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软骨内矿化调节与QCT骨密度体模软件检测方法

在胚胎生长板发育期、儿t软骨生长期直至成人关 节软骨稳定生长的过程中，多种内分泌激素和调节因子 通过影响软骨细胞分化速度、软讶细胞间信号转递、软骨 细胞肥大以及软骨细胞所表达的特有基质的类型等来协 调软骨基质的钙化、矿化和针化过程。这些激索和调节 因子之间又存在相互作用.并通过复杂的反馈机制对耙 器官产生作用。这些激素和调节因子主要包括生长激 索、甲状腺激素、性类固醉、糖皮质激素、甲状旁腺激素及 甲状旁腺激素相关肽（parathyroid hormone - related pep­tide， PTHrP)，Indian hedgehog (丨 hh>，成纤维细胞生长因 子（FGFs)，骨形态发生蛋白（bone morphogenetic proteins BMPs)和血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor, VEGF)等。目前奋:探索这些激素与调节因子对软 骨内矿化过程的影响及其在背质瑰松症发生发展过程中 的作用方面进行了大M研究。通过转基因动物实验研究 了这些激素与调节因子对生长板软骨细胞的调节机制， 通过基因转染的生物技术研究了这些因子对脅质疏松 痖、软骨缺损、骨缺损的治疗作用与效果。

(一）Ihh/PI、HrP

indian hedgehog (Ihh)是骨发育最主要的一种调节 因子，能调节软骨细胞的增飱、分化和成骨细胞的分化。 Ihh楚hedgehog家族配体的一种，与Sonic hedgehog紧密 相关，而Sonic hedgehog是肢体快速生长的主要调节因 子。在软背内化骨的过程中，丨hh由增殖层的软骨细胞 (前肥大软骨细胞）和早期的肥大软骨细胞合成分泌。当 Ihh与它的受体Patched - 1 (Ptc - 1)结合，激活了 Smoothened (Smo)蛋白，激活的Smo触发级联反应，导致 基因的激活。

由于丨hh能提尚Ptc-1的表达，因此检测Ptc- 1的 mRNA的变化能从细胞水平了解Ihh的作用。丨hh—•小 鼠在骨的发育过程中，〇了冇正常的细胞聚合体，但在随后 的阶段中出现了明显的昇常，增殖层软#细胞明显减少，

软骨变小。丨hh对软#细胞的增殖可能起直接的促进作 用，W为软骨细胞上的Ptc-丨和其他hedgehog信号的靶 受体的衣达能够被丨hh所激活。而且，Snx>敲除鼠的增 飱层软骨细胞减少，而丨hh和Smo转基因鼠的增飱层软 骨细胞则是增加的。

IMT"小鼠骨发育的第二个异常是冇丝分裂后的肥 大软骨细胞所占的比例增加，增飱层软钎细胞过早成熟， 这足因为Ihh 〃的小鼠不能够合成PTHrP。在胚胎时 期，PTHrP由软骨雏形边缘的软骨膜细胞和早期的增殖 期软竹细胞分泌。PTHrP和调节钙代谢的屮状腺激家 作用于相同的G-蛋白偶联受体PPRs(PTH/PTHrP re­ceptors) 。 PPRs 在增殖 期的软 It 细胞 表达水 平较低 ，而 在前肥大细胞则是卨水平表达。

PTHrP的主要作用是维持增殖期的细胞表型。敲 除PTHrP或PRR的小鼠，毗邻骨边缘的软骨细胞变得 肥大。相反.PTHrP或PRR在软骨细胞的过M表达则延 迟了软骨细胞的肥大。丨小鼠软骨细胞PRR的过 M表达则能逆转早期的肥大（虽然它对缺损的软竹细胞 增殖没有作用）。通过在鸡的肢体中过辑表达Sonic hedgehog(丨hh的一种替代物 > 以及小鼠的肢体加入 Hedgehog蛋白的实验证实：Ihh能够剌激PTHrP的产 生，延迟软ff■细胞的肥大。Hedgehog蛋白阻碍了野生嘲 鼠肢体软骨细胞的肥大，但M对PTHrP <和PPR~小 鼠肢体的软卄细胞却无刺激增殖作用。这些研究及明 PTHrP位号系统在丨hh介导的延迟软骨细胞肥大作用中 起若十分®要的作用。

Ihh和PTHrP可能通过负反馈途径控制软骨细胞的 增殖与肥大（图5-5)。邻近付的细胞分泌的PTHrP与 增飱期软骨细胞上的受体结合，以维持软#细胞的增飱 期衣型。当不能获得足够的PTHrP信号刺激时，软骨细 胞停止增殖转而合成丨hh。然后，Ihh冉通过某种冃前尚 不淸楚的机制剌激骨边缘的细胞分泌PTHrP。这一负反 馈途径的存在已在嵌合甩小鼠的实验中得到了证实。将 无编码PPR基因的胚胎干细胞插人到野生型的胚褒中， 对嵌合骨及咽的分析衣明，与预期结果一样，在嵌合付的 边缘，PPK^_/的软骨细胞分化为肥大软骨细胞。与正常 不同的足•.异常的软骨细胞合成的Ihh史邻近于骨的边 缘，Ihh的分泌上调了 PTHrP的表达，导致了增殖期软 骨细胞的增多。如米胚胎干细胞丢失PKR和丨hh基因， 突变的软骨细胞会过早肥大，但PTHrP的niKNA表达 水平却不会有变化。

