成都华西华科研究所分析破骨细胞口腔矿化组织吸收与QCT骨密度软件体模检测

领骨骨矿丢失及其调控

牙梢骨和颌骨吸收，其最终结果都与破竹细胞（Os- teoclas丨，OC)的功能异常有关。因此，研究颌骨竹吸收应 从OC人手。对〇0来源、形态结构、功能调控等方面的 深人探讨是研究骨吸收机理及其调控的前提条件。自发 现OC以来，对其来源的争论就没有中断过。至今为止， 普遍被接受的观点址，OC来源于骨髄CD3(的造血干 细胞.在适宜剌激因索的作用下向OC方向分化。

OC是一种多核巨细胞，有伪足运动；HE染色见OC 多核、胞浆有空泡（图29-6>;特异性抗酒石酸酸性磷酸 酶（tartrate- resistant acid phosphatase,TRAP)染色可见 OC胞浆阳性，呈棕红色，多核。OC的标志冇：①抗洒石 酸酸性磷酸酶（ tartrate - resistant acid phosphatase, TRAP)染色阳性。丁RAP足OC特征性酶，其表达和分 泌与OC功能密切相关，是OC1R要的酶组化识別标志。 (围29-7)②抗酒石酸酸性三磷酸腺廿枘（_tartrate-re­sistant adenosinetriphosphate.TrATP+) 染 色阳件.。 TrATP 是TRAP的同工酶，与质子泵泌酸功能有关，是OC酸化 局部微环境，发挥有效吸收所必需的。③降钙素受体 (calcitonin receptor，CTR)染色阳性。除鸟类来源的OC, 其它来妝OC表面有许多降钙索受体，是OC特异鉴别和

分化指标之一，也足区分哺乳炎〇C和多核巨噬细胞的 主要指标之一。④骨吸收功能，OC与骨片共同培养形 成骨吸收陷窝，且在培养的内陷窝数目和面积逐渐增 大。（图 29-8)

图29 6多核破伢细狍相差&激镜观察胞祺可见多处 伪足样伸展运动

图29-7破骨细胞抗洒石酸磷酸解染色呈棕褐色

图29-8破幵细胞体外与骨片共同堉养形成的吸收陷窝. 随时间延长，陷窝数S逐渐增加，而积逐渐扩大。破骨细胞 和骨片共同培养笫3天形成的#吸收陷窝破骨细胞与口腔矿化组织吸收（Oste­

oclasts and the resorption of oral calcified tissues}

(一）破骨细胞的形态、结构及其功能

OC进行骨吸收时H有特征性的刷状缘，封闭带及胞 浆的透明区。破骨细胞的胞膜上有质子泵，足一种存在 于真核细胞质膜内，推动质子跨膜运动的能ft系统。它 能水解ATP产生能M,其功能是分泌酸.推动H+跨膜 运动到细胞外。对OC质子泵的形态、结构与功能的探 讨，对深人探讨骨的破坏机理具有重要意义，因此有关其 类型、结构及其功能是近年研究的热点课题之一。大M 研究表明OC上的质子泵属于空泡彻质子泵（即空泡型 氣离子三鱗酸腺苷转运酶Vacuo丨ar H+ - translocatiing， ATPase，简称V-ATPase),广泛分敗于胞浆内空泡样细 跑器的膜上，由116kd、70kd、58kd、39kd、17kd等多亚基 构成^ift1。当进行骨吸收时，质子泵不断地分泌酸。此外， OC含有极为丰宮的酸性磷酸酶（其N功酶为TRAP)、溶 酶体酶、卩-a•油磷酸酶、P-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吸收矿物质的结构是质子泵，通过其产酸溶解矿 物质。OC产酸主要是通过II型碳酸酐酶（。1^11丨(：八11- hydrase II，CA II )，将 C02 和 H20 结合成 H2C03,并分解 为H+和HCO-3,通过其胞膜上的质子泵分泌到局部 微环境中。如果采用CA11的阻断剂乙酰唑胺（Acetazo- lamide)阻断了（:AH的产酸作用，则发现分离、培养的OC 性生骨吸收窝的形成明显减少或被抑制.从而证明了 CA n在OC性#吸收中具有重要的作用^[7)。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在骨吸收过程屮lh可形成直径 20/zm、深5_Mm的吸收陷窝。OC除了 H有骨吸收作用以 外，还具冇吞晡功能，被吸收、破坏的骨组织及其骨基质 的分解产物.被OC吞哝后，可被输送到（X:的空泡内进 行消化、溶解。通过超微结构观察，可以肴到被OC吞嘸 后的游离品体，沿OC内的微管进人空泡的过程。由此 邛见OC具有脱矿、降解有机基质分泌、吞唣、运输、消化 等功能〇因而，近年来把OC性骨吸收又看作足矿化有 机项迁移的过程。

