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破骨细胞功能与QCT骨密度体模软件检测方法

破骨细胞的主要功能是吸收矿化的骨、牙本质、和钙 化的软背。矿化组织的吸收是正常骨骼成熟所必须的， 包括骨骼生长和骨重逑以及牙齿萌出。

目前杵遍认为破骨细胞足能够吸收竹的唯一细胞。 破骨细胞一旦重建位点接触，极化并在接触面形成吸 收器宫，在附者处产生约50/zm深的吸收陷窝。吸收结 束后，吸收陷窝内的破竹细胞就由单核细胞（monomidear cells)替代，然后是成骨细胞介入。其过程大致可包括以 下步骤

(一）         破骨细胞粘附于骨表面

在激素和细胞因子作用下.OB收缩祛玆基质面或分 泌中性胶原梅消化竹胶原暴餌矿化面，为OC的粘附提 供了空间，也调节了 OC吸收的方向和范围。OC在趋化 因子作用下向基质面一定区域移行并表达vitronectin受 体（VK),并通过与胶原或骨基质（BM)中或新合成的 RGD分子如O丨¹N、FN、BSP等结合附苕于矿化面^Iw]。破 骨细胞t的粘附受体在骨吸收中起重要功能作用。破骨 细胞至少表达三种细胞外箪质整合索受体_：avb,( —种经 典的粘连素受体）、a₂b，(胶原受体）、〜b,。抗粘连素抗体 在体外抑制竹吸收。阻止粘连岽受体粘附在含冇RGD 的骨_质蛋白上的KG丨）肽在体内和体外都起作用。

粮合素.特别是在破骨细胞粘附骨及面时起承 要作用，破#细胞在卄表面的移动也取决于a^,。a_kb, 在密闭区也楚细胞附宥的主要介质

(二）         吸收时破骨细胞的极化

极化是OC结构上衣现明M的极性，即在微丝微竹 等伢架系统的协同下，ft基质分子激发OC区域分隔和 小泡的极化运动.并形成吸收器宮-皱婼缘的过程。产 生功能性极化的膜结构是破骨细胞启动竹吸收的前提。 该过程涉及细胞表曲受体与骨堪质之问的相互作用，其 中粮合索的作川比较n定。OC表曲幣合索_avj33配基是 含RGD序列的多肽分子，包括卄桥蛋白（〇PN)、（BSP>、 thrombospondin、1 甩胶原、纤连蛋白（fibronectin )和 (vitronectin)等。骨吸收时OC可与骨基质中-•种或多种 RG丨)(Arg - G丨y - Asp)分子结合[ft]起作用。

皱折缘腴形成了实际上的“吸收器宵”。皱折缘腴是 由细胞内酸性小泡快速融合构成的。皱折缘上存在的许 多蛋白在内体和溶酶体腴上也冇发现，例如滤泡型质子 泵。6-磷酸祺搪受体和溶酶体质子泵局限于皱折缘， 皱折缘就足溶梅体膜的一种特殊形式^[5]。

有关皱折缘转换的驱动机制知之接少。因为封闭K

明显阻lh蛋白从基底膜K到皱折缘区的侧向弥散，盂要 快速的小泡运输以支撐皱折缘。一些溶梅体蛋白酶和体 内膜蛋白或直接或通过一些小泡被运输到皱折缘膜。除 了这种小泡途径，体内小泡还通过直接膜流动，从基底腴 移到皱折缘^[6]。

图6-6破伢细胞酸性小泡的运输

在细胞极化期间，除f膜区域的活跃组构，细胞骨骼 也经历了大幅度的审组。爭实上细胞钟骼上的绀构变化 正是不N浆膜区域形成的职动力，细胞骨骼m构与破# 细胞的吸收活件有关。

(三）骨吸收周期中细胞骨骼的变化 破骨细胞A有独特的细胞丹架系统，与其竹吸收功 能相适应^[7] 〇微管（microtube)由组织中心（organizing eemer)向周边延伸，并在细胞与骨组织附者时聚合，参与 细胞内小泡的转运，并可能与破骨细胞内极化运动，尤其 足质子泵小泡的定向运动和膜的®合作用有关。同微n 类似.微拎的组织也是在细胞与竹基质貼附后进行的，K- 组成（F-actin)分布同吸收活性相适应，并将细胞骨架与 质膜联系起来，并为骨组织与细胞之间识别和倍号传递 提供途径。这些微丝常集中到环形的质膜突起，如者点 (focal adhesion)或伪足（podosome)。这些结构连同 F _ _ actin—起，通过基质识别分子-整合索（imegrin)和其他 细胞骨架蛋白如纽带蛋白（Vincu丨in)、actinin和talin等与 细胞骨架连接起来，将细胞锚若在基质上，并形成有序的 运输M络¹-¹。OC山静息状态向激活状态转变过程中存 在骨架蛋白敢排即F-actin和Vinculin由伪足和周 边向特异区域（未来吸收K)聚柒，并在所形成的Vinculin 环和Talin环组织下，由actin闹绕未来吸收区排列产生 一条致密条带，连接亮区胞膜和内部结构。

