来源于单核吞噬细胞系统之外的骨髓生血细胞系统，爲独立于骨髓干细胞系统的一个细胞系。$ j/ y j& o- _- z2 j
成骨细胞的功能是合成、分泌胶原与糖蛋白，形成骨基质；参与破骨细胞性骨吸收的调控作用；维持骨的代谢平衡。而破骨细胞是一3 p$ n$ @* f, i- i
个高度分化的多核大细胞，其主要功能爲吸收骨，成骨细胞受下列因数调节：转化生长因数β(TGF-β)、1，25(OH)2D3、胰岛素样生长因数
0 w2 v! O+ Y# c8 e, M8 N(IGF)、白细胞介素1(IL-I)、雌激素、肿瘤坏死因数α(TNFα)、骨形成蛋白(BMP)，骨吸收的主要调节因数有：降钙素(CT)、甲状旁腺激素1 g$ f& _' Y4 X9 v
(PTH)、前列腺素(PGs)、活性维生素D3(1，25(OH)2D3)、细胞因数、肿瘤坏死因数(TNFα、β)、干扰素(IF)、白细胞介素-18(IL-18)、白细胞7 U1 s& ^% K) X$ r. d+ F& O8 j
介素-17(IL-17)。8 |) r* t9 I/ q+ a; g
关键词：成骨细胞 破骨细胞
8 `1 k8 |; b* V2 a8 `8 ]0 s
1 s: V P& s$ h, D. q" c4 _前 言
5 ~; Y7 L( b& y- @骨质疏松症是骨吸收与骨形成之间的平衡被打破，骨吸收占优势而使骨量减少，成骨细胞和破骨细胞是骨组织特有的两种细胞，在激3 B' K& H2 G2 `7 V5 u5 a
素及细胞因数等作用下作用于骨，是骨代谢过程中的重要核心细胞。故对成骨及破骨细胞的研究，对于理解骨质疏松的发病及药物的疗效都具; ?8 y3 O ?% L' c! G7 m5 }
有重要意义。
9 X! ]( b3 X* b' {. _成骨细胞及破骨细胞的来源
9 K% D: B& ]3 x; ? }（一）成骨细胞的来源4 V; A! a, p# G7 r5 M
成骨细胞(Osteoblast OB)是骨形成过程中的重要功能细胞。成骨细胞的主要功能是分泌骨基质(包括胶原与糖蛋白)及进行合成。其分5 |: W, }% {( Y1 B4 d
泌的胶原95％爲I型胶原蛋白(1)。此外还有少量的Ⅲ型、IV型及V型胶原，可见于小鼠、鸡和人胚的成骨细胞。成骨细胞还参与破骨细胞性骨吸
! y: c4 C" e9 x8 i, y' g$ e$ n收的调节，两者是骨代谢过程中的重要核心细胞。" h" u( C: N* }" u4 o8 |, Z& ?
成骨细胞的起源，经大量研究现己公认：成骨细胞来源于末分化的多潜能干细胞，这种干细胞具有分化爲多种细胞类型的特征，在各
8 c1 ?; ~7 u9 X% k; p$ d( `1 q种调控因数的作用下，通过复杂的分子机制，间充质多潜能干细胞可以分化爲成骨细胞、成纤维细胞、脂肪细胞以及肌细胞等。当成骨细胞的
5 ~4 F/ p) O2 X! W/ l祖代细胞接近骨表面时，则演化爲具有分泌、合成胶原基质的成骨细胞。当类骨质经过矿化过程以后，成骨细胞己进入分化的终末阶段，其本
, n* i/ l7 c0 ^7 m. W/ [2 L身包埋于矿化的骨基质中成爲骨细胞。成骨细胞本身并不增殖，在体内无增殖能力。但是将成骨细胞进行体外培养，则具有分裂能力。" m/ u2 U8 }/ D- a
被埋入矿化骨基质后的成骨细胞己成熟爲骨细胞，并成爲终末分化细胞。骨细胞以其身的许多胞浆突起，相互连接，传递资讯及进行9 M D, \) \* M! S) C7 a- \( s2 p* C! }/ _
物质交换。新形成的骨细胞具有一定的活性；逐渐老化的骨细胞则体积缩小，细胞核发生萎缩，失去活性，最终被骨吸收过程中的吞噬细胞消 P" J) R: B [+ V) T" b+ I
化、吸收。( a% F& j! P) e% Z5 K+ q7 Q# r( ]
此外，来源于未分化的间充质中多潜能成骨细胞系中，还有一种类型细胞爲骨内衬细胞被覆于骨的表面，呈扁平状、椭圆型胞核，无
0 \, d t h5 f% w成骨及破骨功能。经研究认爲，这种帖附于骨表面的骨内衬细胞，参与了破骨细胞性骨吸收过程，并对骨代谢过程中的钙、磷在细胞外液中的; ~- H" I. H) k: `7 Y! e% v