有学者推测，当OC附着于骨面上时，在一定剌激信 号的作用下，细胞骨架改变，大揪微丝（主要M•肌动蛋d 傚丝）重新排列，牵动胞浆内的空泡样膜系统，使之靠近 邻近骨面的细胞膜，并与之融合，形成皱梢缘。紧邻皱柄 缘周围的细胞膜与骨面紧密接触形成封闭缘，将皱褚缘 和紧邻其下方的卄面闱成骨吸收的微环境。OC胞浆内 的n型碳酸酐酶生成H'hr通过皱梢缘上密集的空泡 咽质子泵“泵”到针吸收的微环境内，卄质就是在此环境 内完成吸收过程。应用细胞松弛家B,—种很强的F-肌 动蛋白聚合和延K的抑制剂，可导致大约70%皱柄缘和 透明区喊少。由此可见，肌微丝是OC细胞骨架的基本组 成成份，不仅参与细胞趋化运动和极化，其结构重排也是OC皱褶缘、透明带等功能区形成的前提。

(二）破骨细胞对口腔矿化组织吸收速度与 矿化程度相关

OC可以吸收骨、牙齿、W壳、蛋壳.磷酸=：钙陶瓷人 工骨等多种矿化组织。OC在不同的部位行使功能时，还 可特称为破软骨细胞（吸收钙化软骨基质 >、破牙质细胞 (吸收牙质的多核巨细胞）和破骨细胞样细胞。其中，后 者指骨賭培养过程中所见的多核巨细胞，TRAP染色阳 性，可形成伢吸收陷窝。有研究显示，〇C对牙釉质、牙本 质和牙骨质均有吸收，但牙釉质上形成的吸收陷窝明M 小于牙本质和牙骨质上的吸收陷窝，牙本质和牙骨质上 的吸收陷窝大小尤明显差异。史凤芹等研究表明，OC对 人体矿化程度最商的牙釉质也可以吸收，只是吸收速度 较慢^[8\人的牙本质、牙骨质及股骨的吸收速度和形成吸 收陷窝的数M大体相似，将分离的破骨细胞与灭活人牙 磨片、人颌骨磨片及牛骨片共冋培养。利用阉象分析系 统汁算骨吸收陷窝数毽和面积。结果表明，破骨细胞吸 收矿化组织的速度和形成吸收陷窝的贵与矿化组织的钙 化程度密切相关。钙化程度高的组织，吸收速度慢，形成 吸收陷窝的*少；钙化程度低的组织，反之。破骨细胞对 钙化程度相似的矿化组织，其吸收速度及形成吸收陷窝 的数敢和面积大体相似_€

二、额骨骨吸收的调控{The regu丨ation of mandible resorption)

骨代谢平衡的维持，依靠一套复杂的生化调节系统 和机械应力的作用。甲状旁腺激素、维生素D和降钙索 是调节骨、血钙平衡的传统三大激素。骨代谢时，OC、 OB、巨嗍细胞和淋巴细胞等相互作用、相互制约，分泌并 释放多种细胞因子，激活或抑制各种细胞的活性，调控骨 的吸收与形成。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。调节（X:的局部因子， 主要脒于OB、基质细胞以及#髄中的各种免疫细胞，这 些细胞都参与了骨吸收的调控。因此，破骨细胞形成和 钟吸收过程受多种因素和因子的调节。颌#与牙槽骨的 吸收，不仅问样受到全身因素（如甲状旁腺激素， l，25(OH)₂D3,Cai_CU_〇nin，白介素等）的影响⑷，而且与局 部因索（如肿桷坏死因子，转化生长因子等）密切相关。 由W部菌斑激活并释放的细胞因子、炎性介质，在活化 OC性骨吸收方面，起了重要作用。以牙周炎引起的骨吸 收为例，菌斑细菌及其产物可以通过以下途径抑制骨形 成，剌激骨吸收：①使牙槽骨发生脓肿引起牙楕背的破 坏；②剌激牙龈细胞释放介质，激发前期细胞分化成破骨 细胞破坏骨质；⑧依赖成#细胞激活破骨细胞而促进骨 吸收：④直接使背m织脱钙或水解其有机基质，貞接破坏 骨质；⑤影响成#细胞活动，抑制骨的形成„具体介绍 如下：