细胞竹骼组构的变化，特別足微丝微管的变化，是任何类型细胞极化的特征。非吸收态的破骨细胞，多聚肌 动蛋白聚集成伪足结构，分布在破骨细胞面向骨面的一 脷、，伪足中肌动蛋白细胞骨骼通过整合素描到细胞外基 质蛋白上。粘连素受体(avb3整合素）是破骨细胞伪足整 合素的主要形式。当从舴止期过度到活动期，破骨细胞 开始预备骨吸收，伪足强烈聚柒到面向骨面的局部区域。 伪足逐渐集合成较大的阍形结构，同时伪足密度增高。 要达到这一点，粘者斑蛋白和踝蛋白与F-肌动蛋白和 粘连素受体在局部紧密相接◊随后肌动蛋白形成一致密 的带状结构，此处单一的伪足不再被识别。这种肌动蛋 白坏仅存在于吸收时的细胞。这时介导肌动蛋白丝与整 合索关联性的蛋白，在肌动蛋白带周围形成较宽的带，但 仍和粘连家受体局部相接。在吸收陷窝周围的秤内破骨 细胞々一种类似形状的肌动蛋白环。可以作为非吸收态 破竹细胞分化为吸收态破钟细胞的标志。降钙隶和 dbcAMP诱导吸收态破钟细胞的肌动蛋白环的快速破 坏，提示这种结构的功能意义，细胞骨骼可能足降钙素作 用的重要靶子

(四）破骨细胞对骨矿的溶解

骨矿主要足好磷灰石晶体，并且没有多少生物过程 可使晶体溶解。在生物环境中唯-能够溶解羟磷灰石晶 体的方法是低pH。W此竹吸收是由局部酸化促成的。

破#细胞上存在质子泵。质子泵是一种推动FT跨 膜运动的能进系统，是位于皱褶缘上的泌酸装酋，相当于 一个酸泵，只冇在功能状态下的OC才具有这一结构特 点，也是引起骨吸收破坏的必要形态结构。通过分泌酸 町直接溶解骨矿中的羟磷灰石，导致骨绀织脱矿。破骨 细胞皱折缘质子泵的主要类型是空泡型质子泵（V-type ATPasc)^ln]〇

细胞未与卄组织貼附时，含有质子泵的酸性小泡在 细胞质中弥散分布，一旦OC与骨组织相互接触并识别， 基质信兮引发酸性小泡和质子泵小泡向细胞的骨组织面 移行并与质膜融合，形成袼集质子泵的皱折缘等特殊结 构，其机制与微管网架动员有关，非受体甩络氨酸激酶 PP60c_~‘和粘附激酶（FAK)发挥重要作川。OC膜上 _av^3的结合吋引发酪氨酸激酶活化.即OPN等骨基质分 子通过VR活化c-_src和FAK(PP60° 的底物），经一 系列蛋白磷酸化，依铕骨架系统动员富含H -ATPase的 小泡向顶极运动并与胞脱融合形成OC的特化结构-皱 褶缘ⁿ²¹。破坏C-SRC基W或封闭FAK.OC无法形成 皱褶缘。

吸收陷窝的酸化分为网个阶段。吸收H程开始细胞 内酸性小泡融合形成皱折缘膜并且在曲向骨丨fti的细胞膜 和骨面之间迅速创造了小的酸化间嗝。吸收陷窝的酸化 可能由新的酸性小泡继续融合成皱折缘维持，或从细胞 浆点接跨膜泵出质子来维持；或两种过程都有。

除r质子泵，几种k他的分子在吸收陷窝酸化时也 起审要作用。在至少含有9种不同成员的较大的碳酸酐 酶家族中，在破骨细胞上仅发现一种N工酶，称为 CAII ^u、OC产酸过程主要是n型碳酸酐梅（Carbonic

Anhydrasell，CA II ),将 CO：和 H₂0 结合成 H₂C0₃,并 分解为H⁺和丨iCO,，通过其胞膜上的质子泵分泌到局 部微环境中。破骨细胞皱折缘脱上存在很多氣通道，存 在C1/HC0₂交换，维持细胞内pH的稳定，CL通道与质子 泵偶联，分泌HC1,形成并维持酸性环境，通过皱折缘的 质子泵由a阴离子所平衡。氣化物阴离子通过皱折缘 的外流很可能被基底膜hco₃/c丨交换器的作用所补 偿^:1<]。吸收态的破骨细胞除了质子泵还存在另一种质子 泌出机制，即Na/H对向转运（图6 - 7)^["^]。

氯化物磧_«铨的交換

图6-7破骨细胞介导的骨降解

(五）OC对有机质的降解

矿化相被溶解后，有机基质即丨甩胶原（大于90%) 等20余种蛋白被降解。许多蛋d水解酶和降解过程有 关。主要冇两大类蛋白水解梅，称为溶酶体半胱氨酸蛋 白酶和基质金臈蛋白酶（MMPs)。

