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髄脂肪细胞生成骨质疏松症的发生与QCT骨密度体模软件检测方法

骨tt基质系统由基质细胞进系构成，包括未分化的 基质干细胞和定型分化的脂肪细胞、成骨细胞、造血支持 细胞等多种细胞类堃。在已分化细胞中，以脂肪细胞最 为丰甫。骨髄脂肪细胞生成在机体的能《储存、#代谢、 脂肪代谢.造血支持中发挥重要的病理生理学功能。在 增龄、绝经、代谢性异常等导致的骨质疏松中，骨体积的 减少总是伴随#«脂肪成分的增加。骨髄脂肪细胞生成 被视为骨质疏松症的策要并发症，从而在骨质疏松症发 病机理及临床防治的研究中具有重要意义。

(一）骨髓发有中的脂肪细胞生成

骨《包括基质系统和造血系统。其中，造血系统中 的造血干细胞为红细胞、白细胞、血小板和淋巴细胞提供 连续来源；基质系统中则含有非造血组织的千细胞，因其 能分化为骨、软骨、脂肪、肌肉、肌腱、背髓支持基质等多 种间充质组织的细胞而被称为间充质干细胞（mesen­chymal stem cells, MSCs)或骨储基十质细胞 （bone marrow stromal stem cells,BMSSCs      骨和背髓作为完整的器官，在发荇、生长和袞老过程中呈现明显的时空组织性。 沿骨生长的方向，由骨干中央向千骺端，不同的表型在不 同时间点呈现特征性的空间序列，即从雏形软骨始，渐次 出现肥大软骨、职始海绵状骨、前造血生成性骨髓、造血 生成性背确和骨髄脂肪细胞。其中，唯独骨描脂肪细胞 生成是出生后的发育事件^[M]。随年龄的增长，骨髄中脂 肪细胞的数ft和大小呈线性增加。据估计，成年P期髂 嵴骨tt腔容M的30%由脂肪细胞充填，至60岁时约占 60%或更多。而在老年人四肢长骨的髓腔中，脂肪细胞 甚至占据90%以上的商腔空间。正如Newmann’s定律 所述，出生时所有骨髄腔由具有造血活性的红骨制充填； 骨骼成熟时，红骨髄仅存在于中轴骨和四肢长骨的骨骺 或T•骺鞠，四肢付千的髄腔则由脂肪性货骨髄充填。由 此可见，骨骼的生长和增龄是骨髓脂肪生成的决定因素， 骨髄脂肪细胞生成叫被看作骨发育或老化的终点。

在骨賊微环境（bone marrow microenvironment， BMME)中，骨髄脂肪生成、造血生成和骨生成是密切相 关的生理病理学事件。骨髄脂肪细胞数擞的变化不仅反 映造血细胞总M的变化，也反映ALP阳性网状细胞数植 的变化。超微结构研究发现，N状内皮细胞可通过脂滴 聚集变成含有多脂滴的前脂昉细胞，最终成为脂肪细胞。 前脂肪细胞表达ALP活性，随脂肪细胞分化成熟，AIJP 活性逐渐消失。这也表明广泛脂肪演变的骨髓中难以检 测到ALP阳性的基质细胞ALP阳性的网状细胞和脂 肪细胞是蓽质细胞谱系的不同表彻，出生后哲髄基质细 胞依轅骨觔傲环境的调控向不同方向分化。而且，脂肪 生成和骨生成楚〇7以相互转化的分化途径。骨髄基坺系 统中不同表型间的转分化不一定在千细胞水平，已分化 细胞谱系之间也可发生表甩间的相互转化，这也是增龄

和病理条件下分化细胞可塑性的细胞学基础。骨质疏松 条件下，骨髓脂肪生成增加、骨生成减少可能就是骨«基 质干细胞或其下游分化细胞表型可塑性的结果。正如早 在20世纪70年代Meimier等的研究报道提示，骨髄脂肪 细胞数里的增加与骨质疏松密切相关，老年人演化性骨 丢失的过程甚至可被视为是松质骨被骨《脂肪组织抟代 的过程。

