成骨细胞与破骨细胞的研究探讨

林文彬 39 成骨細胞與破骨細胞的研究探討 林文彬 林園中醫診所 台北市立聯合醫院中興院區 摘 要 成骨細胞是骨形成過程中的重要功能細胞。70 年代中期還認爲破骨細胞與成骨細胞爲 共同的祖代來源，但自 80 年代初開始，認識到破骨細胞來源於單核吞噬細胞系統之外的骨 髓生血細胞系統，爲獨立於骨髓幹細胞系統的一個細胞系。 成骨細胞的功能是合成、分泌膠原與糖蛋白，形成骨基質；參與破骨細胞性骨吸收的 調控作用；維持骨的代謝平衡。而破骨細胞是一個高度分化的多核大細胞，其主要功能爲 吸收骨，成骨細胞受下列因數調節：轉化生長因數 (TGF-)、1，25(OH)2D 3、胰島素樣生 長因數(IGF) 、白細胞介素 1(IL-I)、雌激素、腫瘤壞死因數 (TNF)、骨形成蛋白(BMP)， 骨吸收的主要調節因數有：降鈣素(CT)、甲狀旁腺激素 (PTH)、前列腺素(PGs)、活性維生 素 D3(1，25(OH)2D 3)、細胞因數、腫瘤壞死因數 (TNF、) 、干擾素(IF) 、白細胞介素- 18(IL-18)、白細胞介素-17(IL-17)。 關鍵詞：成骨細胞 破骨細胞 前 言 骨質疏鬆症是骨吸收與骨形成之間的平 衡被打破，骨吸收佔優勢而使骨量減少，成 骨細胞和破骨細胞是骨組織特有的兩種細胞， 在激素及細胞因數等作用下作用於骨，是骨 代謝過程中的重要核心細胞。故對成骨及破 骨細胞的研究，對於理解骨質疏鬆的發病及 藥物的療效都具有重要意義。 成骨細胞及破骨細胞的來源 （一）成骨細胞的來源 成骨細胞(Osteoblast OB)是骨形成過程 中的重要功能細胞。成骨細胞的主要功能是 分泌骨基質(包括膠原與糖蛋白)及進行合成。 其分泌的膠原 95爲 I 型膠原蛋白 (1)。此外 還有少量的型、IV 型及 V 型膠原，可見 於小鼠、雞和人胚的成骨細胞。成骨細胞還 參與破骨細胞性骨吸收的調節，兩者是骨代 謝過程中的重要核心細胞。 成骨細胞的起源，經大量研究現己公認： 成骨細胞來源於末分化的多潛能幹細胞，這 種幹細胞具有分化爲多種細胞類型的特徵， 在各種調控因數的作用下，通過複雜的分子 機制，間充質多潛能幹細胞可以分化爲成骨 細胞、成纖維細胞、脂肪細胞以及肌細胞等。 當成骨細胞的祖代細胞接近骨表面時，則演 化爲具有分泌、合成膠原基質的成骨細胞。 當類骨質經過礦化過程以後，成骨細胞己進 入分化的終末階段，其本身包埋於礦化的骨 基質中成爲骨細胞。成骨細胞本身並不增殖， 在體內無增殖能力。但是將成骨細胞進行體 外培養，則具有分裂能力。 被埋入礦化骨基質後的成骨細胞己成熟 爲骨細胞，並成爲終末分化細胞。骨細胞以 成骨細胞與破骨細胞的研究探討40 其身的許多胞漿突起，相互連接，傳遞資訊 及進行物質交換。新形成的骨細胞具有一定 的活性；逐漸老化的骨細胞則體積縮小，細 胞核發生萎縮，失去活性，最終被骨吸收過 程中的吞噬細胞消化、吸收。 此外，來源於未分化的間充質中多潛能 成骨細胞系中，還有一種類型細胞爲骨內襯 細胞被覆於骨的表面，呈扁平狀、橢圓型胞 核，無成骨及破骨功能。經研究認爲，這種 帖附於骨表面的骨內襯細胞，參與了破骨細 胞性骨吸收過程，並對骨代謝過程中的鈣、 磷在細胞外液中的流動起了調控作用。 