OB源（MMP- 1)胶原梅在降解覆盖骨的类骨质过 程中起重要作用。移除类卄质是OC骨吸收必须的和不 可缺少的步骤。尽管在骨吸收的早期阶段OB的作用是 必要的，但还不确定原位OB作用就足产生降解类骨质 所X要的所有蛋白水解酶，不能排除在伢形成过程中箪 质降解所满的一些蛋白酶已经产生，并已经储存在基质 内。骨吸收的剌激物引起局部OB群活化，然后OB分泌 出激活包埋在基质内的蛋白酶所笛的因子。老无疑问 OB能够在体内体外产生和分泌MMP-丨。因此在伢吸 收的M初阶段OB能够降解类骨质。在骨形成期间也产 生和分泌MMPs,在骨吸收期间这些包埋在基质内的蛋 d酶发挥作用^[|51。

OC上含有一些溶梅体半胱氨酸蛋白酶，包括组织蛋 白酹B, C,D, H, K, L, O, S。绀织蛋白酶B和L存在 细胞内和吸收馅窝处；与在吸收馅窝内较商组织活性相 比，在冇皱折缘的OC内反应性极低₃虽然在细胞内液 泡M绀织蛋白梅丨）显示较强活性，但在吸收馅窝内没有 发现组织蛋白酶D。抑制细胞外的m织蛋白酶L和/或S 引起明M的骨吸收抑制》OC源绀织蛋d酶B能有效降 解MMP-1从X彻胶原产生的片段，X型胶原大坩存在于钙化软骨中。已克降了人的组织蛋白酶a,与组织蛋 白貽L和s具有高度同源性。…种天冬氨酸非溶酶体蛋 白醃，组织蛋白酶E,由OC产生并且高浓度集中于吸收 态的皱折缘；提示蛋白醃既在箪质降解，皱折缘更换中起 作用，又在皱折缘与骨基质粘附和解离过程中起東要作 用㈦川。

中性胶原酶（92ku)和酸性蛋白水解酶B、C、D、L、H 和K以及MMP-9等一般以酶原的非活性状态分泌，滞 经纤溶酶（plasmin)和Cathepsin K水解酶切而激活，这些 酶切反应要求低pH环境。吸收腔隙的pH为4〜5,正是 Cathepsin活性的最适pH范困，提示Cathepsin可能足骨 有机成分降解的主要成分。大M蛋白酶在酸性条件下激 活，对脱钙的1型胶屎等成分进行有效的消化吸收，未消 化的成分被吞咮人细胞，与初级溶酵体融合进一步消化 分解，代谢产物由非吸收面排出。完成消化吞嘍的◦(：, 或者转移到别的部位继续骨吸收，或者自然崩解（凋亡>。

TRAP被广泛用作OC的细胞特异性标i己。TRAP 是否被分泌到吸收馅窝中，仍有争论。TRAP基闪敲除 鼠在骨生长和骨审建中仅显示轻微紊乱，说明TRAP不 是发生骨吸收所必须的因素，俏却是OC最佳功能所必 须的¹

总之，几种金厲蛋白酶和溶酶体及非溶觭体蛋白酶， 特别是半胱氨酸蛋白酶在骨基质降解中起电要作用。需 要几种蛋白酶协同作用以溶解纤维的丨型胶原和其他骨 基质蛋白。其中有些蛋白皞主要在细胞外起作用，有些 主要在细胞内起作用或细胞内外都起作用。因氧自由基 直接在骨吸收陷窝内产生，可进一步加强细胞外基质 降解。

(六）         从吸收陷窝清除骨降解产物

在骨吸收期间，皱折缘膜与毋基质一芭是紧密连接 在一起的。细胞膜和骨基质组分之间仅有很窄的间隙， 吸收间隙的降解产物必须设法不断移除以保证吸收过程 继续。埋论上吸收产物的移除有两种不同途径，或者从 封闭区下面将降解产物从吸收陷窝继续不断的移除，或 者通过吸收态细胞的胞吐作用移除。没有实验证明封闭 区下有渗漏。OC小泡内的骨降解片段是吸收态OC从 皱折缘膜转到基底膜的中心区的^h~。

(七）         吸收之后OC的反馈调节

骨吸收时大里骨组织分解产物良接或间接对OC的 活动进行调节，包括骨吸收终止和OC凋亡。如c_a²' P〇₄^3_和骨基质中细胞因子TGF-p、胶原降解片段等。 TGF-p^:Ml是骨基质中含最丰宮的细胞因子，分泌后与 特异蛋白（LTBP)结合而失去活性，在骨吸收时通过酸、 蛋白酶和脱糖基等作用激活，可抑制破骨细胞前体的增 飱分化和融合.促进OC凋亡，是骨吸收有效的抑制剂， 由于其在促进骨形成和抑制針吸收方面的独特作用被认 为是骨代谢重要的偶联因子。高Ga²‘水平可能通过钙 离子敏感膜受体使破骨细胞收缩并终lh吸收过程^(21:。

一个OC坷以经历多个吸收周期。只要OC有功能， 就能继续它的原来吸收埚期。但一定有一个机制在厣位

破坏多核OC。至少OC有两种+同的途径可以遵循以 完成吸收任务。很坷能这些分裂期后细胞通过凋亡或程 序性细胞死亡被移除。目前普遍接受的理论是多核细胞 不能经过分裂过程形成单核细胞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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