成都华西华科研究所分析骨质疏松症细胞模型与QCT骨密度软件体模检测

骨质疏松症细胞 模型（Replication cell model of osteoporosis)

一、衰老细胞横型（Senescent cell osteoporosis model)

在细胞老年学中主要有三种研究方法，一为从正常 细胞传代获得衰老细胞，比较早期细胞与多代以后细胞 可获得细胞的分子特点。二是比较从老年和年轻人取得 的原代或前几代细胞。最后是比较加速老化综合征（早 衰、Wernei•综合征）病人细胞与同年龄的健康人细胞。

袞老可以部分解释为一种分子损伤的随机过程。这 种过程称为体细胞突变理论，根据这种理论整个生物体 基因组的广义退化或薄弱区域的特定损伤导致了功能的 丧失或衰老。这一理论通常与Szilard联系在一起。体细 胞突变导致基W多态性，白介素6(IL-6)为调节破骨细 胞骨吸收的细胞W子，在泰国人群中IL-6的基因型主 要为c/c型，其他基因型（a/c, b/c, c/e，c/f，b/e)均少见，

这与白种人不同，c/e基因型为钟质疏松的保护性因素， 而b/c, c/c为骨质疏松的危险因索~。转换生长因子P (TGF-p)促进骨髄成纤维细胞增殖，碱性磷酸瞵ALP 活性升高，此外TGF-p还促进基质糖蛋白和胶原蛋白 的合成。TGF-p的基因多态性对肯少年骨质疏松症有 明显影响，存在这种基闪多态性的人群秘患青少年骨质 琉松痖，巨易钟折，而绝经期骨质疏松住常存在C509T 基因多态性

已表明来自于Werner综合征患者细胞的DNA复制 潜力降低。进一步分析表明端粒明显变短。这些细胞也 M示衰老的其他特征如非同源重组率的升高、DNA修复 的减少等。Werner综合征基因被克隆，编码DNA解蝶 旋酶RecQ家族成员的一种蛋白质，这种蛋白质能催化 DNA解链。己发现了几种解螺旋酶基因的突变^[3]，特别 是在一个日本系列中。W_erner综合征病人的皮肤成纤 维细胞的功能有许多异常，包括胶原合成增加和胶原賂 合成减少，hya丨uronan合成的增加，纤粘连蛋白合成的增 加.以及细胞表面粘多糖的改变。Werner成纤维细胞还 显示了促有丝分裂的减弱以及对血小板衍牛牛长因子 (PDGF)和成纤维细胞生长因子（FGF)的调节响应 差异筛选（differential screening)cDNA表达文库显亦与正 常成纤维细胞相比Werner综合征的许多基因过度表 达~，这些可能是袞老所特异的而不是Werner综合征所 特异的，包括W岛索样生长因子叫结合蛋白-3UGFW -3>，_al(丨）前胶原，纤粘连蛋甶，WS3-10和NS-14。 一个主要的问题是，体外细胞衰老的研究是否有助于说 明体内衰老的过程。已经非常明确的是各种人类细胞类 型的生长能力随供体年龄的增长而减弱。证据表明端粒 长度是复制衰老的一个原因，并且它在检测与年龄相关 的过程时是一个有用的相关因子。