由此可見成骨細胞處於功能活躍狀態時， 分泌全盛骨基質，最終包埋於骨基質中；而 無成骨功能的細胞，最終以骨內襯細胞形式 被覆於骨的表面呈休止態。 （二）破骨細胞的來源 破骨細胞是高度分化的多核巨細胞，直 接參與骨吸收，是骨組織吸收的主要功能細 胞。 破骨細胞的來源：由於長期以來對於破 骨細胞(Osteoclast ，OC)的來源問題一直不 清楚，給研究工作帶來許多困難，因而對臨 床各種骨疾患的診斷及其防治，也不可能進 一步深入和提高。對於破骨細胞來源的認識， 在二十世紀 40-70 年代，普遍應用的經典理 論爲多潛能的骨源細胞學說，認爲破骨細胞 是由骨源細胞融合而成。直至 70 年代中期 還認爲 OC 與成骨細胞(OB)爲共同的祖代來 源。這種觀點多年來一直是個疑問，不能被 證實，現已被否定。自 80 年代初開始，提 出了 OC 來源於骨外生血系統，自此又出現 了三種不同觀點： 1. OC 源於單核吞噬細胞系統，即由單 核細胞融合而成，這一觀點現已被否定。 2. OC 與單核吞噬細胞共同來源於骨髓 生血系統的同一前身細胞，之後各自向不同 方向分化。這一假說也被實驗研究所推翻。 研究表明，由骨髓而來的單核細胞經培養之 後，可以分化爲破骨細胞，但是末梢血中的 單核細胞與腹腔中的單核巨噬細胞，經培養 後並不能形成破骨細胞，而且前者與破骨細 胞的細胞膜上有不同的表面抗原，這提示了 破骨細胞與單核巨噬細胞兩者不是來自共同 的祖代。 3. OC 來源於單核吞噬細胞系統之外的 骨髓生血細胞系統，爲獨立於骨髓幹細胞系 統的一個細胞系 (2)。Walker 曾採用患有硬化 病的小鼠及正常小鼠進行了血循聯體實驗， 結果患硬化病的小鼠恢復了正常。研究表明， 破骨細胞胞漿中碳酸酣酶(CA)基因突變 可以引起骨硬化症的發生。 由此表明，破骨細胞是來源於正常鼠的 骨髓生血系統。此外，在臨床上通過對患石 骨症的患者移植整個胸腺、骨髓等，也取得 了良好的療效。由此說明，破骨細胞的形成 取決於血循中的細胞。OC 在胚胎早期就己 到達骨膜，再逐漸分化、融合爲破骨細胞， 也就是說 OC 的前驅細胞是前破骨細胞 (Proosteoclast)，它在胚胎期間己存在於骨的 微環境中，到達骨膜後，由前破骨細胞分化、 融合爲破骨細胞。OC 在各個分化階段，具 有特有的膜抗原和受體。到目前爲止，雖然 OC 的祖代正身還難以確定，但 OC 的前驅 細胞是來自與單核吞噬細胞系統不同的骨髓 幹細胞系，這一點己被公認。該觀點在 80 年代初，己被首先進行分離、培養破骨細胞 的 Chamber(1984 年) 所證實，即 OC 來源於 骨髓生血幹細胞。 成骨細胞及破骨細胞的形態、結構與功能 （一）成骨細胞的形態、結構與功能 具有分泌、合成功能的功能態成骨細胞， 爲排列呈一行的立方形或矮柱狀的細胞，彼 此以細胞的胞漿突起相互連接，借助其新形 成的類骨質與鈣化的骨面相接。由於功能態 林文彬 41 的成骨細胞主要功能是分泌前膠原分子、無 定形的骨基質和酶，在電鏡下顯示出分泌細 胞的特徵，含有豐富的粗面內質網，是大量 合成蛋白的特徵。線粒體細長且數量增多， 胞漿中游離的核蛋白體豐富。細胞核較大而 圓，位於細胞的一端，具有單個明顯的核仁， 核染色質呈網狀，多靠近核膜一側分佈，細 胞漿內的微絲靠近胞膜側分佈，近年研究認 爲這些微絲的結構與肌動蛋白的結構極爲相 似，並能與肌球蛋白結合，故推測微絲的功 能與肌動蛋白功能相似，有助於細胞的伸縮， 與成骨細胞的收縮運動和移動相關。