流动起了调控作用。0 H2 E6 C# V3 |" Q8 w
由此可见成骨细胞处于功能活跃状态时，分泌全盛骨基质，最终包埋于骨基质中；而无成骨功能的细胞，最终以骨内衬细胞形式被覆- q$ R* ]1 k! S' x
于骨的表面呈休止态。. e* F* f7 C+ M$ v
（二）破骨细胞的来源
; z' i5 V x7 J! n! Y' g* s破骨细胞是高度分化的多核巨细胞，直接参与骨吸收，是骨组织吸收的主要功能细胞。
/ d4 A# J0 ^* l破骨细胞的来源：由于长期以来对于破骨细胞(Osteoclast，OC)的来源问题一直不清楚，给研究工作带来许多困难，因而对临床各种. w. ~1 X' k. ~2 s0 r& y5 Q$ G. C$ _
骨疾患的诊断及其防治，也不可能进一步深入和提高。对于破骨细胞来源的认识，在二十世纪40-70年代，普遍应用的经典理论爲多潜能的骨源
% g4 m1 n6 q: j3 r细胞学说，认爲破骨细胞是由骨源细胞融合而成。直至70年代中期还认爲OC与成骨细胞(OB)爲共同的祖代来源。这种观点多年来一直是个疑问0 N( {: J) M. Z
，不能被证实，现已被否定。自80年代初开始，提出了OC来源于骨外生血系统，自此又出现了三种不同观点：5 |8 R& t& O* X4 z- p
1. OC源于单核吞噬细胞系统，即由单核细胞融合而成，这一观点现已被否定。" i, q4 c8 ^( f) S1 J
2. OC与单核吞噬细胞共同来源于骨髓生血系统的同一前身细胞，之后各自向不同方向分化。这一假说也被实验研究所推翻。研究表明9 l0 \+ [5 s$ j) D) |3 z3 X
，由骨髓而来的单核细胞经培养之后，可以分化爲破骨细胞，但是末梢血中的单核细胞与腹腔中的单核巨噬细胞，经培养后并不能形成破骨细
& F9 x/ ~' K8 z胞，而且前者与破骨细胞的细胞膜上有不同的表面抗原，这提示了破骨细胞与单核巨噬细胞两者不是来自共同的祖代。
9 }% A9 p/ ` _+ r% W" H& Y3. OC来源于单核吞噬细胞系统之外的骨髓生血细胞系统，爲独立于骨髓干细胞系统的一个细胞系(2)。Walker曾采用患有硬化病的小8 X6 E2 N9 j5 j, v I2 b0 \$ w
鼠及正常小鼠进行了血循联体实验，结果患硬化病的小鼠恢复了正常。研究表明，破骨细胞胞浆中碳酸酣酶Ⅱ(CAⅡ)基因突变可以引起骨硬化
7 W. g5 x- j5 B @$ j a症的发生。 D( g( ^6 @, \0 F$ V3 Z
由此表明，破骨细胞是来源于正常鼠的骨髓生血系统。此外，在临床上通过对患石骨症的患者移植整个胸腺、骨髓等，也取得了良好1 A: G3 ?. u) D( j
的疗效。由此说明，破骨细胞的形成取决于血循中的细胞。OC在胚胎早期就己到达骨膜，再逐渐分化、融合爲破骨细胞，也就是说OC的前驱细
' `1 v# u* W6 s- X3 c' b胞是前破骨细胞(Proosteoclast)，它在胚胎期间己存在于骨的微环境中，到达骨膜后，由前破骨细胞分化、融合爲破骨细胞。OC在各个分化阶
3 j! N: Z' a: z( @9 k段，具有特有的膜抗原和受体。到目前爲止，虽然OC的祖代正身还难以确定，但OC的前驱细胞是来自与单核吞噬细胞系统不同的骨髓干细胞系 B+ e1 m/ T) `7 }5 C% j/ C
，这一点己被公认。该观点在80年代初，己被首先进行分离、培养破骨细胞的Chamber(1984年)所证实，即OC来源于骨髓生血干细胞。
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成骨细胞及破骨细胞的形态、结构与功能
$ t: y4 o9 ? b* b9 h（一）成骨细胞的形态、结构与功能
$ y8 x$ ~+ {& D* t+ g8 N" ~具有分泌、合成功能的功能态成骨细胞，爲排列呈一行的立方形或矮柱状的细胞，彼此以细胞的胞浆突起相互连接，借助其新形成的( ], }, m* i9 e- s
类骨质与钙化的骨面相接。由于功能态的成骨细胞主要功能是分泌前胶原分子、无定形的骨基质和酶，在电镜下显示出分泌细胞的特征，含有
