成骨细胞的细胞社会学特性
作者：余希杰1 杨志明1 马骏荣2
单位：1 华西医科大学附属第一医院骨科(四川成都，610041)；2 凉山州第一人民医院康复科
关键词：成骨细胞；细胞社会学；人工骨
中国修复重建外科杂志980610 摘 要 成骨细胞与材料复合构建组织工程化人工骨，有可能为治疗骨缺损提供一种新方法。这一技术的关键是为成骨细胞功能活动提供最佳环境。在总结了成骨细胞的细胞社会学特性之后，认为，理想的人工骨组成成份包括有机材料、无机材料及成骨细胞、血管内皮细胞等细胞成份，并含有最佳组合的生长因子缓释系统，植入体内能快速血管化，并形成大量骨组织修复缺损。
CELLULAR SOCIOLOGICAL CHARACTERISTICS OF OSTEOBLASTS/Yu Xijie, Yang Zhiming, Ma Junrong. Department of Orthopedic Surgery, First University Hospital, West China University of Medical Sciences. Chengdu. Sichuan, P.R.China 610041
, 百拇医药
Abstract There is a great hope to treat long bone defects with bioactive artificial bone constructed by osteoblasts and biomaterials, in which the key point is to provide an optimum environment for the normal function of osteoblasts. The cellular sociological characteristics of osteoblasts were summarized and it was suggested that the ideal bioactive artificial bone should be composed of inorganic and organic materials together with cellular components such as osteoblasts and vascular endothelial cells, and combined with control release of growth factors, following its implantation it could be vascularized very soon and merged with the host bone by bony consolidation.
, 百拇医药
Key words Osteoblasts Cellular sociology Artificial bone
细胞社会学是从系统论观点出发，研究细胞群体的社会行为，包括细胞与细胞、细胞与胞外基质(extracellular matrix, ECM)间的识别、通迅、相互作用及整体对部分的调控等内容。在体内环境中，成骨细胞位于胞外基质中，与骨细胞、破骨细胞和血管内皮细胞等有着广泛的联系，同时有自分泌和旁分泌的激素、细胞因子和生长因子调节其成骨活动。
1 成骨细胞的细胞社会学特性
1.1 成骨细胞与胞外基质的关系
ECM以往被认为仅具有连接和支持细胞、组织的作用，因而未受到应有的重视。近年的研究表明，组成ECM成份是极其复杂和多样的，不仅决定细胞的形态，而且还控制细胞的生长、分化，调节细胞的功能活动。
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成骨细胞的ECM包括无机和有机两部分，无机盐以结晶的羟基磷灰石[Ca10(PO4)(OH)2]形式存在，主要作用为增强骨组织的力学强度；有机成份以Ⅰ型胶原为主，还包括骨钙素(osteocalcin, OC)，骨桥蛋白(osteopontin, OPN)，骨连接蛋白(osteonectin, ON)，纤维连接蛋白(fibronectin, FN)，层连蛋白(lamin)等无定形基质。目前认为有机成份在成骨细胞增殖、分化等过程中发挥重要作用。Nolan等[1]证实成骨细胞在脱钙骨基质上有很强的粘附和增殖能
力。Shi等[2，3]的研究表明，Ⅰ型胶原与成骨细胞复合有更强的成骨能力，进一步的研究表明，Ⅰ型胶原可刺激多潜能间充质细胞向成骨细胞方向转化，并促进成骨细胞表达碱性磷酸酶(alkaline phosphatase, ALP)、Ⅰ型胶原及OPN。Green等[4]研究证实Ⅰ型胶原是通过增强成骨细胞的蛋白激酶C(protein kinase C, PKC)活性，PKC再催化各种不同功能的靶蛋白发生磷酸化，增加成骨细胞蛋白合成能力，同时PKC还可活化Na+/H+交换系统，提高细胞质中的pH值，促进成骨细胞增殖。FN在成骨的早期阶段发挥重要作用，由早期的非成熟成骨细胞合成，可增加成骨细胞的DNA合成能力。FN的合成量减少将导致成骨细胞合成ALP、OC的mRNA能力减弱，钙化能力减低10%。