成骨細 胞 (3)爲立方形，約 20 微米直徑，其胞漿呈 嗜鹼性，由於胞漿內含有大量的鹼性磷酸酶 所致，與骨組織礦化密切相關。此外胞漿內 還存在有大量的高爾基體，與膠原的加工和 排除相關。類骨質礦化後，成骨細胞被包理 於礦化的骨組織中，成爲骨細胞 (4)，爲扁圓 形、多突起的細胞，其體積比成骨細胞縮小， 胞體位於骨陷窩內，其胞漿突起位於骨小管 內，並借助于骨小管與相鄰的骨細胞連接。 非功能態的成骨細胞位於骨組織的表面， 爲扁平狀沿骨面排列呈一層，其胞漿內的細 胞器較少，細胞處於無功能的靜止態，又稱 其爲骨的內襯細胞，是成骨細胞的一種特殊 狀態，可能參與破骨細胞性骨吸收的調控。 成骨細胞的功能：成骨細胞的主要功能 有以下三點： 1. 合成、分泌膠原與糖蛋白，形成骨基質 骨基質的主要成分爲型膠原，由成骨 細胞合成；並通過鹼性磷酸酶等多種酶介導 入骨組織的礦化過程。 2. 參與破骨細胞性骨吸收的調控作用 成骨細胞不僅與骨形成密切相關，而且 在骨吸收過程中也起了相關重要的作用，直 接與間接地參加了骨吸收的調控。成骨細胞 又被認爲是調控骨吸收的中心細胞，通過各 種因數的作用，致使成骨細胞變形離開骨面， 由於骨面的暴露，遊走的破骨細胞才得以進 入和附著骨面，開始了骨的吸收活動。同時 成骨細胞作爲破骨細胞的輔助細胞，參與骨 的吸收、分解。 3. 維持骨的代謝平衡 骨的代謝及改建的主要功能細胞是成骨 細胞與破骨細胞的協同作用，在多種細胞因 數的調控下，通過複雜的分子機制完成骨代 謝平衡。一旦這種骨的吸收與形成的平衡被 破壞，則進入病態，從而引起了多種骨疾患 的發生，並導致了骨代謝障礙。 綜上所述，成骨細胞是來源於未分化間 充質中的多潛能幹細胞，是由具有多種形態 和功能特點的細胞亞群構成，參與了骨的吸 收、形成及改建。成骨細胞與破骨細胞在多 種細胞因數的調控下，通過複雜的分子機制， 兩者協同維持了骨的代謝平衡活動。 （二）破骨細胞的形態、結構與功能 OC 是沒有突起的多核大細胞 (5)，直徑 爲 30100um，有數十個甚至多達上百個細 胞核，其胞核多呈圓形，核膜平整，染色質 顆粒細小且分佈均勻，著色較淺，內有 12 個核仁。幼稚的 OC 胞漿嗜鹼性，成熟 後的 OC 胞漿嗜酸性，並隨著細胞的老化胞 漿嗜酸性愈強。通常胞漿內有豐富的線粒體 以及大量的溶酶體與游離的核糖體。 破骨細胞的胞膜上有質子泵，其功能是 分泌酸，主要是空泡型質子泵。此外 OC 含 有極爲豐富的酸性磷酸酶(其同功酶爲 TRAP)、 溶酶體酶、6-甘油磷酸酶、8-葡萄糖醛酸酶、 芳香基硫酸酯酶及組織蛋白酶等，存在於粗 面內質網、高爾基複合體中。OC 在骨吸收 與骨的重建中起啓動作用，一旦 OC 附著于 骨面形成了骨吸收的微小環境，即可通過分 泌釋放酸及酶，導致骨的吸收；前者致使骨 礦溶解，後者導致骨的膠原降解，從而引起 骨的破壞。靜止狀態下 OC 無極性，只有在 進行骨吸收功能狀態下才具有明顯的極性。 成骨細胞與破骨細胞的研究探討42 超微結構觀察可以看到骨吸收時的 OC 呈現 細胞的極化，可分爲以下四個部分： 1. 