+ U. f' X8 r- J& b* y, A丰富的粗面内质网，是大量合成蛋白的特征。线粒体细长且数量增多，胞浆中游离的核蛋白体丰富。细胞核较大而圆，位于细胞的一端，具有! u$ t' |' c }# S1 W
单个明显的核仁，核染色质呈网状，多靠近核膜一侧分布，细胞浆内的微丝靠近胞膜侧分布，近年研究认爲这些微丝的结构与肌动蛋白的结构% U& j3 `2 a& a8 e
极爲相似，并能与肌球蛋白结合，故推测微丝的功能与肌动蛋白功能相似，有助于细胞的伸缩，与成骨细胞的收缩运动和移动相关。成骨细胞
9 I8 ?- J" Q) e+ }! C# C' ^3 l8 W4 C(3)爲立方形，约20微米直径，其胞浆呈嗜硷性，由于胞浆内含有大量的硷性磷酸酶所致，与骨组织矿化密切相关。此外胞浆内还存在有大量的
9 d, R& I8 r# H' `* v高尔基体，与胶原的加工和排除相关。类骨质矿化后，成骨细胞被包理于矿化的骨组织中，成爲骨细胞(4)，爲扁圆形、多突起的细胞，其体积) E9 z- [9 E! F) A
比成骨细胞缩小，胞体位于骨陷窝内，其胞浆突起位于骨小管内，并借助于骨小管与相邻的骨细胞连接。% g0 b) h2 F D
非功能态的成骨细胞位于骨组织的表面，爲扁平状沿骨面排列呈一层，其胞浆内的细胞器较少，细胞处于无功能的静止态，又称其爲* Q. t* k5 V; u) y+ _7 G
骨的内衬细胞，是成骨细胞的一种特殊状态，可能参与破骨细胞性骨吸收的调控。
. A* D0 v! d. s. k; {) F" _5 v( l" M成骨细胞的功能：成骨细胞的主要功能有以下三点：
' f6 R1 ]! K h: T- i5 u9 o. p" ~1. 合成、分泌胶原与糖蛋白，形成骨基质
, T0 I7 M8 `9 I6 a/ x* Z骨基质的主要成分爲Ⅰ型胶原，由成骨细胞合成；并通过硷性磷酸酶等多种酶介导入骨组织的矿化过程。* B6 n# M6 M; |6 f2 _
2. 参与破骨细胞性骨吸收的调控作用
- ?6 P+ ~+ {+ k" z7 M成骨细胞不仅与骨形成密切相关，而且在骨吸收过程中也起了相关重要的作用，直接与间接地参加了骨吸收的调控。成骨细胞又被认
. G2 p% A# C1 v4 T, p0 w' h爲是调控骨吸收的中心细胞，通过各种因数的作用，致使成骨细胞变形离开骨面，由于骨面的暴露，游走的破骨细胞才得以进入和附着骨面，0 O1 ?1 {1 ^9 Z+ z% R1 d
开始了骨的吸收活动。同时成骨细胞作爲破骨细胞的辅助细胞，参与骨的吸收、分解。
" f5 _+ M- s; |$ K$ }! F& A* l3. 维持骨的代谢平衡
7 _4 ~2 m, o& V$ L/ L& k骨的代谢及改建的主要功能细胞是成骨细胞与破骨细胞的协同作用，在多种细胞因数的调控下，通过复杂的分子机制完成骨代谢平衡
1 D1 P& V/ B4 |" @: e# C' S。一旦这种骨的吸收与形成的平衡被破坏，则进入病态，从而引起了多种骨疾患的发生，并导致了骨代谢障碍。0 ?8 y2 V4 W! |9 k5 O( V7 ~- C2 p
综上所述，成骨细胞是来源于未分化间充质中的多潜能干细胞，是由具有多种形态和功能特点的细胞亚群构成，参与了骨的吸收、形
( [; a. {. A8 ~8 d; ^# d8 t/ @: g+ S成及改建。成骨细胞与破骨细胞在多种细胞因数的调控下，通过复杂的分子机制，两者协同维持了骨的代谢平衡活动。
2 a8 g* d( B/ u/ w) y（二）破骨细胞的形态、结构与功能9 Z. l R' p7 p. j( u
OC是没有突起的多核大细胞(5)，直径爲30～100um，有数十个甚至多达上百个细胞核，其胞核多呈圆形，核膜平整，染色质颗粒细小$ ]% C+ p9 C* F2 h- H: J9 p b: G
且分布均匀，着色较浅，内有1～2个核仁。幼稚的OC胞浆嗜硷性，成熟后的OC胞浆嗜酸性，并随着细胞的老化胞浆嗜酸性愈强。通常胞浆内有
( [4 ?9 `1 \2 ^1 u丰富的线粒体以及大量的溶酶体与游离的核糖体。0 R' w3 k# O1 c: l- ?
