郑州大学远程教育医学基础本科试述骨组织4种细胞的结构特点及功能

试述骨组织4种细胞的结构特点及功能

骨祖细胞是骨组织的干细胞，位于骨外膜及骨内膜贴近骨的表面，体积小，呈梭形，弱嗜碱性。当骨组织生长或改建时，能分化为成骨细胞。

成骨细胞分布于骨组织表面，胞体有细小突起，矮柱状或椭圆形，胞质嗜碱性。电镜下可见大量的粗面内质网和高尔基复合体。成骨细胞合成和分泌骨基质的有机成分，形成类骨质。成骨时，成骨细胞还释放基质小泡。泡内有细小的钙化结晶，是钙化的起始部位。成骨细胞分泌类骨质后被包埋于其中，便成为骨细胞。

骨细胞位于骨板内或骨板间，胞体较小，有许多细长突起，胞体呈扁椭圆形。胞体所在的腔隙称骨陷窝；突起所在的腔隙称骨小管。骨细胞的结构和功能与其成熟度有关。刚转变的骨细胞与成骨细胞相似，仍能产生类骨质。随着类骨质逐渐钙化为骨质，细胞逐渐变为成熟的骨细胞。体积变小，细胞器减少，突起延长，相邻骨细胞的突起以缝隙连接相连，骨小管彼此相通。骨陷窝和骨小管内含有少量组织液。骨细胞具有一定的溶骨和成骨作用，参与调节钙、磷平衡。

破骨细胞数量少，主要分布于骨组织的边缘，是一种多核的大细胞，直径30~100μm，含有6~50个核。目前认为它由多个单核细胞融合而成，无分裂能力。胞质为嗜酸性，细胞器丰富，尤以溶酶体和线粒体居多。功能活跃的破骨细胞有明显的极性，光镜下可见破骨细胞贴近骨基质的一侧有皱褶缘。电镜下呈许多大小和长短不一的突起。胞质内含多种水解酶和有机酸，溶解骨盐，分解骨有机成分。表明破骨细胞具有很强的溶骨和吸收能力。

骨组织工程中成骨细胞有四种来源：骨、骨外膜、骨髓和骨外组织，其中以骨髓为最优。因为骨髓基质细胞具有多向分化潜能，因此有必要选择最佳的培养条件来促进其增殖并定向分化为成骨细胞。可通过使用物理、化学和生物等多种手段来达到此目的，其中以BMP、b-FGF和TGF-β的作用最为显著和直接。也可将各种生长因子的基因转入骨髓基质细胞，使其稳定有效地表达，通过自分泌和旁分泌作用来达到同样的目的。

将组织工程方法应用于临床已成为骨缺损修复的趋势。组织工程全过程包括种子细胞的选择和培养、种子细胞和生物材料复合后联合培养、复合体植入体内三个步骤。其中，种子细胞的获取和培养无疑是基础和最为重要的环节。

理想的骨组织工程种子细胞应具备下列特点：（1）取材容易，对机体的损伤小。（2）在体外培养过程中具有较强的传代繁殖能力并易定向分化为成骨细胞。（3）植入机体后能适应受区的环境并保持成骨活性。目前，作为种子细胞的成骨细胞有4种来源：骨、骨外膜、骨髓和骨外组织。综合相比之下，以骨髓为最优[1]。

骨髓分造血和基质两大系统，其成骨能力来源于基质系统。骨髓基质细胞具有多向分化潜能，可向成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、网状细胞和肌细胞等多方向转化。等[2]研究表明，从鼠骨髓悬液中得到的细胞克隆异位植入后仅有30%成骨，并且在成骨的样品中只有50%产生含有功能性骨髓的骨，其余集落形成结缔组织或没有任何组织形成。出现这种情况主要是因为骨髓内确定性骨祖细胞（DOPC）数量有限。研究表明：从骨髓内得到的有核细胞数为(46±32)109/L吸出物，而其中碱性磷酸酶（ALP）阳性细胞数仅约为有核细胞数的 4.3×10-5，且数量随供体年龄增大而减少[3]。用ALP抗体与细胞孵育后，用流式细胞仪将细胞分离为ALP强阳性、弱阳性和阴性三类，发现ALP强阳性的细胞中DOPC的量为原始骨髓的2～100倍[4]。但用这种方法提纯细胞将丢失将近50%的DOPC，而从一个部位每次骨髓的抽出量不应超过 2 ml，否则将因吸出物中血量的增加而引起有核细胞数明显减少[5]。所以，用流式细胞仪来纯化细胞的方法不可取。

因此，为了提高骨髓的成骨效率,有必要选择合适的培养条件，以促进骨髓基质细胞分裂增殖并定向分化为确定性骨祖细胞。可通过使用物理、化学和生物等多种手段来达到此目的。而其中以生物因素的作用最为显著和直接。生物因素的调节作用包括全身性调节和局部调节两大方面。前者主要包括钙磷调节激素、维生素和β-甘油磷酸钠等；后者为各种细胞因子，包括骨生长因子（SGF）、胰岛素样生长因子-1（IGF-1）、转化生长因子-β(TGF-β)、酸性和碱性成纤维细胞生长因子(FGF)、血小板源性生长因子（PDGF）、骨形态发生蛋白（BMP）、表皮生长因子（EGF）肿瘤坏死因子（TNF）、白介素和造血因子（G-CSF、GM-CSF）等。

身性因素中，各自的调节效果不一。地塞米松作用后，骨髓基质细胞ALP活

性增强，骨钙素、骨涎蛋白和骨桥蛋白的合成均明显增加，但4周后，只有ALP 活性增加，其它几种蛋白质的合成则下降。说明地塞米松可促进骨髓基质细胞向成骨细胞分化，早期以促进基质合成为主，后期以促进钙化为主[6]。但是，地塞米松在促进成骨的同时，能激活骨髓基质细胞表面的糖皮质激素受体，使其向脂肪细胞分化，从而会减少向DOPC分化的相对比例[7]。1,25-（OH）2VitD3在促进骨髓基质细胞向成骨细胞分化的同时，可抑制其向脂肪细胞转化。这主要是因为1,25-（OH）2VitD3通过降低脂肪细胞晚期基因标志物：ap2和脂肪的mRNA 水平而抑制由糖皮质激素诱导的脂肪生成[8]。如果在取骨髓前短期使用大剂量的1，25-（OH）2VitD3，可大大促进骨髓基质细胞转化为成骨细胞，从而显著提高吸出物中的成骨细胞量[9]。

维生素C促进体外培养细胞合成胶原，形成钙化，亦能调节ATP及ALP活性，并影响其合成[10]。β-甘油磷酸钠可提供磷离子作为碱性磷酸酶的底物，从而加速结节钙化

参考文献

1 魏宽海，裴国献．组织工程化骨组织中成骨细胞来源的选择．国外医学·创伤与外科基本问题分册，1998，19(3)：155

2 刘晋才.细胞因子与骨和软骨的修复.中华骨科杂志,1998, 18(4):24

3 王宏训,朱盛修,乔健. 骨膜成骨细胞分离培养及其BMP-2 cDNA基因转染的初步研究. 中华显微外科杂志,1996, 19(4):273

4《五官科学》