波狀緣(ruffled border)又稱褶皺緣， 在光鏡下亦稱紋狀緣(striated border)，爲 OC 附著骨面後，對著骨面進行骨吸收的特殊分 化的細胞膜，由許多不規則的絨毛狀突起組 成，可大大增加破骨細胞進行骨吸收的表面 積，OC 通過這些絨毛突起分泌酸與酶等多 種生物活性物質，並攝取游離出來的骨鹽。 據研究報道，一個 OC 可以溶解由 100 個成 骨細胞形成的骨質。OC 是可以移動的細胞， 當在一個部位進行骨吸收之後，可以從該部 位移動到另一個部位，再進行骨吸收活動。 當 OC 離開骨的表面之後，其波狀緣消失， 骨的吸收活動也就停止。 2. 空泡區(vesicular region)，位於許多 絨毛突起之間以及其下方的部位，由密集的 空泡相互連接組成，空泡區存在各種酶，其 功能主要是分泌、攝取以及消化細胞外被溶 解的物質，是骨吸收時的重要組成部分。其 中的碳酸酣酶(Carbonic Anhdrase，CA)在骨 的吸收破壞中起極爲重要的作用，OC 在局 部分泌酸與蛋白酶進行骨吸收，其分泌的酸 主要是通過二型碳酸酣酶(CA)將 CO2 溶 於水形成 H2CO3 而産生的，對骨組織的脫 礦及有機基質分解起了至關重要的作用。 3. 封鎖帶(sealing zone)又稱透明帶 (clear zone)，其部位是在波狀緣的周圍，爲一環 形的胞漿區，此處無細胞器，內含有大量微 絲(如 Vimentin 等)、微管及肌動蛋白(F- Actin)，主要由均質的核糖體組成。其主要 功能是把被吸收的骨質包圍、封閉，與外界 隔絕，保證骨吸收時微小環境的 PH 值(約爲 PH3-5)呈酸性環境，足以使骨組織脫礦、溶 解。此外，封鎖帶還具有資訊傳遞功能，其 中的微絲、微管、肌動蛋白都參與了細胞間 的離子交換及資訊的傳遞作用。OC 進行骨 吸收時封鎖帶明顯增大，確保其封鎖功能的 行使。一般情況下每次封閉 2-10 分鐘之後， 隨著 OC 的移動及附著骨面，封鎖帶再繼續 進行封閉骨吸收時所必要的微環境。OC 通 過封鎖帶緊貼骨面，是通過 OC 中的微絲進 行收縮來行使其封鎖功能的。 4. 細胞基底部(basal part of the cell)，爲 不接近骨面的游離端。細胞核位於細胞的基 底部位，其內含有豐富的高爾基體、線粒體 等細胞器，圍繞每一個細胞核排列。OC 中 的許多酶存在於粗面內質網及高爾基體中， 在 OC 進行骨吸收活動過程中，這些酶不斷 向波狀緣方向移動，參與骨的吸收、破壞。 破骨細胞的功能：骨吸收與破骨細胞相 伴隨，骨吸收活動是 OC 在骨的微環境內進 行的複雜分子生物學反應的過程。骨吸收時 首先是 OC 分泌酸，致使骨組織脫礦，繼而 通過分泌的多種酶將殘留的有機物分解。 OC 與胃壁細胞及腎尿管細胞有相類似的結 構與膜抗原，都可以通過細胞膜外分泌酸， 其質子泵相當於一個酸泵，不斷的分泌酸。 是 OC 保證骨吸收的重要結構，通過分泌酸 可直接溶解骨礦中的羥磷灰石，導致骨組織 脫礦。 破骨細胞産酸主要是 II 型碳酸酣酶 (Carbonic Anhydrase， CAII)，將 CO2 和 H2O 結合成 H2CO3，並分解爲 H+HCO3-， 通過其胞膜上的質子泵分泌到局部微環境中。 如果採用 CAII 的阻斷劑乙酰唑胺阻斷了 CAII 的産酸作用，則發現分離、培養的破 骨細胞性骨吸收窩的形成明顯減少或被抑制， 從而證明 CAII 在破骨細胞性骨吸收中具有 重要的作用。 