破骨细胞的胞膜上有质子泵，其功能是分泌酸，主要是空泡型质子泵。此外OC含有极爲丰富的酸性磷酸酶(其同功酶爲TRAP)、溶酶体5 y& y* i: s9 }
酶、6-甘油磷酸酶、8-葡萄糖醛酸酶、芳香基硫酸酯酶及组织蛋白酶等，存在于粗面内质网、高尔基复合体中。OC在骨吸收与骨的重建中起啓
7 ^# W+ W2 r3 u! w; O5 y" |- n/ _动作用，一旦OC附着于骨面形成了骨吸收的微小环境，即可通过分泌释放酸及酶，导致骨的吸收；前者致使骨矿溶解，后者导致骨的胶原降解
4 C4 s/ ]8 N! f E，从而引起骨的破坏。静止状态下OC无极性，只有在进行骨吸收功能状态下才具有明显的极性。超微结构观察可以看到骨吸收时的OC呈现细胞
+ k6 B- L# X) m- e" w% l- C. ~! }的极化，可分爲以下四个部分：
6 P, A, Y3 G3 @/ F7 L# b/ Y1. 波状缘(ruffled border)又称褶皱缘，在光镜下亦称纹状缘(striated border)，爲OC附着骨面后，对着骨面进行骨吸收的特殊分/ K# `. T+ n1 o1 `, P: ~
化的细胞膜，由许多不规则的绒毛状突起组成，可大大增加破骨细胞进行骨吸收的表面积，OC通过这些绒毛突起分泌酸与酶等多种生物活性物
, {6 B; j3 F* N D" c8 S质，并摄取游离出来的骨盐。据研究报道，一个OC可以溶解由100个成骨细胞形成的骨质。OC是可以移动的细胞，当在一个部位进行骨吸收之后+ H: l! }# @1 |' t
，可以从该部位移动到另一个部位，再进行骨吸收活动。当OC离开骨的表面之后，其波状缘消失，骨的吸收活动也就停止。
2 I# p' f4 |; K Y! x( v2. 空泡区(vesicular region)，位于许多绒毛突起之间以及其下方的部位，由密集的空泡相互连接组成，空泡区存在各种酶，其功能' R. Z& a& ~" j( N: t
主要是分泌、摄取以及消化细胞外被溶解的物质，是骨吸收时的重要组成部分。其中的碳酸酣酶(Carbonic Anhdrase，CA)在骨的吸收破坏中起
8 `! [0 `$ L9 g9 x极爲重要的作用，OC在局部分泌酸与蛋白酶进行骨吸收，其分泌的酸主要是通过二型碳酸酣酶(CAⅡ)将CO2溶于水形成H2CO3而産生的，对骨组& r* i. o n5 @: f
织的脱矿及有机基质分解起了至关重要的作用。2 C& S5 |1 o5 R. B2 w* D
3. 封锁带(sealing zone)又称透明带(clear zone)，其部位是在波状缘的周围，爲一环形的胞浆区，此处无细胞器，内含有大量微丝+ ^# ]7 m+ s4 T0 D
(如Vimentin等)、微管及肌动蛋白(F-Actin)，主要由均质的核糖体组成。其主要功能是把被吸收的骨质包围、封闭，与外界隔绝，保证骨吸收
; Y* t H# t+ [/ Y! L: T, w时微小环境的PH值(约爲PH3-5)呈酸性环境，足以使骨组织脱矿、溶解。此外，封锁带还具有资讯传递功能，其中的微丝、微管、肌动蛋白都参
9 L1 ]; u. j. R8 v6 x9 a与了细胞间的离子交换及资讯的传递作用。OC进行骨吸收时封锁带明显增大，确保其封锁功能的行使。一般情况下每次封闭2-10分钟之后，随
6 \8 Y# J D6 ]/ w2 H# t( n着OC的移动及附着骨面，封锁带再继续进行封闭骨吸收时所必要的微环境。OC通过封锁带紧贴骨面，是通过OC中的微丝进行收缩来行使其封锁' O/ y$ Y9 ~4 S- X8 O' X" G) j+ I
功能的。
3 l$ ]! f; j4 }8 s1 u4. 细胞基底部(basal part of the cell)，爲不接近骨面的游离端。细胞核位于细胞的基底部位，其内含有丰富的高尔基体、线粒体; B" J2 c. O- V1 H) _
等细胞器，围绕每一个细胞核排列。OC中的许多酶存在于粗面内质网及高尔基体中，在OC进行骨吸收活动过程中，这些酶不断向波状缘方向移7 o0 |( s9 z/ q/ h& f3 h$ z
动，参与骨的吸收、破坏。, j7 r% o s* d: e' f5 ?
