成都华西华科研究所研发生产定量CT QCT骨密度体模软件分析系统骨的发育与QCT骨密度体模软件检测骨密度方法

骨组织的发育伴随着机体其他组织、器官的发育，是 受精卵的基因依严格的时空程序表达的过程。相关细胞 的分化特征和空间位罝、激索和细胞因子等多种因素的 调控在发宵过程中发挥着重要作用，分子生物学和发育 生物学的进展使我们对骨的发食有了较深的认识，但其 详细机制尚未阐明。

胚胎发育的第3周末，内、中、外三个胚层先后形成， 第4周至第8周末，三个胚层分化并形成各种组织和器 官的原基。骨源于中胚层和外胚层神经嵴细胞远距离迁 移至头部并将分化为头面骨的中外胚层（mesoectoderm)。 中胚层在脊索两侧从内向外依次分化为轴旁中胚层（pa­raxial mesoderm) 、 间介 中胚层 （ intermediate mesoderm) 和 例中胚层（lateral mesoderm)〇轴旁中胚层节段性增生， 形成位于中轴线两側的分节状细胞块即体节（somite)。 体节左右成对，从颈部向尾部依次形成，共约42〜44对。 体节的横断面为三角形，中央为一裂隙称体节腔。腔的 内倒壁和腹倒壁称巩节(sclerotome),又称生骨节，将分化 为中轴骨的脊柱、肋骨等。侧中胚层由于胚内体腔的出 现而分成两层：紧邻内胚层的脏壁中胚层和紧貼外胚层 的体壁中胚层（somatic mesoderm)。体壁中胚层在胚胎 第4周末，胚体左、右外侧壁上先后出现两对小隆起，由 深部的中胚层芯（mesoderma丨core)和表面的外胚层帽 (ectodermal cap)构成，即肢芽（limb bud),分别称上肢芽 和下肢芽。肢芽逐渐增长变粗，先后出现两个缩窄环，将 每个肢芽分为3段，上肢芽将发育为上臂、前臂和手，下肢芽将发育为大腿、小腿和足。手和足初为扁平板状，称 手板和足板。其后，手板和足板的远端出现5条放射状 增厚区，称指（趾）放线（digita丨ray),大约在胚胎第7〜8 周，指（趾）放线间组织通过凋亡而退化消失，游离的手指 和足趾形成。

骨组织发育过程中，胚胎细胞如何在特定的时间分 化为特定类型的细胞、到达特定的正确位置，形成不间部 位的不同结构等调控机制悬而未决。近来利用果蝇和鸡 胚的研究开始揭示其中的奥秘，尤其是肢体发育的分子 调控机制研究成绩斐然。

骨发育形成过程中观察到四个基本过程：

1.细胞移动（cellular migration) 指形成骨的胚胎 细胞移向骨形成区域。

2•细胞分化（cellu丨ar differentiation)指细胞定向分 化，合成标志性的特殊蛋白、碳水化合物和脂类.构成骨 或软骨的成分。

3.      图式形成（pattern formation) 指构成骨的各种 细胞和组织的时空构筑方式，此乃形态发生的基础。

4.      反馈能力的获取和建立，使相关组织和结构整合 为有机体。

每一过程涉及到严格的复杂的而又精细的分子调 控。任一环节出现异常，均可导致骨的发育异常。

肢体发育过程中，肢芽形成后不久，其顶端外胚层细 胞增殖形成一审要的嵴状结构，即外胚层顶嵴Upical ec­todermal ridge,AER)。 肢芽尾侧缘区由于其不仅能诱导 指（趾）的发生，ft还决定各种指（趾）排列顺序，故称为极 化活性区（zone of polarzing activity，ZPA)。鸡胚发育的研 究证实，位于AER和ZPA的一群细胞控制若肢体发 育¹¹⁷³。

