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生长板的细胞分化层与QCT骨密度体模软件检测骨密度方法

骨生长板的细胞分化层与功能

根据软针细胞分化的不同时期，生长板中的软竹细 胞可划分为几个细胞区带.袵一个细胞区带都有截然不 同的基因衣达模式。静止状态的软骨细胞旮先进人活化 阶段•细胞体枳开始增大.形成活化状态的软骨细胞；活 化状态的软竹细胞体枳进一步增大，冇％分裂增强.细胞 纵向排列成行，进人增飱阶段，形成增飱阶段的软骨细 胞；随狞细胞体积的进一步增大，细胞M球状，M后进人

骨化带

囝5-2软骨生长板的细胞带区分不意图

(一）         静止细胞带

舴止细胞带又称为储条带，细胞扁平，被丰富的细胞 外基质分割成申个或成对，体积较小，长轴与生长板软卄 平行，增飱能力弱，功能相对不活跃，类似干细胞样细胞 (stem-like cells〉，其胞质内贮存有脂雕和糖原，并不表 达前软伢细胞特有的标志产物II型胶原，提示静止带软 骨细胞分化能力弱。该区的主要功能冇^[4]:①产生软骨 增殖细胞；②可产生一种成为生长板发生因子（growth plate orienting factor)的形态原物质，使增猜细胞排列为 与长骨长轴平行的细胞柱；③产生抑制其附近增飱期软 钟细胞终末分化的形态原物质。

(二）         增殖细胞带

增殖细胞带细胞增生活跃，细胞呈圆形或椭岡形，体

积较大，呈柱状纵向排列。其主要的功能为合成丰褚的 细胞外苺质，促进细胞分裂、增加软骨纵径生长。局部W 子和系统因子共同刺激软饵细胞的增殖活动。

增飱细胞带又可分为上增殖细胞带（the upper prolif­erative zone) 和 |'^_ 增殖 细胞带 （ the lower proliferative zone)。h.增飱细胞带软骨细胞扁平，呈柱状排列，是软 卄生长板细胞分裂生长的中:要区域。该区的主要功能 冇^:4]:①合成n型和XI©胶取和"I聚蛋111多糖；②合成 大M的细胞外苺质；③细胞上有生长素受体，能剌激胰岛 家样生长因子-1(丨GF- I )合成，后者的促迸基质的合 成与细胞的分化。下增飱细胞带软#细胞的形态与功能 类似于上增飱细胞带，怛是丨)NA合成相对减弱.丨丨甩胶 职mRNA合成敬最砟。

D		c			dr
mil		癱#雜"			I
"ill	c.	# # » 嚅##			[V
mu	—►	♦镰#	—"►	•鲁
Hill
mu		參##		!«%	•l
					L

「be

下e大细胞带/终末细胞

«化带

细胞和破竹细胞，成骨细胞和破骨细胞对钙化软#进行 联合改造，软骨逐渐被骨取代。此时，软骨原基的中央的 骨化部位称为原发骨化中心（图5 - le)。

在位于软竹雏形中心的肥大软骨细胞进行上述多重 演变的问时，软骨雏形通过软竹细胞的不断增殖而变大 (图5-10。随者软#增大，造血干细胞与基质相互作用 形成出生后的造血部位。一部分软卄细胞变为扁圆形. 朝宥骨延长的方向排列成柱状。骨的增长，特别足在胎 儿时期的快速增长，主要是增殖期软骨细胞向肥大软骨 细胞转变的数S所决定。当骨进一步增长.二次骨化中 心形成，在特征性的新位点软讶细胞f?止增飱，幵始肥 大.吸引血忏，随后成骨细胞侵人。在四肢符状骨的初次 和二次骨化中心区域.软骨细胞继续增殖，形成了一个界 限淸晰的冇细胞组成的板，称为软针生长板（growth plate cartilage)¹³¹ 〇

肥大阶段.形成肥大软#细胞。在这一过程中.细胞的体 积可增大丨0~丨5倍之多，肥大成熟的软骨细胞M终末分 化的软骨细胞。根据软骨细胞分化过程中的形态等特 点，生长板软骨细胞可被分为以下区带（图5-2):

静止细K带/钿胞储备带

上增殖细胞带

T增殪细《带 肥大细MMK骨生长板的细胞分化层与QCT骨密度体模软件检测骨密度方法

细M成熟带/(KJC大细鉋带 上肥大细腌带

(三）         软骨细胞肥大带

肥大的软骨细胞是软骨原细胞进系分化的终末阶 段，细胞胞体浑圆，胞浆丰帟，呈柱状纵向排列。软骨细 胞分化肥大后，表达碱性磷酸酶、annexin II、annexin V及 X型胶厣等，这些表达物是软骨细胞分化成熟的标记物。 软骨细胞的肥大在基质钙化、矿化和骨生长发育的过程 中发挥重要作用。肥大软骨细胞可直接诱导细胞周围的 基质钙化，也可通过产生血管内源性生长因子及其他因 子诱导血饩侵人，并且还可吸引破软骨细胞，吸收基质。