破骨细胞的功能：骨吸收与破骨细胞相伴随，骨吸收活动是OC在骨的微环境内进行的复杂分子生物学反应的过程。骨吸收时首先是OC4 U3 r, N2 A+ N6 P
分泌酸，致使骨组织脱矿，继而通过分泌的多种酶将残留的有机物分解。OC与胃壁细胞及肾尿管细胞有相类似的结构与膜抗原，都可以通过细' h x3 j2 D; ~6 b8 S$ P
胞膜外分泌酸，其质子泵相当于一个酸泵，不断的分泌酸。是OC保证骨吸收的重要结构，通过分泌酸可直接溶解骨矿中的羟磷灰石，导致骨组7 `! Z% ?0 I0 T) t8 D+ W
织脱矿。
9 N2 S* z3 e/ A; `/ Y7 z破骨细胞産酸主要是II型碳酸酣酶(Carbonic Anhydrase，CAII)，将CO2和H2O结合成H2CO3，并分解爲H++HCO3-，通过其胞膜上的质子
. [! e* A0 ?! N8 F泵分泌到局部微环境中。如果采用CAII的阻断剂乙酰唑胺阻断了CAII的産酸作用，则发现分离、培养的破骨细胞性骨吸收窝的形成明显减少或7 f+ n% j2 N9 g- P8 g, i4 o
被抑制，从而证明CAII 在破骨细胞性骨吸收中具有重要的作用。/ m' [1 `! Z8 }) P/ |0 l- K, c* h
质子泵是一种推动H+跨膜运动的能量系统。大量研究表明破骨细胞褶皱缘上质子泵是属于空泡型质子泵(即空泡型离子三磷酸腺苷转运. Q- N- X" m% s! D x' ]7 `
酶Vacuolar H++-translocating ATPase，简称V-APase)，广泛分散于胞浆内空泡样细胞器的膜上，当进行骨吸收时，则不断的分泌酸，空泡型
& t8 F' K9 E' |质子泵是位于破骨细胞褶皱缘上的泌酸装置，只有在功能状态下的破骨细胞才具有这一特殊结构特点，也是引起骨吸收破坏的必要形态结构。
, U+ p, ^; x4 l3 e! z: x/ I3 Y脱矿后的残余骨基质，又被OC分泌的各种加水分解酶消化、降解、破坏。研究表明，OC在骨吸收过程中1小时可形成直径20um、深5um9 f' z$ a: u8 f7 m
的吸收陷窝。OC除了具有骨吸收作用以外，还具有吞噬功能，被吸收、破坏的骨组织及其骨基质的分解産物，被OC吞噬后，可被输送到OC的空$ g, R) C& R* s' m6 G
泡内进行消化、溶解。通过超微结构观察，可以看到被OC吞噬后的游离晶体，沿OC内的微管进入空泡的过程。由此可见OC具有脱矿、降解有机( W5 V+ i/ t1 A( K# \- E3 K
基质及分泌、吞噬、运输消化等功能。因而，近年来把破骨细胞性骨吸收又看作是矿化有机质迁移的过程。
1 w0 y0 K* [6 K2 ]综上所述，破骨细胞是一个高度分化的多核大细胞，其主要功能爲吸收骨，骨的吸收过程爲：粘附骨面→极化(吸收态) →破骨→脱离
5 n# @% ]0 X; P! m% O) @骨面→移位至新的骨面。OC与基体内的各种细胞彼此相互依赖和相互制约，并在多种因数的作用下，通过复杂的分子机制，OC与OB共同完成骨* @. i) @$ |/ U, `% s. y" S
的代谢活动。
6 \9 }5 p2 X4 ^. @7 f" A
' }' Z( u' l$ N( \8 a4 S成骨细胞及破骨细胞的鉴定
0 U: v1 f r, O. _7 b% y$ J( C（一）成骨细胞
; j* t- G" @) }. h- k2 K% j成骨细胞的鉴定：对成骨细胞的识别与鉴定有赖于形态学与功能特点两个方面。形态学上：功能态的成骨细胞在生理状态下位于正在: Z% V2 I) ~# v9 B1 N! w R
生长发育的骨表面呈一层排列，其下方爲未钙化的类骨质与钙化的骨组织相连。作爲成骨细胞的标志，其胞浆内富含硷性磷酸酶，此外，Ⅰ型7 r/ N' q4 H2 |" e9 t) {* t
胶原以及非胶原蛋白骨钙素、骨桥蛋白、骨粘连蛋白等也是成骨细胞的一种标志。免疫组织化学染色，可在成骨细胞的包膜上有多种受体，对
9 q- ?! F. p4 T; YPTH、PGE2、Calcitonin发生特异性反应，在上述激素的作用下，细胞内的cAMP浓度倍增，这些特征可用于体外培养成骨细胞的鉴定标志之一。
4 t" W/ |. U, s/ e/ Q成骨细胞在钙化条件培养下，具有形成钙化结节这一特点，可采用免疫组织化学方法染色证实，也可作爲其一种标志。
* {) J! Q1 P/ M! ]9 \" G9 {总之，到目前爲止还不能根据任何一种单一的表型来确定成骨细胞的存在与否，但是，在成骨细胞发生、分化的不同阶段，均存在成& c) _. i( n/ F! ^