(一）OC骨吸收的调控

与骨吸收相关的调控因子为：花生四烯酸代谢产物 (arachidonate metabolites)、细胞因子（cytokines)和蛋白牌

类（proteinase)三类。花生四烯酸代谢产物包括环氧合 酶途径产生的前列腺素（prostaglandin, PG)、血栓索 (thromboxane，丁X)、和前列环素（prostacyclin)以及脂氧合 梅途径产生的白细胞三烯（lcuk_〇tricnes,LT)和羟基一•十 碳四稀酸（hydroxyeicosatetraenoic acid，HETE) _c 细胞因 子主要有A细胞介索（interleukin,丨L>和肿瘤坏死因子 (tumor nectosis factors/1'NFs)。蛋白酶类主要有胶原酶 类（collagenases)以及甲状旁腺素、降钙素和1，25 (OH)₂ 维生索D,等全身激素。

1.  花生四烯酸代谢产物花生四烯酸存在于细胞 膜上，被磷脂酶A2从细胞膜释放，通过环氧化酶作用可 以生成前列腺素和血栓凝集素，通过脂氧化酶代谢产生 白三烯和羟基花生四烯酸。这里主要介绍的列腺索对# 代谢的作用。

前列腺素（prostaglandin, PG)是花生四烯酸的环铖化 _，可由多种组织和细胞如巨噬细胞产生，是一组化学结 构和分相似，都含有20个碳原子的多氧不饱和脂肪酸， 在诱导牙槽骨的吸收方面占有帘要地位。宿主的许多防 御反应都能使牙周组织的PG水平增高，如补体可增强 骨的前列腺隶的合成。PG在诱导骨吸收时类似甲状腺 素的作用机制，它依輳于成骨细胞的存在，OB又能产生 PG，在破骨细胞活性的生理调节方面起重要作用。PG 结合于成骨细胞膜表面后，可以促使成骨细胞释放胶职 酶和胞浆索原活化剂，以降解骨基质.导致骨破坏。器官 培养发现PG可降低骨胶販合成来抑制骨形成，伹随培 养时间延长而逐渐消失。实验发现，内毐索、胞壁_肽、 白细胞介素1和肿瘤坏死因子的促进骨吸收的活性部 分，在一定程度上都是由前列腺索介导的，因为消炎痛可 部分或完全抑制这些骨吸收诱导闪子的作用。白三烯 B4、C4、D4、E4以及5-丨2-羟基花生四烯酸，为花生四 烯酸的脂氧化酶代谢产物，在微微摩尔浓度时即可刺激 小鼠颅顶骨的钙释放，炎症牙周组织通过脂氧化酶途径 消耗花生四烯酸，诱导促进骨吸收活性。

许多影响组织改建的激索、细胞因子和细胞激肽都 可以促进骨组织中前列腺素的产生。而且其自身通过细 胞内cAMP水平的升高正反馈地放大作用，这种自身放 大作用在炎症性的骨丧失和机械应力引起的骨组织改建 中十分重要。在鼠牙梢骨局部注射PG可以增加牙榷骨 中的破骨细胞数目，提示PG促进破骨细胞的产生和骨 组织的改建。PG还娃其他细胞激肽、细胞因子引起骨吸 收的中间介质。例如，IL-1的骨吸收促进作用是通过 PGE2介导的，消炎痛可阻断IL-1的骨吸收促进作用。

2.  细胞因子细胞因子是一组具有广泛生物学活 性和兼具#吸收诱导活性的因子。目前发现和骨吸收活 性杳关的细胞因子包括白细胞介素丨（interleukin 1，《和 P，II--1)、肿瘤坏死因子（tumour necrosiS factor,a 和 P, TNF)、干扰索（interferon)、转化生长因子（transforming growth factor, TGF)和白细胞介素 6 (interleukin 6, IL - 6)，