有学者将软骨细胞肥大带与增殖细胞之间的过渡层 细胞称为软骨细胞肥大前区（pre - hypertrophic zone)，其 功能具有调节增殖细胞向肥大细胞分化的速率。软骨细 胞肥大带又可分为上软骨细胞肥大带（the upper hyper­trophic zone) 和下软骨细胞肥大带或终末分化软骨细胞 带（the lower hypertrophic zone/the zone of the terminal chondrocyte^⁴¹。上软骨细胞肥大带的细胞功能非常活 跃，只是没有细胞分裂活动，极少数肥大软背细胞可能发 生凋亡（图5-lg)。细胞合成基质的能力增加，如，每个 细胞合成基质的能力较增飱带细胞增加3倍左右。该区 细胞的主要功能是合成细胞外基质蛋白，主要有n和X 型胶原蛋白、可聚蛋白多糖（Aggrecan)、碱性磷酸酶，胶 原酶-3的合成作用也增强。胶原酶-3是一种金属蛋 白故，能选择性地使细胞外n型胶原分子迅逨降解，促进 软骨外细胞外基质的吸收与重建，使软骨细胞体积增大、 肥大。下软骨细胞肥大带是软骨内化骨终末区，细胞进 —步增大而呈空泡化，既往认为这些变化是软骨细胞缺 氧而发生了细胞死亡。软骨细胞肥大下带的细胞仍具有 m著合成碱性磷酸酶、x和n型胶原的能力。纵行软骨 细胞柱之间的基质发生钙化，进而成为干骺端基质骨化 的框架。软骨细胞肥大下带的软骨细胞通过凋亡而死 亡，细胞凋亡率大约在18%左右。

(四）         钙化带

钙化带软骨细胞胞浆中的糖厣儿乎完全消失，除线 粒体和内质网膜外，细胞膜及核膜广泛破裂，细胞外基质 在酶的作用下降解并发生钙化。生长板软丹细胞释放的 基质小泡（matrix vesicle, MVs)启动化过程。在生 长板软骨细胞分化过程中，细胞内的钙离子浓度逐渐增 高。钙离子浓度的增高诱导_anneXi_nn、v及VI从软#细 胞质向细胞膜转移，然后释放出包含aimexinll、V及VI 的基质小泡，基质小泡膜上有碱性磷酸酶、焦磷酸鵑和 ATP酶，膜内包含_annexin n、V、VI、碱性磷酸酶及 MMPs。增飱期和肥大期的软骨细胞均能分泌基质小 泡，但基质小泡在肥大带最多，钙化也只发生于肥大带的 软骨细胞。an_nexinn、V及VI在箪质小泡中的作用是形 成钙通道，使钙离子能进人基质小泡。通过千扰₃₁^«丨11 H、V及VI抑制钙通道的活性，可导致基质小泡丧失摄取 钙离子和矿化的能力。因而当基质小泡被释放到细胞外 基质，形成钙通道的annexins使钙离子迅速进人基质小 泡并启动钙化过程。在碱性磷酸醻的作用下，有机磚酸

盐也进人基质小泡，随若基质小泡内钙离子与有机磷酸 盐浓度的增高，二者结合，形成羟基磷灰石（hydroxyapa­tite,HAP) 晶核， 随着晶核的不 断增多 、扩大，MVs 膜破 裂，晶核释放至胶原基质中并向周围扩敗、生长，使残轺 的软骨基质矿化。基质小泡中又含有较多AKP,能分解 多种磷酸脂和焦磷酸盐，消除了抑制钙盐形成的作用，促 进钙盐沉着与基质的钙化。钙化的软骨基质为成骨细胞 的成骨作用提供了支架。骨生长板的细胞分化层与QCT骨密度体模软件检测骨密度方法

在钙化过程启动的同时，基质小泡中的基质金属蛋 白鵑（MMP_S)则进人基质中，它的主要作用是降解细胞 外基质（extracelluar matrix，ECM )。除基质小泡中的 MMPs外，软骨细胞也能产生MMPs。软骨的ECM主要 由D甩胶厥和蛋白多糖组成，ECM的降解主要依糗蛋白 水解酶，降解基质的蛋白酶系冇4种：MMPs、半胱氨酸 蛋白酶、丝氨酸蛋白酶以及天冬氨酸蛋白酶。在这4种 蛋白水解酶中，MMPs是降解细胞外基质的主要酶系，因 为：①MMPs肓接以酶原的形式分泌到细胞外基质中，并 在正常生理条件下发挥作用；②MMPs的活性均受到严 格调控，且在ECM重组的部位易于诱导表达；③MMPs 中的一些酶是迄今为止已发现的唯一能分解纤维类胶原 的酶。MMP-7可以直接降解n型胶原和蛋白多糖，同 时还可以通过活化其他MMPs加强以对细胞外基质的 降解。MMP- 3降解ECM同时能激活MMP- 7,并 加强其降解作用，MMP-7对蛋白多糖的降解活性是 MMP-3的丨.3〜4.7倍。MMP-7可激活MMP-2和 MMP-9对II型胶原进一步裂解，而MMP-9是一种重 要的反映背吸收和骨再建的关键酶，具有降解细胞外基 质的功能，在破骨件骨吸收中发挥笤東要作用。M.MP- 13也能使n彻胶原分子降解，它能选择性的使细胞外n 型胶原迅逨降解。MMPs的活动最终导致软骨细胞外基 质的吸收与重建。