肢芽由中胚层芯和外胚层相共同构成，这两种成分 作用如何一直是人们关注的课题。鸡胚移植实验证明， 两者存在相互诱导关系。若把中胚层芯移棺到胚体非肢 芽发生区的外胚层下，也会形成AER，进而额外肢形成， 表明肢芽中胚层既诱导AER的形成，也决定肢体的形态 发育。另一方面，AER对肢芽的持续生长和分化至关重 要，若由非肢芽外胚层取代AER,则肢芽生长停止，表明 外胚S对中胚层诱导的应答是肢芽形成的重要因索，中 胚层和外胚层的相互作用为肢体的发育形成奠定了 基础。

对肢体发眘过程中起重要作用的调控基因为同源异 费框基因（homobox gene)，简称Hox基因•。在哺乳动 物中，38个Hox基因分成四绀，分别定位于4条染色体 上，称为Hoxa、Hoxb、Hoxc和Hoxd。每个Hox蛋白含有 60个氣基酸的同源结构域（homeo domain),耐与DNA中 商于A/T的K域紧密结合，从而起转录调节作用。Hox 基因从3’到5’末端颀序表达，3’基因表达于前部结构， 5’基因表达于后部结构，此关联被称为“线性对应”（〇〇- lincarity)，乃前后轴分化的重要调控机制，与上、下肢各 节段内骨的发生密切相关。在小氣，Hoxc - 8、Hoxb ~ 4、 Hoxa- 2、Hoxd〜3或Hoxd -13的突变引起中轴骨前部

的转形变异。Hoxa-1和Hoxa-3的突变影响颅和基质 神经嵴的发育致后脑分节变异…、Hoxd-6的过表达 产生鸡翼的多翅琦形。Hoxa- 11和Hoxd- 11的完全 缺失或剔除（gene knockout)致小鼠尺、烧骨缺失。人 Hoxd-13的突变表现为掌骨和跖骨发育不全^h9)。骨的发育与QCT骨密度体模软件检测骨密度方法

Hox基因的相关调控基因逐渐被认识，混合谱系白 血病基因（mixed lineage 丨eukemia，MLL)的表达为 Hoxa- 7和Hoxc-9表达所必黹，其缺乏导致中轴#和胸骨畸 形。Hoxl>-2的表达受Krox-20的调控。CDxl基因由 于同脒東组失活后抑制了 Hoxa-7的表达。Hox基因的 另一个上渊基因为bmi-1,缺失可引起中轴骨后部的变 异，而过表达却产生相反的表型^[201。

非Hox四群所需的其他Hox基闪也显示出对骨发 t的影响^ msx-2基因的突变可导致颅缝早闭。MHox 基因缺失致小鼠颅面骨和肢体的短小。

维甲酸（retinoic acid,RA>的致畸作用在20世纪70 年代就Q披露，其可使肢体和血小板发育出现异常，近年 已识别出RA的反应成分即Hoxb-l。鸡胚肢芽尾側缘 和头侧缘RA浓度不同，而细胞质RA结合蛋白则呈现头 侧缘高、尾侧缘低的浓度梯度，与RA浓度正相反。由此 认为RA可能就是由ZPA产生的的形态发生素，但RA 缺失的鹌鹑其原结仍可在肢芽头侧缘诱导额外趾的发 生。RA与Hox基W在肢体发育中的作用仍需进一步 研究。

近年来，分节极性基因Hedgehog所编码的蛋白在胚 胎发拜和器官形成中，尤其是在胚胎体节发育和肢芽图 式形成中的作用使人们对骨和软骨的发育和形成有了史 深人的f解。