(二）         骨髓脂肪细胞的功能

在成人骨髄腔中，骨髄脂肪细胞较其他基质细胞谱 系占据更多的髓腔空间，作为骨髓基质系统的重要细胞 成分，娃骨髄基质微环境中多种自分泌、旁分泌因子和能 墩代谢的来源。而且，骨髄脂肪细胞的生成与骨骼的发 宵阶段、年龄、造血组织的水平等多种因索相关，因此其 生理病理学功能也复杂多样。通常认为骨《脂肪细 胞发挥被动作用以充填不再需要造血组织生成的髓腔空 间，种髄脂肪细胞数擞和体积的变化是骨髄造血成分变 化的结果。作为骨髄造血支持基质的组成部分，骨髓脂 肪细胞在造血生成中发挥重要作用，脂肪细胞生成多种 造血细胞生成的调节因子。除了支持造血生成，骨髓脂 肪细胞还参与破骨细胞的生成，并在破骨细胞能适代谢 中发挥活化作用，脂肪酸氧化是支持氧化代谢的乙酰辅 酶A的主要来#^^2:。骨髄脂肪细胞参与机体的脂肪代 谢，消除存在于血循环中的甘油三酯；在造血组织生成或 骨形成受到影响的病理情况下（如失血、骨折），发挥局部 能《储存库的作用。而且，脂肪细胞与其它基成细胞讲 系间存在表沏重叠，在造血过程中充当促进血细胞成熟 的支持细胞，在骨形成过程中充当成骨细胞。在增龄或 骨质疏松等病理状态下，骨体积减少伴随骨髄脂肪成分 增加，骨餹箪质干细胞的数最及其分化模式也随之发生 变化。如老年小鼠骨髄中的基质干细胞明数量显少于幼 年小鼠的，在加速袞老小鼠模型（SMAP6)中，成骨细胞生 成减少，伴随骨髓支持功能的增强及脂肪细胞数贵的增 加^[w]。在卵巢切除大鼠中，雌激索水平的降低导致#体 积减少、骨表面吸收增加，同时伴随骨髄脂肪体积的增 加^:M:。临床研究也表明，绝经后對质疏松症病人骨髄中 脂肪成分增加伴随骨小梁体积减少，并与雌激索水平的 降低直接相关。在外源性类固醉作用下，骨髄基质干细 胞分化为脂肪细胞，导致脂肪细胞数量增多、体积增大， “干细胞库”不能提供足够的成骨细胞以满足骨的修复和 m建％¹。目前认为，骨髓脂肪细胞生成是骨质疏松发生 发展的東要机制，此时的脂肪细胞可能在某个“检査点” (check point)由#«基质干细胞分化而来，或由成骨细胞 “转分化”（trans - differentiate)而来，也可能经由成骨细 胞去分化（dedifferentiate)，返回至未分化状态，再分化 (redifferentiate〉为脂肪细胞。因此，脂肪细胞可作为骨质 疏松症防治的粑细胞，通过抑制背髄脂肪细胞的生成，促 进骨生成和骨ffi增加，为竹质疏松症提供新的防治途径。