質子泵是一種推動 H+跨膜運動的能量 系統。大量研究表明破骨細胞褶皺緣上質子 泵是屬於空泡型質子泵(即空泡型離子三磷 酸腺苷轉運酶 Vacuolar H+-translocating ATPase，簡稱 V-APase)，廣泛分散於胞漿 內空泡樣細胞器的膜上，當進行骨吸收時， 林文彬 43 則不斷的分泌酸，空泡型質子泵是位於破骨 細胞褶皺緣上的泌酸裝置，只有在功能狀態 下的破骨細胞才具有這一特殊結構特點，也 是引起骨吸收破壞的必要形態結構。 脫礦後的殘餘骨基質，又被 OC 分泌的 各種加水分解酶消化、降解、破壞。研究表 明，OC 在骨吸收過程中 1 小時可形成直徑 20um、深 5um 的吸收陷窩。OC 除了具有 骨吸收作用以外，還具有吞噬功能，被吸收、 破壞的骨組織及其骨基質的分解産物，被 OC 吞噬後，可被輸送到 OC 的空泡內進行 消化、溶解。通過超微結構觀察，可以看到 被 OC 吞噬後的游離晶體，沿 OC 內的微管 進入空泡的過程。由此可見 OC 具有脫礦、 降解有機基質及分泌、吞噬、運輸消化等功 能。因而，近年來把破骨細胞性骨吸收又看 作是礦化有機質遷移的過程。 綜上所述，破骨細胞是一個高度分化的 多核大細胞，其主要功能爲吸收骨，骨的吸 收過程爲：粘附骨面極化(吸收態) 破骨 脫離骨面移位至新的骨面。OC 與基體 內的各種細胞彼此相互依賴和相互制約，並 在多種因數的作用下，通過複雜的分子機制， OC 與 OB 共同完成骨的代謝活動。 成骨細胞及破骨細胞的鑒定 （一）成骨細胞 成骨細胞的鑒定：對成骨細胞的識別與 鑒定有賴於形態學與功能特點兩個方面。形 態學上：功能態的成骨細胞在生理狀態下位 於正在生長發育的骨表面呈一層排列，其下 方爲未鈣化的類骨質與鈣化的骨組織相連。 作爲成骨細胞的標誌，其胞漿內富含鹼性磷 酸酶，此外，型膠原以及非膠原蛋白骨鈣 素、骨橋蛋白、骨粘連蛋白等也是成骨細胞 的一種標誌。免疫組織化學染色，可在成骨 細胞的包膜上有多種受體，對 PTH、 PGE2、 Calcitonin 發生特異性反應， 在上述激素的作用下，細胞內的 cAMP 濃度 倍增，這些特徵可用於體外培養成骨細胞的 鑒定標誌之一。成骨細胞在鈣化條件培養下， 具有形成鈣化結節這一特點，可採用免疫組 織化學方法染色證實，也可作爲其一種標誌。 總之，到目前爲止還不能根據任何一種 單一的表型來確定成骨細胞的存在與否，但 是，在成骨細胞發生、分化的不同階段，均 存在成骨細胞的表型標記物，至今仍無法確 切的將其標記。 （二）破骨細胞 破骨細胞的標誌：破骨細胞含有豐富的 酸性磷酸酶及抗酒石酸磷酸酶（TRAP）。 OC 對 TRAP 呈陽性反應，爲棕褐色；OC 表面有許多降鈣素(CT) 受體，對 CT 呈陽性 反應，爲深紫色。目前己把 TRAP 及 CT 作 爲鑒定破骨細胞的重要標誌。在破骨細胞的 形成過程中，其對 TRAP 的反應如下： 骨髓生血幹細胞 分 TRAP 陰性的前破骨細胞 化 TRAP 陽性的前破骨細胞 融 TRAP 陽性的破骨細胞 合 綜上所述，破骨細胞是機體內的大型多 核巨細胞 (6)，來自 CD34的骨髓幹細胞， 經研究證實 CD34細胞在粒細胞克隆刺激 因數(G-CSF) 作用下可分化爲形成造血細胞， 在 1，25(OH) 2D3：以及白細胞介素 (1L-l、3) 等刺激因數的作用下，可分化爲成熟的破骨 細胞，具有體外骨吸收的功能，可在滅活的 骨片上形成吸收陷窩。