骨细胞的表型标记物，至今仍无法确切的将其标记。
# p1 V4 l8 c( }6 ~! P: F（二）破骨细胞
8 m9 u; d6 }) _$ Y5 k. |* Y t, `破骨细胞的标志：破骨细胞含有丰富的酸性磷酸酶及抗酒石酸磷酸酶（TRAP）。OC对TRAP呈阳性反应，爲棕褐色；OC表面有许多降钙3 S$ ^2 L- v2 `6 O
素(CT)受体，对CT呈阳性反应，爲深紫色。目前己把TRAP及CT作爲鉴定破骨细胞的重要标志。在破骨细胞的形成过程中，其对TRAP的反应如下
& e3 a4 K# J: Z5 s. t) U：
4 h. k! b. c! g) D7 c! W 骨髓生血干细胞 分
2 F7 W, q3 Q% b3 A4 K) h+ Q- L↓ Q }0 X5 l# K: c: i1 W
TRAP阴性的前破骨细胞 化8 ?& r; n/ |" i7 a' I8 q
↓9 `3 V$ n+ C- D$ D5 F. V+ c! S" o
TRAP阳性的前破骨细胞 融
7 g. p0 a' y% K- n+ Q5 n↓
; S! |- w T/ a5 aTRAP阳性的破骨细胞 合
) z0 }" q: A' @( I综上所述，破骨细胞是机体内的大型多核巨细胞(6)，来自CD34Ⅲ的骨髓干细胞，经研究证实CD34Ⅲ细胞在粒细胞克隆刺激因数(G-2 j; W0 p; x/ @8 c ^$ N, y
CSF)作用下可分化爲形成造血细胞，在1，25(OH)2D3：以及白细胞介素(1L-l、3)等刺激因数的作用下，可分化爲成熟的破骨细胞，具有体外骨
. W& n9 j( L p' {1 G吸收的功能，可在灭活的骨片上形成吸收陷窝。降钙素受体(CTR)、抗酒石酸磷酸酶(TRAP)、II型碳酸酣酶(CAⅡ)、组织蛋白酶K(CK)、以及. i$ a) L& J D+ ~7 m. Q# Y( X2 c
Vitronectin受体(VR)是破骨细胞的主要标志。破骨细胞通过其质膜上的空泡型质子泵分泌酸，分解骨组织中的无机矿物质；并同时通过分泌多
; Y! i7 n8 b2 g' \5 l# k种溶酶体酶(主要爲组织蛋白酶K、L、B和N)，降解有机骨基质。破骨细胞在进行骨吸收过程中是通过多种细胞因数的调控，以及各种细胞间的
. }) ^0 k) R6 T0 @9 X: g2 C! D相互作用和制约，通过复杂的分子机制完成的。4 z6 D+ |0 I: g
3 g% _) d. i: L5 W, n' H
骨细胞与调节因数
) Y5 C5 u9 ~; [* l- P6 o( R: P- l' }骨基质主要由成骨细胞综合形成，骨的矿化是由成骨细胞的基质小泡介导发生的矿化过程。成骨细胞不仅与骨的形成密切相关，而且
5 d: \0 u7 z: \+ D' E4 q在骨吸收中也起着关键性作用。因而成骨细胞有被认爲是调控骨吸收的中心细胞。骨吸收时是成骨细胞在激素的作用下分泌胶原酶，降解骨的
0 Q2 p* B, I% \Ⅰ型胶原啓动骨的吸收。近年研究认爲，成骨细胞对骨吸收可能有啓动作用。此外，由成骨细胞合成、分泌的骨桥素是一种磷酸化的糖蛋白，0 L9 C, T, y$ k6 E1 e
与破骨细胞对骨面的粘附密切相关。由成熟的成骨细胞合成、分泌的骨涎蛋白也参与了破骨细胞的粘附与吸收过程。脱磷酸化的骨桥素则不再
& ?# ]' z3 B0 r与破骨细胞相结合。此时破骨细胞分泌抗酒石酸性磷酸酶(TRAP)，则致使破骨细胞脱离与骨面的吸附，在多种因数作用下，成骨细胞进入骨面' x- W' P4 p+ }9 R4 F' `
，开始了成骨活动。成骨细胞的主要调节因数简述如下：
, c0 I( b* u/ W/ h8 z( Y7 e转化生长因数β(TGF-β)，是细胞生长分化的主要介质之一。活体状态下具有调节骨基质形成和更新的能力；离体状态下TGF-β具有
) v- |0 v. B1 s! ^ j3 t" c抑制成骨细胞分化及骨的矿化作用。研究表明成骨细胞本身也可産生TGF-β的功能。因而TGF-β对成骨细胞具有双向调节其功能的作用。当骨
: r5 c) a+ H2 N吸收时破骨细胞分泌酸可活化TGF-B，促进成骨细胞的形成，爲骨吸收后的骨改建奠定了基础。由此认爲TGF-β促进成骨细胞增殖、分化，是从
4 j+ [8 Q" Z& C. h0 S( w: n骨吸收开始相继发生的续后过程。此外，TGF-β还具有明显的促进细跑外基质合成的作用，还可刺激胶原、骨连接素及骨桥蛋白功合成，增强1 I/ P$ W" d8 X& {5 z6 ?