IL- 1是一个多功能的细胞激肽，有〇和D两型。

敢初从单核巨噬细胞中发现，后来证明全身多种细胞包 括牙龈和牙周膜的成纤维细胞都可以产生。丨Lip是单核 细胞、巨噬细胞、树突状细胞等在摄取抗职抗体复合物 后，或在抗原递呈过程中产生的，具有多相性的蛋白调节 因子。在所有与巨噬细胞有关的细胞因子中，丨up是最 具有活性的骨吸收刺激因子，同时也是骨形成的抑制剂。 IL1P的背吸收活性与下列因索有关：①剌激0B产生 PGE2、〖L6、M-CSF。PGE2、IL6 又可刺激骨吸收，

CSF可增加OC前体细胞，对#吸收是一•种增效剂。 ②刺激OB产生血浆索原活化因子，其抑制剂的产生活 化了胶原酶，诱导间质细胞产生基质金属蛋白酶，降解糖 蛋白等，促进骨吸收。③剌激成纤维细胞、巨噬细胞合成 胶厣酶，降解骨中的胶原而促进骨吸收。Debart等研究 表明，丨L-丨可诱导人骨肉瘤细胞系MG-63细胞中尿 激酶纤溶醜原激活子（U〜PA)及其受体、基质金域蛋白 酶(MMP)-l、MMP-3的mRNA表达上剁。④吸引白 细胞聚集于炎症部位，使嗜酸细胞和嗜碱细胞脱颖粒。 Northern杂交S示，丨L1趴5mnd/l)剂S和时间依赖性的 增加各个分化阶段OB中OPGmRAN的表达。蛋白杂交 结果显示，丨Lip可促进OB表达RANKL蛍白。⑤_gpl30 为丨L-6受体系统的一个亚基单位，也是丨L-6等因子 信号传导途径中重要的环节。Romas等观察到丨L-1可 上调成骨细胞g_P13U转录水平，抗gpl30抗体可抑制1L -1的骨吸收诱导活性。综合各项研究结果，ILlp主要 以两种方式促进骨吸收：①调节OC前体细胞的分化，促 进OC形成，增加OC数虽。②作用于OB,使其分泌某种 活性物质，间接激活成熟的OC并抑制其凋亡。

TNF-a是另一种骨吸收的强刺激剂。TNF-a主 耍由破背样细胞、OB产生，其促进毋吸收效应与IL- 1 相似也是在OC形成的所冇阶段均冇作用；TNF-_a对成 熟0C的功能也有影响，Thomson等将成熟OC与OB共 同培养，加人TNF可M著促进骨吸收。TNF - _a诱导骨 吸收的可能途径与丨L-1相似，剌激下游因子产生，增加 U- PA、MMP - l、MMP-2、MMP-9 等蛋白酶产生； 丁NP__a与IL_ 1在剌激骨吸收方面有协同作用，Pivir- otto等发现TNF-a作用于OB使其丨L- ^mRNA水平 和丨L-10分泌增加；Rif_as等在正常人OB系与人骨髄基 质细胞系（Human bonemarrow stromal cel丨，hriMSC)中均 证实丁 NF~_a和Up可协同剌激IL-6产生。

IL-6是许多骨吸收正效应因子的下游因子，如前 述的TNF-_a和丨L-】p,甲状旁腺激素（PTH)及其相关 蛋白（PTHr_P)、〗，25(OH)2D3等均可作用于OB,使之释 放丨L-6。体内、体外实验表明，丨L-6主要作用于0C 生成的早期阶段，剌激早期0C前体细胞分裂增殖；丨L- 6通过增加胶照酶的释放而加强骨基质降解。体外培养 只有在骨髄前体细胞，成背细胞，丨L-6和其受体共同培 养时才会有破种细胞形成^:83、丨L-6必须通过其受体： 膜丨L-6受体和13U-伯号转导gp发挥作用。当丨L~6 与受体结合后，配基受体复合体与gp- 130结合来转导 IL-6信号。最近的研究发现，丨L-6并不是很强的骨吸收剌激剂，只有血循环中存在大锇丨【.-6时才会出现# 吸收，但IL-6可促进其他因子如FTHrP的作用。而且 IL-6在雌激索缺乏时才会彩响破骨细胞的形成，丨丨〃 6 抗体在雌激索水平正常时并不影响破骨细胞的形成。