降鈣素受體(CTR)、 抗酒石酸磷酸酶(TRAP)、II 型碳酸酣酶 (CA) 、組織蛋白酶 K(CK)、以及 Vitronectin 受體(VR) 是破骨細胞的主要標誌。 破骨細胞通過其質膜上的空泡型質子泵分泌 成骨細胞與破骨細胞的研究探討44 酸，分解骨組織中的無機礦物質；並同時通 過分泌多種溶酶體酶(主要爲組織蛋白酶 K、L、 B 和 N)，降解有機骨基質。破骨細 胞在進行骨吸收過程中是通過多種細胞因數 的調控，以及各種細胞間的相互作用和制約， 通過複雜的分子機制完成的。 骨細胞與調節因數 骨基質主要由成骨細胞綜合形成，骨的 礦化是由成骨細胞的基質小泡介導發生的礦 化過程。成骨細胞不僅與骨的形成密切相關， 而且在骨吸收中也起著關鍵性作用。因而成 骨細胞有被認爲是調控骨吸收的中心細胞。 骨吸收時是成骨細胞在激素的作用下分泌膠 原酶，降解骨的型膠原啓動骨的吸收。近 年研究認爲，成骨細胞對骨吸收可能有啓動 作用。此外，由成骨細胞合成、分泌的骨橋 素是一種磷酸化的糖蛋白，與破骨細胞對骨 面的粘附密切相關。由成熟的成骨細胞合成、 分泌的骨涎蛋白也參與了破骨細胞的粘附與 吸收過程。脫磷酸化的骨橋素則不再與破骨 細胞相結合。此時破骨細胞分泌抗酒石酸性 磷酸酶(TRAP)，則致使破骨細胞脫離與骨 面的吸附，在多種因數作用下，成骨細胞進 入骨面，開始了成骨活動。成骨細胞的主要 調節因數簡述如下： 轉化生長因數 (TGF-)，是細胞生長分 化的主要介質之一。活體狀態下具有調節骨 基質形成和更新的能力；離體狀態下 TGF- 具有抑制成骨細胞分化及骨的礦化作用。 研究表明成骨細胞本身也可産生 TGF- 的 功能。因而 TGF- 對成骨細胞具有雙向調 節其功能的作用。當骨吸收時破骨細胞分泌 酸可活化 TGF-B，促進成骨細胞的形成，爲 骨吸收後的骨改建奠定了基礎。由此認爲 TGF- 促進成骨細胞增殖、分化，是從骨吸 收開始相繼發生的續後過程。此外，TGF- 還具有明顯的促進細跑外基質合成的作用， 還可刺激膠原、骨連接素及骨橋蛋白功合成， 增強骨基質的形成。 1，25(OH) 2D3 對成骨細胞具有雙向調節 作用。1，25(OH) 2D3 在體內參與血鈣濃度的 調節：在體外可抑制成骨細胞的分化；對成 熟的成骨細胞可促進其收縮、移動，致使礦 化的骨面暴露，並啟動破骨細胞進入骨面； 對未成熟的成骨細胞還具有負調節作用。對 成熟的成骨細胞可促進其 IL1 的産生，還具 有調節 TGF- 受體表達及增加 TGF- 的分 泌數量。迄今爲止，其雙向調節的應答反應 的機制仍有待深入研究。 胰島素樣生長因數(IGF)，是骨基質中 所含的生長因數，主要促進成骨細胞的增殖 和分化，還可促進膠原的合成。IGF-I 是成 骨細胞本身分泌於胞體周圍後又作用於細胞 本身的一種因數。IGF-I 與 IGF-II 由骨細胞 産生井儲存於骨中，在骨吸收時，其分泌增 多並釋放出來，可刺激成骨細胞的分化與增 殖，對骨形成具有明顯的促進作用。 白細胞介素 1(IL-I)，IL-I 包括 IL-I 及 IL-I 兩種類型，主要由單核巨噬細胞與骨 髓基質細胞産生，兩者具有相似的生物活性， 是骨代謝中重要的細胞因數，可促進成骨細 胞增殖。