成骨细胞和破骨细胞在骨组织工程学的作用

2014-04-16邢晓东

科技视界 2014年13期

关键词：骨组织骨细胞成骨细胞

邢晓东

（辽宁工业大学医院，辽宁锦州 121001)

近年来，组织工程学逐渐应用于骨组织再生和修复，而成骨细胞和破骨细胞在其中发挥着重要的作用，然而一些影响因素限制了其进一步应用，如何有效的控制影响因素，突破这些限制，使成骨细胞和破骨细胞在骨修复、骨重塑领域开拓更加广泛的应用空间。

1 成骨细胞（OB）

1.1 OB在骨组织工程学中的作用

OB是骨形成的主要功能细胞，负责骨基质的合成、分泌和矿化。OB在维持骨架中起着至关重要的作用。OB负责着骨基质的沉积和对OC的调节。在分化期间，OB有活跃的分泌功能，能合成和分泌骨基质中的多种有机成分，包括Ⅰ型胶原蛋白、蛋白多糖、骨钙蛋白、骨粘连蛋白、骨桥蛋白、骨唾液酸蛋白等；还分泌胰岛素样生长因子Ⅰ、胰岛素样生长因子Ⅱ、成纤维细胞生长因子、白细胞介素-1和前列腺素等，他们对骨生长均有重要作用；此外，还分泌破骨细胞刺激因子、前胶原酶和纤溶酶原激活剂，他们能促进骨的吸收。

1.2 影响OB的因素

1.2.1 正性因素

（1）降钙素：刺激 IGF-1、c-fos、Ⅰ型胶原和骨钙素mRNA 表达，刺激 OB增殖和分化；（2）性激素：能够刺激OB，促进骨的形成；（3）胰岛素样生长因子（IGF）：可刺激OB的增殖和分化并作用于OB和OB前体，促进骨骼的更新；（4）骨形态发生蛋白（BMP）：可刺激原代OB或从骨组织中分离出的其他类型细胞分化为OB；（5）转移生长因子-β（TGF-β）：刺激非转化的OB的DNA合成及细胞增殖。

1.2.2 负性因素

（1）皮质类固醇：长期给予超量可以抑制OB的形成和功能。适当剂量能减少前成骨细胞转化为OB，使骨量减少；（2）糖皮质激素：导致成熟的具有分泌功能的OB和支撑OC产生的OB的数目减少。

1.2.3 双重作用因素

（1）瘦素（leptin）：它可以作用于中枢神经细胞来削弱OB的活动，或者直接结合于OB表面受体来促进骨的发育的作用；（2）血小板衍生生长因子（PDEF）：能显著促进OB的增殖，却部分抑制OB的分化。

2 破骨细胞（OC）

2.1 OC在骨组织工程学中的作用

破骨细胞是一种巨大的多核细胞，起源于骨髓中的造血干细胞。破骨细胞接触到骨基质，开始活化，细胞骨架发生重组、细胞极性开始形成并出现骨吸收特异性的膜区域。由于破骨细胞的骨吸收与成骨细胞的骨形成处于动态平衡过程，使骨组织不断更新，因此维持了骨骼的硬度与弹性。除此之外，影响成骨细胞的活性，介导干细胞从骨髓到血液循环的迁移，也是破骨细胞的重要骨生理功能。

2.2 影响OC的因素：

2.2.1 正性因素

（1）TNF：促进T细胞产生M-CSF并刺激OB和其他细胞分泌RANKL，进而促进 OC 分化；（2）1,25-(OH)2D3：维生素的 D3 不能直接作用于成熟的破骨细胞，但可以诱导成骨细胞生成IL-1和IL-6促进骨吸收。

2.2.2 负性因素

（1）降钙素：降钙素能够明显抑制破骨细胞活性，减少骨吸收，广泛应用于治疗骨质疏松疾病；（2）雌激素：通过TGF-β、成骨细胞分泌产物、和ERKs磷酸化等途径的介导，促进破骨细胞的凋亡，亦能够通过促进OPG的产生和抑制C-MSF及TNF的产生来抑制OC产生。另外，雌激素也能通过抑制c-JNK的表达和、c-JUN的活性以及AP-1和启动子的结合来抑制RANKL诱导OC的产生；（3）OPG：成骨细胞分泌的骨保护素（OPG），是一种可溶性TNF受体家族成员，也是RANKL的受体，能与RANKL特异性结合，进而抑制破骨细胞的形成、活性和存活；（4）IL-4：能通过抑制IkB的磷酸化来抑制NF-κB的核转位，进而抑制NF-κB的DNA结合活性，从而完全抑制OC形成；（5）INF-γ：通过促进 TRAF6 的降解来抑制 OC；（6）MLAA：RANKL 诱导的OC前体细胞分泌的MLAA被认为是抑制OC形成的一种自身反馈调节机制。

2.2.3 双重作用因素

（1）TGF-β：低溶度TGF-β促进OC分化,而高溶度则反过来抑制其分化；（2）PG:在不同的培养系中，对于破骨细胞的形成和骨吸收具有促进或抑制的作用。