转化生长因子（transforming growth factor，TGF)是 细胞生长分化的主要介质之一，成纤维细胞和成骨细胞 均可产生，是重要的结缔组织改建的调节剂，涉及到牙周 组织的迅速改洼。活体状态下具有调节骨基质形成和更 新的能力，•离体状态下具有抑制成骨细胞分化及骨矿化 作用。因而，TGFp对成骨细胞具有双向调节的作用。当 骨吸收时破骨细胞分泌酸可活化TGFP,促进成骨细胞的 形成，为骨吸收后的骨改建莫定基础。它通过促进基质 蛋白（胶原、纤维粘连素）的形成、蛋白酶抑制剂的生成以 及滅少金属蛋白酶的合成达到促进组织基质生成的目 的。成骨细胞直接受到TGFp的调节，导致成骨细胞的 分化与增殖.抑制破骨细胞前体的形成及#吸收。

护骨因子（osteoprotegerin,OPG)及破背细胞分化闪 子（osteoclast differemiatiOnfactor, ODF)楚近年发现的肿 榴坏死因子超家族的新成员，对骨及牙槽骨吸收的调控 起了至关®耍的作用，是探讨、阐明骨吸收分子机制的重 要因子^["^]。有研究表明：牙龈组织中可表达OPG/ODF, 两者与维持牙槽骨正常代谢平衡相关。ODF活性增高， 可增强破骨细胞活性，促进牙槽骨吸收。有关两个因子 的详细介绍见本章第三节。

3.  蛋白醜类骨有机基质主要足I沏胶厣，它主要 由破竹细胞分泌的半胱氨酸蛋白阱（CPS)和基质金属蛋 白酶（MMPS)降解◊破骨细胞有半胱氨酸蛋白酶K、D、 B、L的表达，在酸性条件下可作用于骨胶原蛋白分子的 胶联部位使胶职解聚，降解。编码CathepsinK的基因突 变病人有致密性骨发育不全，缺乏Cath印sink的小鼠有 骨硬化。基质金《蛋白酶是一种t要的基质降解蛋白 酴，其酶活性中心有含Zn结合位点，分为胶原酶、明胶 酶、基质分解素三类。其活性可被特异性抑制剂丁丨MPs 抑制。研究衣明破骨细胞表达多种基质金属蛋白酶 (MMP-1、MMP-9),TIMPs可明显抑制骨吸收◊其中 MMP-9可降解IV翌胶原。但MMP-9可能 不趄降解胶原的主要酶，MMP-9基因敲除小鼠只是有 短暂的骨吸收紊乱。此外破骨细胞还可以分泌其它的金 厲蛋白酶和尿激觭型纤溶蛋白梅原激活物（uPA)来降解 胶原。降解后骨基质蛋白和无机盐从骨吸收陷窝处被破 骨细胞吞噬，转移到细胞内形成转移空泡，在空泡内继续 进行消化、溶解。最近的研究表明转移空泡上有TRAP 的高表达，并且能产生活性铒降解转移小泡中的胶原， TRAP基因敲除的小鼠有轻傲的骨硬化。说明TRAP在 钟吸收中发挥重要作用。转运空泡锒后在基底部释放出 胞。因此破#细胞性骨吸收的过程又被人们称为矿化有 机质迁移的过程。这一迁移过程不仅有利于基质降解产 物在细胞内进一步被分解，还冇利丁破骨细胞移去大里 降解产物并且保持与骨的密切接触。

4•激素甲状旁腺素（PTH)是影响骨吸收的最主要的全身激素之一。在正常情况下，PTH的分泌通过一 种负反馈机制受血淸钙浓度的控制。当某种原因造成血 淸钙浓度降低时，机体丙企图使血淸钙浓度恢复正常，而 造成继发性甲状旁腺过度分泌，力图消耗骨钙来维持血 淸钙。有学者采用显微放射法对缺钙所致的继发性甲状 旁腺亢迸的狗进行了实验，结果证实有明显的牙槽骨吸 收，a其吸收程度明显超过全身其他骨。

降钙素（CT)由甲状腺滤泡旁细胞或C细胞分泌，其 分泌直接受血钙浓度的控制，同时参与骨代谢。降钙索 可抑制骨吸收。绝经后妇女由于雌激索减少可导致CT 水平下降，使其对廿的保护和调节作用减弱，W而易造成 骨质疏松。

1,25(OH)₂Dj在肾脏和皮肤内合成，可促进骨钙沉 枳。当性激素水平下降或缺少U光照射时，其生物合成 下降，从而减弱其促进成骨及拮抗PTH的作用。成都华西华科研究所分析研发定量CT QCT骨密度体模软件分析系统  
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