實驗研究表明 IL-I 長時間作用於成 骨細胞，可産生雙向作用，低劑量能增加骨 的形成，高劑量可抑制骨的形成或無影響 (9)。 地塞米松，爲人工合成的一種可溶性糖 皮質激素。在體外可促進成骨細胞的分化及 礦化結節的形成，還可促進 I 型膠原的合成。 但對成熟成骨細胞不具有刺激作用。 雌激素是骨改建的主要調節因數，可抑 制成骨細胞分泌 IL-1，從而抑制骨的形成。 此外，還具有抑制鈣離子吸收的作用，雌激 素的減少影響骨的形成與改建，可導致骨質 疏鬆的發生。 腫瘤壞死因數 (TNF)，具有廣泛的生 林文彬 45 物活性，可由成骨細胞及破骨樣細胞産生。 TNF 可直接作用於成骨細胞，低劑量可刺 激成骨細胞的增殖，而高劑量又可抑制成骨 細胞的增殖，主要通過抑制膠原的合成與骨 鈣素的形成來抑制骨的新生。 骨形成蛋白(BMP)，由成骨細胞産生(7)， 現已知道人類骨組織中含有四種：即 BMP- 1、BMP-2A、 BMP-2B 及 BMP-3。上述四 種類型的骨形成蛋白均可在人體內誘導軟骨 的形成。研究表明，BMP 爲骨形成的主要 誘導因數，可誘導末分化的間葉細胞向骨細 胞及軟骨細胞分化，並分泌 BMP 誘導新骨 形成。BMP-4 對成骨細胞的分化具有誘導 作用，還可促進 BMP-6 的合成。BMP-6 在 成骨細胞分化的早期，可介導糖皮質激素誘 導成骨細胞的分化與成熟。BMP-7 在鼠內 骨肉瘤中可抑制其細胞增殖；但又可在人成 骨細胞培養時，促進細胞增殖；BMP-7 還 有增加 IGF-受體量等功能，總之，BMPs 具有多方面誘導和促進骨形成的作用 (8)。 骨吸收活動是由破骨細胞介導，通過複 雜的分子生物學機制完成的。骨吸收時 OC、OB、巨噬細胞、淋巴細胞等相互作用、 相互制約，分泌並釋放多種細胞因數，啟動 或抑制各種細胞的活性，調控骨的吸收與形 成。調節 OC 的局部因數，主要源於成骨細 胞、基質細胞以及骨髓中的各種免疫細胞等 等，這些細胞都參與了骨吸收的調控。與骨 吸收密切相關的主要細胞因數如下： 降鈣素(CT)：由甲狀腺濾泡分泌，又稱 甲狀腺降鈣素，其主要功能是抑制骨吸收和 降低血鈣。OC 細胞膜上具有豐富的降鈣素 受體，CT 對 OC 具有直接的抑制作用；首 先 OC 上 CT 受體與 CT 相結合後，可抑制 Na+、 K+、ATPase ，使波狀緣的伸展活動受 限，導致 OC 不能附著骨面；此外還可抑制 碳酸酣酶，減少酸的分泌；CT 又可以促進 骨組織中 cAMP 水平升高，從而增強 CT 對 OC 抑制骨吸收的作用。CT 對 OC 的作用是 一過性的，之後 OC 還可以恢復運動，因此， CT 在臨床治療骨質疏鬆症等疾病時，其短 期療效明顯，長期使用則療效欠佳，即屬此。 甲狀旁腺激素(PTH)：由甲狀旁腺分泌， 主要功能是調節 Ca2+、P3代謝，促進骨 吸收。OC 的細胞膜上並無 PTH 受體，其促 進骨吸收作用主要是通過以下幾個途徑： PTH 可促進 OC 內的空泡增加，從而增強 OC 的活性；PTH 可以促進 OC 的酸分泌以 及水解酶的合成，從而增強骨吸收作用： PTH 還可通過首先作用於 OB，間接促進骨 吸收；PTH 通過促進 cAMP 的生成，進一 步促進骨吸收。