随着软骨基质的吸收与垂建，残留的软骨基质开始 钙化。残留的软伢基质中窗含蛋白聚糖集结家，蛋白聚 糖分子集聚的部位出现灶状钙化。n型胶原的c- propeptide在矿化位置聚集，C - propeptide是一种转结合 蛋白。在钙化发生之前，增殖层的软骨细胞产生基质小 泡，这可能是为了提高局部钙及磷酸的浓度，确保矿化核 的形成，而在软骨细胞肥大后确实观察到钙及磷酸的浓 度的升高。敲除基质Gb蛋白基因的小W增殖层软骨细 胞出现钙化，提示这种在肥大层软骨细胞低表达的分子 将软骨细胞的矿化限制在肥大层细胞中。

(五）骨化带

骨化带是生长板软钟的掖后一个带，与背干侧相连， 在骨化带中软骨组织逐渐被骨组织取代。软骨生长板中 空泡化的肥大软骨细胞被随血管入侵来的内皮细胞所占 据。入侵的内皮细胞诱导软骨细胞凋亡并形成软#细胞 肥大下区的血管通道，为一些参与骨形成的高度特异化 的细胞提供进口。在未矿化成骨组织或类骨组织中成骨 细胞的作用下，钙化软骨的血管区形成原发性松质骨 (primary spongiosum)。随笤软骨细胞空陷窝、类骨组织

和软骨膜I型前胶原mRNA的表达，干骺端卄组织形 成。因此，I型胶原足成骨细胞的标志，而n和X甩胶厣 仍然在松质骨中未骨化的钙化的软骨残基中（cartilage residues in bone trabeculae)表达。随着#基质中破骨细胞 和破软骨细胞淸除和吸收软骨组织，干骺端形成的新编 织骨（woven bone)逐渐被板状骨（lamellar bone)所取代。 最后，通过破骨细胞吸收和成骨细胞成骨的平衡、以及多细胞类型种细胞因子的调控和再塑形，生长板软骨完全由骨组织 取代而消失^[41。

图5-3的示意图总结了生长板软骨、骨发育早期过 程中从成软骨细胞到肥大软骨细胞及血管人侵不同时期 中软骨细胞成熟、分化、细胞外基成合成、软骨钙化、塑形 与细胞因子调节的基本过程。骨生长板的细胞分化层与QCT骨密度体模软件检测骨密度方法

细胞外箪质/细胞因子 箪因表达/合成

间充质细胞

I塑胶原合成    FGFR-1

间充质前成 软#细胞聚集

IIA姻胶原合成FGFR -2

成软骨细胞

软骨增殖细胞

U B铟胶原合成 蛋白多糖合成

细胞分裂
FGF-2转换
GH/IGF-1	c - myc
剌激	c-Jun
	c-Fos

FGFR -3

PTHrP PTHrP受体

软竹膜细胞 骨暎细胞

•IHH • PTHrP

肥大软骨 细胞免期

肥大层前软卄细胞   Ihh

Ihh/FGF-2/PTHrP TGF丨，心抑制成熟 BMP-7/T3/维生索 Dj 促进成熟

受体

维生素D₃受体

X型胶顷合成 n b型胶原增多

肥大软骨 细胞中期

成#細&

肥大软骨 细胞晚期

诱导钙化

血管侵入 成骨细胞

毛细血管生长 类毋质 编织骨形成

胶朌酶-3, c-fo* X®胶原

II、X 型胶原/Bcl-i 释放 Transglu丨ami

^Bcl-2

unas«s

细胞调亡

血管生成 成骨细胞钙化 软骨钙化 软骨钙化 编织骨形成

血管生成分子 /VECF

MMP-9

胶原酶-3

图5-3生长板软骨、竹发眘早期过程中从成软骨细胞到肥大软骨细胞.血管人俊中软骨细胞成熟、分化、细胞外 *质合成、软背钙化、铍形与细胞因子渊节过程的总结示息图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  
网址:http:// www.qctqct.cn  
手机 : 13072875151传真 :028-65830598
市场部电话 :028-65830598 028-67708638  83190122
在线 QQ:110480527 联系人 : 王先生
邮箱:samwangcn@126.com
地址 : 成都市静康路536号