PTHrP和丨hh的负反馈途径在决定增殖层细胞的长 度中起重要作用，这种作用可能能优化软骨细胞分化的 模式。PTHrP缺乏导致增殖层和肥大层软骨细胞的边 界不淸。而在野生增小W的骨中，增殖层和肥大层边界 淸晰，这可能是由于丨hh和PTHrP之间的负反馈机制作 用的结果。

小鼠的第三个异常是在由软骨内化#形成的 原始骨化中心和骨领中缺乏竹细胞。正常情况下，肖批 化为成骨细胞的软骨膜细胞紧挨软竹生长板中分泌丨hh

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ra 5 - 5丨ndian hedgehog (丨hh) )/甲状旁腺相关®白 (PTHrP)负反馈途径

PTHrP由软骨捵细狍和长钟边缘的软骨细胞分泌（丨）》PTHrP 作用于期的软脅细狍t：的受体.保持软骨捆胞增延迟丨hh的 分泌\当PTHrP尤有效*时，丨hh开始分泌.，丨hh作用于软开细跑 上的受体.掸典增*率（2>,逋过某种机W.刺激KTHrf*分泌（3>。 Ihh作用于软骨*细胞.使其转化为骨供的成竹细胞（4>。（参考： Henry M. Kroncnbcrg. Nature：423:336, 2003)

的前肥大和肥大软骨细胞,，由于这些细胞具有p_tc-i 受体，故在软骨膜细胞转化为成骨细胞的过程中，ihh可 能起寅接作用。这个假说在PPR^_/_和野生铟的嵌合实 验中得到了证实。异位放S的肥大软骨细胞，能在其周 围区域形成异位的成骨细胞；而在PPR〃和丨hhI小鼠 的平行实验中，异位放货的肥大软骨细胞周围区域却无 成骨细胞的形成。这些研究表明，丨hh存控制成骨细胞分 化，决定分化发生部位的作用。在软骨内化骨的过程中， Ihh对于成骨细胞的形成娃必：的，而在膜内化骨（如头 颅It的形成屮）过程中，成骨细胞的形成并+依赖丨hh,但 是丨hh +小鼠头颅骨的膜内化骨的速度明M减慢。

在软竹内骨化矿化的过程中，Ihh是软骨细胞和成對 细胞分化的主要调节因子。丨hhn了以直接也可以通过促 进PTHrP的合成来剌激软竹细胞的增飱，并决定软骨细 胞在何时停止增殖，开始肥大，最终在该部位形职骨 领'

丨P 状旁腺激素相关肽（parathyroid hormone - related peptide, PTHrP〉是丨987年从恶性高钙肿瘤患杏的瘤细 胞中提取纯化而来一种与甲状旁腺索氨箪酸序列相似的 筑基多肽。随后发现PTHrP存在于多种组织中，正常织 织也能表达.如角化细胞.脑、垂体、甲状腺、肾h腺、胎盘 和成背细胞等处都检测到PTHrP。人的PTHrP基因位 于丨2号染色体的短臂•包含8个外显子，冇三个启动子：

两个TATA和一个亩含GC的区域。PTHrP分子由 139-173个氧基酸组成，其分子质«约为16000ku。由于 氨基酸长度的不同PTHrP有三个异构体，其氨基酸长度 分别为139、141和173,在啮齿类动物中主要有一种形 式，大鼠为141个氨基酸，小酞为139个软基酸。其N端 1 - 34位氨基酸与N端PTH的氨基酸相似，与PTH (1-34)有很高的同源性。其中在前13个氨基酸中有8 个相同，两者在13-34位氨基酸这一区域的三维结构也 很相似，都能与PTH/PTHrP受体（PPR)结合，产生类似 于PTH的生物学效应。

Pl’HrP是生物体内一个重要的自分泌/旁分泌因子， 通常表达于软骨膜细胞及生长板软骨的静止层和增殖 另外也表达于能形成骨的软骨增殖层与肥大层结合 处，PTH/PTHrP受体在增飱期的软骨细胞中表达水平较 低，而在前肥大软骨细胞及早期的肥大软骨细胞中高度 表达。而且PTHrP受体的表达有特定的区域及时效性。 PTHrP在软骨细胞的增殖分化中发挥重费作用，PT丨IrP 的作用是刺激软骨细胞的增殖，抑制软骨细胞肥大、钙 化，延缓软骨细胞早熟性终末分化。体外实验发现，鸡胚 软#细胞在悬抒液中可以合成n、x型胶原并可利用胞 外基质形成一种非常类似于软骨的组织，锒终还可以钙 化。在这一系统中若加入PTH/PTHrP,则发现它可抑制 X型胶原的合成、碱件磷酸酶的活件及软骨基质的钙化， 细胞增殖被恢复，凋亡则被阻止。体内实验农明，软骨内 PTH_rp表达减少的小鼠，软骨内矿化速度加快；相反， PTHrP过度表达则延迟了细胞的分化，出现长骨生长与 骨化的障碍，敲除了 PTHrP的小鼠可发生软骨发疗陣 碍，导致增殖期及未成熟的软骨细胞减少；成年杂合型 PTHrP基因缺失小鼠会出现骨质减少。当软骨细胞开 始肥大时，PTHrP表达水平下降，前肥大细胞表达的 PTHrP抑制软骨细胞进一步分化和粑大，也调节软骨基 质的合成，抑制软饵细胞调亡，与基质的最终矿化有 关丨丨”。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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