骨基质的形成。
, J3 ^0 M9 s# K# K0 ?( e1，25(OH)2D3对成骨细胞具有双向调节作用。1，25(OH)2D3在体内参与血钙浓度的调节：在体外可抑制成骨细胞的分化；对成熟的成, @6 |& {) [: o. g+ G
骨细胞可促进其收缩、移动，致使矿化的骨面暴露，并启动破骨细胞进入骨面；对未成熟的成骨细胞还具有负调节作用。对成熟的成骨细胞可
! ^" r; H/ q w, M, N促进其IL1的産生，还具有调节TGF-β受体表达及增加TGF-β的分泌数量。迄今爲止，其双向调节的应答反应的机制仍有待深入研究。- l+ B8 w, x* Z8 z2 ^
胰岛素样生长因数(IGF)，是骨基质中所含的生长因数，主要促进成骨细胞的增殖和分化，还可促进胶原的合成。IGF-I是成骨细胞本
9 s) ?7 I8 M- H: h身分泌于胞体周围后又作用于细胞本身的一种因数。IGF-I与IGF-II由骨细胞産生井储存于骨中，在骨吸收时，其分泌增多并释放出来，可刺激
) L. c' u0 b5 W成骨细胞的分化与增殖，对骨形成具有明显的促进作用。5 a; X* P4 L% u) T# ?+ H
白细胞介素1(IL-I)，IL-I包括IL-Iα及IL-Iβ两种类型，主要由单核巨噬细胞与骨髓基质细胞産生，两者具有相似的生物活性，是骨
# }$ I- Z, v* `. T代谢中重要的细胞因数，可促进成骨细胞增殖。实验研究表明IL-I长时间作用于成骨细胞，可産生双向作用，低剂量能增加骨的形成，高剂量" S0 z; X& x; ]2 r
可抑制骨的形成或无影响(9)。! E, v( x+ @/ q% {. t0 r
地塞米松，爲人工合成的一种可溶性糖皮质激素。在体外可促进成骨细胞的分化及矿化结节的形成，还可促进I型胶原的合成。但对成' g& z. m' c$ W) }
熟成骨细胞不具有刺激作用。
5 w/ \# f% `8 E& t" f6 z8 Q雌激素是骨改建的主要调节因数，可抑制成骨细胞分泌IL-1，从而抑制骨的形成。此外，还具有抑制钙离子吸收的作用，雌激素的减
& U2 o6 G. y' i; n- |9 E少影响骨的形成与改建，可导致骨质疏松的发生。+ Y' a5 L9 k, Q9 O% Q6 k, I
肿瘤坏死因数α(TNFα)，具有广泛的生物活性，可由成骨细胞及破骨样细胞産生。TNFα可直接作用于成骨细胞，低剂量可刺激成骨
& m) X" ^% z1 D( x1 H5 k+ Z细胞的增殖，而高剂量又可抑制成骨细胞的增殖，主要通过抑制胶原的合成与骨钙素的形成来抑制骨的新生。( P- Y ~) v( C0 Q: E
骨形成蛋白(BMP)，由成骨细胞産生(7)，现已知道人类骨组织中含有四种：即BMP-1、BMP-2A、BMP-2B及BMP-3。上述四种类型的骨形 F- M. n6 ^- Y, y
成蛋白均可在人体内诱导软骨的形成。研究表明，BMP爲骨形成的主要诱导因数，可诱导末分化的间叶细胞向骨细胞及软骨细胞分化，并分泌6 }! ~: B) n1 O" K' P
BMP诱导新骨形成。BMP-4对成骨细胞的分化具有诱导作用，还可促进BMP-6的合成。BMP-6在成骨细胞分化的早期，可介导糖皮质激素诱导成骨1 u) s! a% c4 R$ P! R: G
细胞的分化与成熟。BMP-7在鼠内骨肉瘤中可抑制其细胞增殖；但又可在人成骨细胞培养时，促进细胞增殖；BMP-7还有增加IGF-Ⅱ受体量等功
2 z/ p1 o/ N L7 k* e能，总之，BMPs具有多方面诱导和促进骨形成的作用(8)。) T! m9 M8 p. E( M1 P9 U
骨吸收活动是由破骨细胞介导，通过复杂的分子生物学机制完成的。骨吸收时OC、OB、巨噬细胞、淋巴细胞等相互作用、相互制约，
% B2 o _9 f; G! U" t$ r( M6 U分泌并释放多种细胞因数，启动或抑制各种细胞的活性，调控骨的吸收与形成。调节OC的局部因数，主要源于成骨细胞、基质细胞以及骨髓中9 n& h/ ], S( X2 p; h0 H* _
的各种免疫细胞等等，这些细胞都参与了骨吸收的调控。与骨吸收密切相关的主要细胞因数如下：
" X+ G7 D2 h9 L0 Q- L降钙素(CT)：由甲状腺滤泡分泌，又称甲状腺降钙素，其主要功能是抑制骨吸收和降低血钙。OC细胞膜上具有丰富的降钙素受体，CT
# h7 X2 y k# w& y( l& T0 e对OC具有直接的抑制作用；首先OC上CT受体与CT相结合后，可抑制Na+、K+、ATPase，使波状缘的伸展活动受限，导致OC不能附着骨面；此外还' C: W# P6 x& a- j3 f3 B8 T
可抑制碳酸酣酶，减少酸的分泌；CT又可以促进骨组织中cAMP水平升高，从而增强CT对OC抑制骨吸收的作用。CT对OC的作用是一过性的，之后