二、骨吸收细胞模型（Bone resorp丨ion cell os­teoporosis model}

体外骨吸收的测定主要基于以下两种技术：一是体 外组织/器官的培养在这个培养环境屮，离体骨组织将被 完好或近乎完好地培养，提供在没有机体内分泌、循环和 机械影响下与体内相似的组织内环境，便于研究者控制； 另一即为细胞培养，具有吸收骨质功能的细胞在培养基 中培养。此时，细胞不仅没有内分泌、循环和机械因素的 影响，而且在很大程度上与其他类型的细胞也分离开了， 而这些细胞在楫吸收中形成紧密的微环境并相互影响， 这些因素也可以由研究者施加影响。就发展史来说，器 宫培养方法是第一个发展起来的体外骨吸收測定方法。 这种方法使研究者首次在组织水平研究骨吸收的调节。 在随后的儿年内，这种技术逐渐应用于不同物种的多种 骨组织的检测。其中一些还帮助我们了解到不同类型骨 发育的情况，以及破骨细胞多种生物学特性的变化程度 (破骨细胞的活性，破骨细胞的修复广^]_c骨组织的形状、密度和内部结构依祺骨构塑和骨重 建来调整和更新，在骨构塑和骨里建中成骨细胞和破骨细胞起主要作用，成骨细胞的主要功能是骨的形成和骨 折修复，破骨细胞的主要功能是骨吸收，在破骨细胞与骨 表面接触后，由核糖体组成的均质状透明带通过足体与 骨表面相连，破骨细胞的肌动蛋白穿过细胞腆通过粘连 蛋白与细胞外基质相连，使破骨细胞与骨表面接触区形 成一个封闭的微环境，整合索a_v ft促进这一过程，整合 素存在基本型和活化型两种构象，粒细胞剌激因子 和肝细胞生长W子可调节a_v ft的表达和构象。缺乏 a_v氐基因破骨细胞的发舒不全，破骨细胞内部与背基质 之间的信兮传速障碍，导致破骨细胞不能伸展，不能形成 肌动蛋白环或正常的刷状膜^(7]。

骨组织表面覆盅一层成骨细胞和I型胶原组成的屏 陣，组织破骨细胞与矿化骨基质接触，当成骨细胞受到促 骨吸收因子的剌激后，分泌基质金属蛋白酶（MMP- 1), 成针细胞分泌的MMP- 1是启动骨吸收、降解骨基庾的 关键闵素.MMP-1降解成骨细胞下的I铟胶原，从而激 活破骨细胞，只有当I型胶原被MMP- 1降解后暴露出 整合素a_v ft的结合位点，才能被破#细胞上的a_v ft整 合素结合而激活破钟细胞。

肿■坏死因子（TNF)家族的新成员——护骨素（〇5- teoprotegerin，OPG)、核因子受体kB活化因子（RANK) 和RANK的配体（RANKL)在调节破骨细胞的形成和活 化中起主要作用，RANKL与其受体OPG和RANK形成 一个调节系统，OPG是通过与表达于成骨细胞潸系细胞 的RANKL结合，竞争性抑制RANKL与位于破骨细胞 谱系表面的受体RANK间的信号传导，从而阻断 RANKL对破#细胞生成的抑制作用，因而是KANKL的 诱识受体。丨L •• 6, TNF - _a均能上调成骨细胞中 RANKL的表达而促破骨细胞分化、活化^w,TGF-p抑 制RANKL的表达而增加OPG的表达，抑制破骨细胞形 成并促其凋亡。

三、基因敲除模型（Gene target osteoporosis model)

基因敲除是指外源基因与受体细胞染色体DNA上 的同源序列之间发生重组，使耙基W的结构破坏，从而改 变细胞遗传特性。

破骨细胞从起源、发眘、成熟到活化发挥骨吸收作用 是一个复杂的调节过程，调节破骨细胞生成的基因有早 期调节基因（PU.1),巨嗜细胞集落刺激因子（M-CSF), 破骨细胞分化内子（ODF),ODAR, C- fos和NF- icB。 活化破骨细胞的基闶冇整合素aVp3,肿瘤坏死W子 (TNF)，受体相关因子 6(TRAF6), OI)F, ODAR, c-src 等，与破骨细胞吸收有关的基因有破#细胞分化因子 (ODF)，ODAK,组织蛋白酶K(CK),碳酸肝酹n (CA - ATP酶和Apt6i(编码破骨细胞特异性质子泵 亚基），护骨素（〇?〇等《

C-fos的作用是将成熟的巨噬细胞转化为前身破骨 细胞，小鼠C-fos基因敲除导致前身破骨细胞来源不 足，小鼠NF-icB基因敲除导致从巨嘸细胞而来的前身破骨细胞拈竭骨吸收涉及骨矿物质的去除和#有机 质的降解，破#细胞在背表面形成两个区：淸亮区和折叠 边缘区，淸亮区靠其突起的伪足和膜表面的粘附分子与 基质紧密粘附而形成密闭微环境，折*边缘区足主动吸 收骨质的部位，在- ATP醻和碳酸肝酶（CAII )的作 用下，在该部位分泌FT，使该K形成酸性条件。Apt6i基 因编码破骨细胞特异性质子泵亚基，A_Pt6i基因敲除，破 背细胞缺乏H^f -ATPftS而不能向腔隙输送H’，导致腔 隙内H⁴浓度降低，酸度降低，矿物质不被溶解碳酸 肝酶CAI1对破骨细胞输出Hca ,维持离子交换平衡和 腔隙FT浓度起重要作用，该基因突变使破骨细胞内离 子交换減少失去平衡。