由於成骨細胞上有 PTH 受 體，因此 OC 與 OB 共同培養，再加入 PTH，可以刺激破骨細胞性骨吸收。PTH 對 單獨分離、培養的 OC 無任何作用，這進一 步說明 PTH 對 OC 的作用是通過其他細胞 介導而間接發生的。 前列腺素(PGs)：最早由前列腺中提取 而命名。此後發現全身多種組織中都含有 PGs，其主要功能爲抑制破骨細胞的活性而 抑制骨吸收。此外還可通過刺激成骨細胞 cAMP 水平的增高，間接刺激破骨細胞性骨 細胞。PGs 在體內是由花生四烯酸經酶催化 後的産物(10) 。 活性維生素 D3(1，25(OH) 2D3)：在 PTH 及 Ca+與 P+的作用下在腎臟內産生；也可 由淋巴細胞及單核細胞産生。其功能爲具有 明顯促進骨吸收的作用，是 OC 成熟的主要 啟動因數；還可增加 OC 的數量；並可與 PTH 有協同作用，共同促進骨吸收。OC 細 胞膜上並無活性 VD3 的受體，其特異性受 體只存在於成骨細胞及前成骨細胞的細胞膜 上，因此對體外分離、培養的破骨細胞無作 用，只有在成骨細胞存在時，才能刺激破骨 細胞性骨吸收的形成。 成骨細胞與破骨細胞的研究探討46 細胞因數：過去又稱淋巴因數，因爲最 初是在啟動的淋巴細胞培養液中發現的，包 括多肽，構成免疫系統的細胞之間溝通的分 子基礎。近年發現其中許多細胞因數對骨吸 收起了重要的作用。現在又稱白細胞介素 (IL)，其中 LL-1， 是骨吸收的有效的強 力刺激因數，它可以刺激成骨細胞産生 PGE2，介導骨吸收，還可刺激成纖維細胞 與吞噬細胞産生膠原酶，活化 OC 而促進骨 吸收；IL-2 可以通過刺激 OC 分泌促進骨吸 收；IL-6 爲多功能的細胞因數，是介導破骨 細胞性骨吸收的中心因數，具有顯著促進骨 吸收的作用。此外，IL-6 的抗體可阻斷骨吸 收。 轉移生長因數(TGF-)：共發現 TGF- 有五型，其中 T TGF-1-3 在人及哺乳類動 物中均可發現，而 TGF-4-5 僅在雞和蟾蜍 中見到。其功能主要是對破骨細胞的分化、 成熟起促進作用，可促進破骨細胞性骨吸收。 研究表明，在骨吸收及骨形成的局部微環境 中，皆可檢測出活化的 TGF-，它對 OC 及 OB 的成熟、活化，起了調節和促進作用。 腫瘤壞死因數(TNF、)：可由腫瘤細 胞産生。其功能爲增加 OC 的數量，通過成 骨細胞的介導，具有明顯的促進骨吸收的作 用；並可以抑制骨膠原的合成，減少礦化骨 基質的量，從而導致骨形成減少，骨吸收亢 進。 干擾素(IF) ：由免疫細胞産生。可抑制 前 OC 的增生、分化，從而抑制破骨細胞性 骨吸收，是一種多功能的細胞因數，又是骨 吸收抑制因數。 白細胞介素-18(IL-18) ：是由成骨細胞 産生，可以抑制破骨細胞的形成，從而抑制 了體外的破骨細胞性骨吸收。 白細胞介素-17(IL-17) ：其作用正與 IL- 18 相反，可以誘導破骨細胞的成熟，從而 促進了體外的破骨細胞性骨吸收。此外 IL- 17 還可以作用於成骨細胞合成 PGE2，促進 破骨細胞的前體細胞分化形成成熟的破骨細 胞，進一步促進骨吸收。 參考文獻 1. 劉 忠 厚 骨 質 疏 鬆 學 科 學 出 版 社 北 京 1998.01:23。 2. 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