# d) Z( a+ V. sOC还可以恢复运动，因此，CT在临床治疗骨质疏松症等疾病时，其短期疗效明显，长期使用则疗效欠佳，即属此。
& f( M7 U7 X# I8 j& [甲状旁腺激素(PTH)：由甲状旁腺分泌，主要功能是调节Ca2+、P3－代谢，促进骨吸收。OC的细胞膜上并无PTH受体，其促进骨吸收作6 |" m; C- f+ R& v4 m
用主要是通过以下几个途径：PTH可促进OC内的空泡增加，从而增强OC的活性；PTH可以促进OC的酸分泌以及水解酶的合成，从而增强骨吸收作 G- m Y3 r, P+ V- _. y0 ~4 W( J% c
用：PTH还可通过首先作用于OB，间接促进骨吸收；PTH通过促进cAMP的生成，进一步促进骨吸收。由于成骨细胞上有PTH受体，因此OC与OB共同
/ p$ c8 l0 d0 z1 q; _培养，再加入PTH，可以刺激破骨细胞性骨吸收。PTH对单独分离、培养的OC无任何作用，这进一步说明PTH对OC的作用是通过其他细胞介导而间5 X& B0 N ~, v, p* A' f* J
接发生的。
& \3 `" s& U/ H) [- N- B前列腺素(PGs)：最早由前列腺中提取而命名。此后发现全身多种组织中都含有PGs，其主要功能爲抑制破骨细胞的活性而抑制骨吸收) c- p3 u5 {4 ?/ Q
。此外还可通过刺激成骨细胞cAMP水平的增高，间接刺激破骨细胞性骨细胞。PGs在体内是由花生四烯酸经酶催化后的産物(10)。
$ X4 k4 H4 B4 i2 J7 L0 x活性维生素D3(1，25(OH)2D3)：在PTH及Ca++与P+++的作用下在肾脏内産生；也可由淋巴细胞及单核细胞産生。其功能爲具有明显促进
9 }5 U2 p# C! b$ K骨吸收的作用，是OC成熟的主要启动因数；还可增加OC的数量；并可与PTH有协同作用，共同促进骨吸收。OC细胞膜上并无活性VD3的受体，其
- T& Q- n: j" {7 r7 K特异性受体只存在于成骨细胞及前成骨细胞的细胞膜上，因此对体外分离、培养的破骨细胞无作用，只有在成骨细胞存在时，才能刺激破骨细4 o# I0 d- P* Z- q
胞性骨吸收的形成。) J9 Q- S& k ^ R2 x0 \
细胞因数：过去又称淋巴因数，因爲最初是在启动的淋巴细胞培养液中发现的，包括多肽，构成免疫系统的细胞之间沟通的分子基础: x/ W. @4 t0 L+ ?
。近年发现其中许多细胞因数对骨吸收起了重要的作用。现在又称白细胞介素(IL)，其中LL-1α，β是骨吸收的有效的强力刺激因数，它可以
' D {! G% L$ e8 h- @# ^8 x刺激成骨细胞産生PGE2，介导骨吸收，还可刺激成纤维细胞与吞噬细胞産生胶原酶，活化OC而促进骨吸收；IL-2可以通过刺激OC分泌促进骨吸3 e& ~' i, _! b& O1 J2 ^0 A
收；IL-6爲多功能的细胞因数，是介导破骨细胞性骨吸收的中心因数，具有显着促进骨吸收的作用。此外，IL-6的抗体可阻断骨吸收。, B3 Z( h: F: |. J1 _$ b! ~
转移生长因数(TGF-β)：共发现TGF-β有五型，其中T TGF-β1-3在人及哺乳类动物中均可发现，而TGF-β4-5仅在鸡和蟾蜍中见到。
* Z) U1 }8 w( Q0 i' ?其功能主要是对破骨细胞的分化、成熟起促进作用，可促进破骨细胞性骨吸收。研究表明，在骨吸收及骨形成的局部微环境中，皆可检测出活
. Q2 }' o) ?: F( a- U化的TGF-β，它对OC及OB的成熟、活化，起了调节和促进作用。
8 u. G4 n8 @7 h- U; z肿瘤坏死因数(TNFα、β)：可由肿瘤细胞産生。其功能爲增加OC的数量，通过成骨细胞的介导，具有明显的促进骨吸收的作用；并可, j+ [1 k4 n1 ]1 i" {0 }
以抑制骨胶原的合成，减少矿化骨基质的量，从而导致骨形成减少，骨吸收亢进。/ T4 r8 z. h/ F* k! ]1 `' K
干扰素(IF)：由免疫细胞産生。可抑制前OC的增生、分化，从而抑制破骨细胞性骨吸收，是一种多功能的细胞因数，又是骨吸收抑制
. u- R; Z2 m( D6 L7 b) |因数。
7 [5 a4 Z3 [' j# e5 E2 s* \3 {1 l白细胞介素-18(IL-18)：是由成骨细胞産生，可以抑制破骨细胞的形成，从而抑制了体外的破骨细胞性骨吸收。8 b( |+ U( d1 b( d1 L# r) a
白细胞介素-17(IL-17)：其作用正与IL-18相反，可以诱导破骨细胞的成熟，从而促进了体外的破骨细胞性骨吸收。此外IL-17还可以) |& ^3 T. O; u6 |. J' f
作用于成骨细胞合成PGE2，促进破骨细胞的前体细胞分化形成成熟的破骨细胞，进一步促进骨吸收。 |
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发表于 2009-5-21 14:04:22
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