(三）         骨髓脂肪细胞生成和骨生成的关系

越来越多的证据表明，在特定的体内或体外环境中

骨髄脂肪细胞和成骨细胞表裀间可发生相互转化。早期临床研究发现，骨质疏松病人骨髄腔内脂肪细胞增加伴 随骨小梁体积减少。将兔“红骨髄”和“黄#髄”分別移植 于骨髄外部位，进行成骨潜能的比较研究，发现两种骨髄 呈现相似的异位成骨现象，表明红骨髄和黄骨髓均含有 骨生成细胞。将兔骨髄脂肪细胞克隆和讶髄基质成 纤维细胞克降分别移棺于扩散盒中，发现两种细胞均具 有成骨能力，并发现已经向脂肪细胞分化的细胞能够返 回至快速增殖期，进而向成骨细胞方向分化^137]。从而支 持体内脂肪细胞和成骨细胞分化途径之间存在相互转变 的可塑性。在体外研究中，已建立了一系列的细胞系用 以研究脂肪细胞和成骨细胞间的相互转化关系。其屮， 广泛应用的具有双潜能特征的小鼠骨《基质细胞系，包 括BMS2、UAMS33、2T3细狍系、来自于P53基因敲除小 鼠的永久化基质细胞系、以及使用SV40-T抗原建立的 永久化基质细胞系（如hOF7,HOB- 02 - C1,TF274) 等。这些小鼠细胞系呈现向脂肪细胞和成背细胞分 化的双潜能特性，脂肪细胞表型表达增强伴随成骨细胞 表型表达减弱。臀如，脂肪细胞标记基因〇P2表达增强、 脂肪小泡形成的同时，成骨细胞标记基因（#桥蛋白、骨 钙素）表达减低，丨细、ID铟纤维胶原转变为基底膜IV型 胶原。大鼠脂肪细胞和成背细胞之间也存在着表埂的相 互转化。常用的人细胞系包括MG63、来源于人成骨细 胞或BMSSCs的转型细胞系，以及原代培养的BMSSCs 或骨小梁成骨细胞。人BMSSCs在1-甲基-3-异丁基 货嘌呤UBMX)、地寒米松、胰岛索、indomethacin条件下， 向脂肪细胞方向分化。细胞内聚集丰商的脂肪小滴，并 随时间不断扩大、融合，最终充满整个细胞，并表达脂肪 细胞特征性表型过氧化物酶体增殖物活化受体72 (PPARy2>、脂蛋白脂酶（LPL)、腊肪酸连接蛋白（aP2)。 在地塞米松、P-甘油磷酸钠、抗坏血酸盐、10%(v/v)胎牛 血清培养条件下，则呈现成背细胞表型。在类似的培养 条件下，骨小梁来源的成骨细胞也呈现向脂肪细胞分化 的特征。另外，脂肪细胞克降可分化为成纤维细胞样细 胞，继而在特定条件下分化为成骨细胞和脂肪细胞^fi8]。 来自于人或大觥脂肪组织的间充质干细胞也呈现向脂肪 细胞和成骨细胞分化的双潜能特性^:M1。上述发现均表 明骨髄脂肪细胞和成骨细胞存在转分化的相互关系。终 末分化的成熟成骨细胞可能会去分化，返回至未分化的 基质干细胞状态，然后在特定条件下向脂肪细胞分化，反 之亦然。骨髄脂肪细胞和成骨细胞表型间相互转化的关 系提示骨髄脂肪细胞生成是骨质疏松症或其他#质减少 性骨疾病发生的里要发病机制。

(四）骨髄脂肪细胞生成和造血生成的关系 已知骨髄基质细胞分泌大M的细胞外基质蛋白，包 括蛋白多铕、纤维连接蛋白、层粘连蛋白、_tcnascin,以及表 达特定的细胞膜表面跨膜蛋白如CD36、CD44、整合素 (imegrin)、血赀细胞粘附分子（V-CAM)等，共同参与介 导各种血细胞和骨髓®质之间的粘附作用。由于骨糖脂 肪细胞与造血支持基质细胞一样来源于共同的基质干细 胞前体，因此，前脂肪细胞也表达某些与基质细胞相同的

蛋白标记。而且，体外研究证实前脂肪细胞系支持髄细 胞生成和淋巴细胞生成。事实上，脂肪细胞分泌的许多 因子如1型干扰素（丨FN>、前列腺素（PG)、瘦索（丨eptin)、 脂肪连接素（adiponectin)、性激素等均是造血牛.成的调节 因子。最近，有证据表明骨髄脂肪细胞产生的脂肪连接 素通过旁分泌机制抑制脂肪细胞的分化，抑制髄单核细 胞前体的生长以及巨噬细胞的功能，并通过诱导前列腺 素的合成选择性抑制淋巴细胞生成提示造血生成 和脂肪细胞生成之间还存在尚未阐明的调控机制。而 且，成熟脂肪细胞和前脂肪细胞细胞对细胞因子的表达 模式也因细胞分化的不同阶段而呈现差异。骨髄脂肪细 胞生成的不同阶段影响基质细胞膜蛋白、细胞因子和细 胞外基质的表达，相应细胞因子的功能也因此受脂肪细 胞分化的影响。因此，在伢髓基质微环境中，背髄脂肪细 胞与其周围细胞相互作用，共同参与造血细胞分化的调 节。