Hedgehog因突变的果蝇胚胎呈多毛团状，形似受惊 的剌猬而命名。首先于20世纪90年代后期在果蜗的研 究中被发现，后证实也存在于鸟类、哺乳类动物及人的胚 胎中^¹。高等脊椎动物中，Hedgehog基因家族含有 SHH( sonic hedgehog)、IHH(indian hedgehog〉和 Dhh (desert hedgehog)三种成分^f22i,其命名分别依据电子游戏 中的角色和剌猬的两个种属。其中SHH基因编码的蛋 白是与ZPA极化功能相关的形态发生素（morphogen),由 ZPA中的细胞产生。人类Shh基因及相关的Hox、Pax、 BMPs、FGFs和GU基因相互作用，共同调控肢芽的发育， 突变则可造成多种先天畸形，如多指（趾）崎形、脊柱缺 如、端骨部分缺如及前脑无裂畸形等^[231。IHH基因编码 的蛋白主要来源于生长板中软骨细胞，主要调控软骨的 形成，也可诱导原始间充质细胞核心结合因子（cbfal)表 达，促进其向成骨细胞分化，骨领形成Dhh基因编 码的蛋白目前认为是睾丸发育所必须。Hedgehog的信 号传递涉及到靶细胞膜上的受体和多种胞浆蛋白。如由 肿瘤抑制基因PatchecKPtc)编码的、由几个跨膜区的单 肽链构成的受体对Hedgehog信号起负调控作用，Ptc突 变可引起钟胳发育小良。由癌基因Smo〇thcncd〈Smo)编 码的、由7个跨膜区的单肽链构成的受体，其活性取决于 Smo对Hedgehog的反应。正常情况下，Ptc抑制Smo的活性，Hedgehog与Ptc结合后，则解除Ptc对Smo的抑制 作用，引发一系列反应。Smo突变时可发现与hedgehog 突变相同的表征。参与Hedgehog信号传导的胞浆蛋白 正在逐渐阐明，包括起正调控作用的转录因子Ci/Gli和 丝氨酸/苏氨酸蛋d激酶等，起负调控作用的类运动蛋白 Costa丨-2(Cos-2)和蛋白激酶 A(PKA)*^[25:。

AER 可表达 FGFs,包括 FGF-2、FGF - 4 和 FGF8 等，与ZPA中的细胞相互作用，维持Shh的表达。同时， Shh刺潋AER细胞.维持FGFs的相对浓度。

不仅FGFs,维持Shh在ZPA中的表达，还笫Wm家 族的Wm_7a,其在肢芽背側外胚层表达，如将背惻外胚 层切除，可致肢芽尾侧骨缺失，若手术后补充外源性Shh 则可避免骨缺失。如将背侧外胚层和AER同时切除，： 同时给Wnt-7a和FGF4才可保证Shhm新衣达。由此 提示，Wnt-7a和FGF4可能共同维持Shh在ZPA中的 表达^¹。骨的发育与QCT骨密度体模软件检测骨密度方法

同Shh/Ihh密切相关的还有BMPs和PTHrP等相关 成分。脊椎动物中，表达Shh的细胞附近可见BIVIP2的 表达，在含有表达丨hh细胞的软骨痂中，大!i的软骨细胞 表达BMP2和BMP4,但两者协同作用和调控机制仍末 阐明。目前认为，Shh可能为成骨的启动因岽，而BMPs 可能为诱导剂，两者相百.作用，通过我们尚不淸晰的功能 粮合和相互调节促进骨组织发育^:2$1。Ihh与PTHrP及 其受体PPR之间也如此，活化丨hh可上调PTHrP的表达 水平，从而阻滞正常基因型个体软骨细胞分化为肥大软 骨细胞，表明Ihh在软#细胞分化的过稈中起重要的调 控作用^[27]。

由此上述，在肢体发育过程中，AER和ZPA之间的 相互调控发挥着茧要的作用，涉&aHedgch〇g、Hox、FG- Fs、R A、Wnt - 7a、BMPs和PTHrP等多个基因参与的复 杂分子机制。其相互作用的详细机制还有待于我们进一 步研究阐明。成都华西华科研究所研发生产QCT定量CT骨密度体模软件分析系统  
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