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第三节 干细胞在维持骨稳态平衡中的作用
骨稳态平衡主要表现为破骨细胞介导的骨吸收与成骨细胞介导的骨形成之间的动态平衡。在生理状态下,骨吸收速率与骨形成速率是相一致的,从而维持骨量和强度的稳定。
破骨细胞来源于造血干细胞。造血干细胞是位于骨髓、肝等造血系统器官内的一种干细胞,其来源于胚胎发育期的内胚层,具有多向分化潜能,能够分化为单核及巨噬细胞系祖细胞、粒系祖细胞和红系祖细胞,而单核及巨噬细胞系祖细胞受到外界信号的调控,分别分化为单核细胞和不同类型的巨噬细胞。在骨髓内,成骨细胞系细胞、骨髓间充质干细胞可以分泌RANKL和M-CSF,诱导单核细胞向破骨前体细胞转化,并最终形成成熟的破骨细胞。
成骨细胞则来源于骨髓间充质干细胞。骨髓间充质干细胞( mesenchymal stem cells,MSCs)来源于胚胎期的外胚间充质细胞,在成体内,其表现为一群能够贴壁生长,并具有自我更新和多向分化潜能的干细胞。其表达CD90、CD73、CD105、Stro-1、CD146等表面标志,可以向成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞和神经细胞等分化。MSCs在骨改建过程中也发挥重要作用。首先,MSCs通过直接分化为成骨前体细胞,调控骨形成过程。研究发现,当破骨细胞进行骨吸收过程中,可以释放TGF-β等信号分子,诱导MSCs向骨吸收区域迁移,并向成骨细胞分化并发挥骨形成功能。而MSCs功能异常则导致骨发育和改建异常。另一方面,MSCs也可以通过间接调控破骨细胞功能来维持骨代谢平衡。主要表现为MSCs及其来源的成骨系细胞,均能够分泌RANKL、OPG等重要的破骨细胞调控因子,从而可以通过旁分泌的作用调控破骨前体细胞的分化和成熟。