(五）骨髄脂肪细胞生成和破骨细胞生成的关系

破#细胞来源于骨髄或外周血的单核/巨噬细胞系 统。在体内，破骨细胞的分化和功能受复杂的毋髄基质 和微环境的调控。作为#髄基质系统中的重要细胞成 份，骨髄脂昉细胞分泌大S的细胞因子，参与骨《微环境 的构建。骨儲肪肪细胞除了支持造血牛成.还参与破骨 细胞的生成。一系列的基质细胞或脂肪细胞系被用来研 究毋髄脂肪细胞生成和破骨细胞生成间的关系。譬如， BMS2箪质细胞系富含前脂肪细胞和脂肪细胞，质始骨 髄细胞在与RMS2细胞系共培养的环境中向破骨细胞方 向分化，呈现破骨细胞的骨吸收功能¹~。TMS-14前脂 肪细胞系也能支持破骨细胞的生成，而不潘其他背吸收 因子的诱导。但是，在PPAR配体和活化子的作用下， TMS- 14细胞支持破骨细胞生成的功能被抑制，伴随破 骨细胞分化因子（ODF，OPGL, RANKL或TRANCE)基 因衣达的抑制^|<21。在成糖细胞Ml与14F1.1内皮-脂 肪基质细胞共培养系统中，内皮-脂肪基质细胞调节成 髄细胞向破#细胞的分化^:~。MC3丁3-G2/PA6细胞系 是一种前脂肪细胞，与骨《基呔细胞相似，在糖皮侦激素 作用下分化为脂肪细胞。将PTH预处理的丹髄细胞与 MC3T3-G2/PA6细胞共培养，发现前脂昉细胞通过与 破骨细胞前体间直接接触和胞间通信的建立.渊控破骨 细胞的生成^[<<1。业已证实，基质细胞系分泌的可溶性因 子如巨噬细胞集落剌激因子（M-CSF)和补体C3参与 调控破#细胞的分化，而1,25二羟维生索D3或脂肪 细胞促进剂如氢化可的松、丨BMX均可促进补体C3的产 生。最近发现，脑和垂体分泌的一种13袄基酸肽-黑色 素细胞剌激激素U-MSH)刺激破骨细胞的生成，而_a- MSH的分泌受脂肪细胞分泌的瘦素的调节白细胞 介素-11(IL-丨1)则是脂肪细胞生成的抑制剂和破骨细 胞生成的剌激剂。因此.骨髄肪细胞生成和破骨细 胞生成之间也存在复杂的谰控网络。

(六）骨髓脂肪细胞作为骨质疏松症防治的 靶细胞

骨髓脂肪细胞和成骨细狍拥有共同的多潜能基质十 细胞舫体，在一定条件下可发生表甩间的相互转化，随着 增龄，#生成成少总是伴随骨髄脂肪细胞生成增加，提示 骨髄基质细胞谱系的分化及其调控是骨质疏松症发生、 发展的重要细胞学基础。在脂肪生成诱导条件下，表达 骨钙素的成骨细胞也能转分化为脂肪细胞。由于骨钙素 的分泌通常被认为是成骨细胞分化的晚期标志，从而提 示成#细胞完全定型分化的检査点可能位于骨钙素表达 的下游.即使是晚期分化的成骨细胞也能向脂肪细胞转 分化^Dl:。然而，多潜能基质干细胞及其下游进系究竟在 什么检査点发生定沏分化或转分化，仍待进一步阐明。 在骨髄基质傲环境中，骨生成、破竹细胞生成、甘髄脂肪 细胞生成和造血生成是密切相关的生理、病理学車件，共 同构成好髄微环境的细胞调控网络〇在#质疏松症发病 过程中，除了成#细胞和破丹细胞耦联关系失衡因索外， 成骨细胞和脂肪细胞分化比例及其功能的失衡也是重要 W素。成骨细胞和脂肪细胞比例的失衡可能是各自祖细 胞数《和分化调控失衡的结果。因此，#髄脂肪细胞可 作为骨质疏松症防治的重要靶细胞，抑制骨髄脂肪细胞 生成同时促进骨生成是背质疏松症防治药物设计的重要 方向。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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