ODF、ODAR、OPG基因在破骨细胞分化、活化、吸收 和凋亡多级过程中起连续调节作用。ODF和OPG对破 骨细胞的作用相反，ODF与破骨细胞膜上的ODAR结合 诱导破骨细胞分化、活化和阻止细胞凋亡，而OPG与破 骨细胞膜上的ODAR结合抑制破骨细胞分化、活化和促 进细胞凋亡，OPG基因敲除后成#细胞/基质细胞不表达 OPG,导致破背细胞异常活化而患严東的骨质疏松

Takeda等用基因敲除技术制备了维生索D核受体 (VDRn)缺乏小鼠，l,25(OH)₂D,促进成骨细胞分化必 须有VDRn的存在，在不存在丨，25(OH)₂D，的情况下， 破骨细胞的不受影响，怛l,25(OH>₂D₃刺激破骨细胞形 成必须有核内结构正常的VDRn的成骨细胞存在^1u]。

四、转基因横型（Transgenic osteoporosis model)

转基因的原理是将改造后的目的基因用显微注射等 方法注入到受精卵后宥床前胚胎内，然后将此冉椬人到 受体动物体内.使其发痒成携有外源基因的动物。通过 对转基因和动物表型的分析，可分析外源基因的功能。

在成骨细胞中，转基因是通过借助成骨细胞特异性 表达基因的启动子，如骨钙索基因和I甩胶原的启动子 来进行的，m这两种启动子在基因表达时空上不同，骨钙 素基因启动子启动的基因倾向于在与骨内膜表面相连的 成骨细胞及长骨骨基质的骨细胞上表达^[|2],而I型胶原 的启动子启动的基因倾向于在成骨细胞、成牙质细胞和 骨细胞上表达。凡与成骨细胞功能密切的基因均可借助 于这两种启动子在成骨性谱系细胞上特异表达而研究其 功能。将G蛋白偶联受体激酶抑制子（GRKs)与骨钙素 基因2(OG-2)相连，实现了 GRKs抑制子在转苺因鼠的 成骨细胞上特异表达，为研究GRK在饽构建中的作用以 及与其他调节因子如OPG，PTH等的相互联系提供了 笟要的研究手段。

转人胰岛素样生长因子结合蛋白5(IGFBP-5)的小 鼠不但成骨细胞的功能减弱、小梁骨的容量和骨最均喊 少，而且连基质细胞中的碱性磷酸麻、骨钙索和核结合因 子1的表达也下降^:13、还有许多与骨代谢相关的基因 如骨桥素、瘦素、护骨素、碱性磷酸酶、骨钙素等也可被转 到#m织细胞中，为代谢性骨病、骨折愈合及骨发育提供了有利的手段。

破骨细胞的标志基因少，抗洒石酸酸性磷酸酶的启 动子常用在破骨细胞功能相关的研究中，转抗酒石酸酸 性磷酸酶小鼠的骨转换率增加^;141。

组织蛋白酶K能在破骨细胞相对特异表达，过表达 使#的动态平衡向讶的丢失倾斜，小梁骨容贵减少，但成 骨细胞的数激也增加，这可能组织蛋白酶K的过表达启 动了骨重建有关随着研究的深入和新技术的出现，对骨质疏松棋型 的复制方法、观察指标和研究领域也将不断发展。比如 模型动物体内细胞生长因子在造型过程中的变化和意 义；成#细胞和破骨细胞的活性改变与膜上激素受体的 关系；模型动物不同的峰值骨班的控制基因的组成和意 义以及#质疏松症的组织工程和基因治疗的应用等正在 引起人们的兴趣，相信随者老龄化社会的到来和骨质疏 松症越来越被重视，现有骨质疏松模型的采用将会不断 增加，新的模型将不断出现，背质疏松症的治疗方法也将 不断改进。对骨质疏松症模型的研究将有助于阐明骨质 疏松症的发生、发展机制、鉴定新的药粑，以及新的生物 标志物，并用于指导临床试验。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  
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