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ECM主要通过特异性受体——整合素(integrin)发挥作用。Integrin是由α、β两个亚基组成的跨膜受体，已知有14个α亚基和8个β亚基，α、β的细胞外区构成受体与特异性配体结合，最常见的配体位点为精氨酸—甘氨酸—天冬氨酸(Arg—Gly—Asp, RGD)。Integrin一方面介导细胞与ECM及细胞—细胞间的粘附，另一方面具有信号传递功能，联系细胞外微环境与细胞内代谢活动，对细胞生长，代谢起重要作用[5]。成骨细胞表达α1、α2、α3、α4、α5、αv、α6、β1、β3等亚基[6]，α5β1为FN的受体，识别FN的RGD序列[7]，α2β1为Ⅰ型胶原受体，识别Ⅰ型胶原的α1(Ⅰ)链的天冬氨酸—甘氨酸—谷氨酸—丙氨酸(Asp—Gly—Glu—Ala, DGEA)序列[8]。Moursi等[7]证实FN、α5β1的抗体及与FN竞争α5β1的短肽RGD都将抑制成骨细胞的钙化能力，说明FN与受体α5β1的接触为成骨细胞成骨活动所必需。Gronowicz等[9]研究表明糖皮质激素抑制成骨细胞表达β1 Integrin，减弱成骨细胞的粘附能力和成骨能力，从而导致骨质疏松症。机械应力[10]可促进成骨细胞表达β1 Integrin，从而增加成骨量。鉴于ECM的重要作用，Sinhka等[6]建议将是否促进Integrin表达作为固定材料的选择指标，研究表明成骨细胞在钛铝钒合金上不表达α3、α5、α6 Integrins，在钴铬钼合金上不表达α3、β3 Integrins。
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1.2 成骨细胞与血管内皮细胞的关系
人们很早就认识到骨脉管系统在骨发育、改造和修复过程中具有重要作用。成骨和血管化是不可分割的，成骨细胞总是与血管床的内皮细胞紧密相邻[11]。血管内皮细胞可合成和分泌一系列可溶性调节介质[11，12]，包括生长因子和细胞因子，如成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor，FGF)，白介素-1(interleukin-1，IL-1)，IL-6，集落刺激因子(colony stimulating factors, CSFs)，前列腺素E(prostagcandin E, PGE)，内皮素-1(endotheliolysin-1, ET-1)等，这些因子具有控制成骨细胞募集、增殖及分化等作用；Sazuk等[13]证明成骨细胞膜上有ET-1的特异性受体，说明这些因子是通过特异性受体起作用。有学者将富含成骨细胞的鼠颅骨细胞置于含内皮细胞的培养基中联合培养，10天后发现骨细胞数、ALP活性均明显增强[14]。Andrew等[15]对骨折愈合骨痂组织的免疫组化及原位杂交分析表明，内皮细胞确实表达，分泌血小板源性生长因子(plaelet-derived growth factor, PDGF)参与骨形成的调节。
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此外，内皮细胞是间充质来源，和骨髓紧密接触，与骨髓细胞间具有共同抗原，因而被认为有可能直接分化为成骨细胞和生血祖细胞而参与骨发育。Collin[11]研究发现可分化为骨生成细胞的间充质细胞内有内皮细胞特异性标志物Wible-Palade小体，因此认为骨生成细胞可来源于内皮细胞。
另一方面，Wang等[16，17]证实成骨细胞能分泌血管内皮细胞生长因子(vascular endothelialcell growth factor, VEGF)、FGF等促血管形成因子，作用于内皮细胞，促进血管形成。在骨髓造血微环境中，成骨细胞起中心作用，通过产生CSFs促进造血干细胞和血管内皮细胞再生。
1.3 成骨细胞与破骨细胞的关系
一般认为，破骨细胞的启动因子来源于成骨细胞，细胞因子、激素通过成骨细胞调节破骨细胞活动，从而调节骨吸收活动。Tai等[18]发现成骨细胞和骨髓联合培养时IL-6可诱导破骨细胞产生，进一步的研究表明，IL-6通过成骨细胞膜上的IL-6受体促使成骨细胞合成环氧合酶(cyclooxygenase-2， Cox-2)，从而诱导破骨细胞产生，这一过程可被IL-6受体的抗体及Cox-2的拮抗剂NS 398阻断。Yu等[19]发现甲状旁腺素(parathyroid hormone, PTH)作用于成骨细胞能分泌一种破骨细胞刺激因子，使与之共培养的破骨细胞活性增强4.2倍，而生物活性磷(bisphosphonate)作用于成骨细胞分泌一种破骨细胞抑制因子，使共培养破骨细胞活性减低60%。Kaji等[20]发现PGE2作用于成骨细胞产生蛋白激酶A，刺激破骨细胞的形成及破骨细胞的吸收活动，而PGE2作用于单独的破骨细胞则抑制其骨吸收活动。Orlandini等[21]发现成骨细胞和前破骨细胞共培养可促进后者转化为破骨细胞，主要是培养基中的粒细胞、肥大细胞克隆刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor， GCSF)起作用。
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另一方面破骨细胞也分泌一些细胞因子影响成骨细胞功能活动。Grano等[22]发现破骨细胞可产生肝细胞生长因子，作用于成骨细胞引起其迁移及DNA复制。
1.4 成骨细胞与骨细胞的关系
在体内，成骨细胞产生ECM，基质逐渐钙化，成骨细胞包埋于钙化基质中，成骨细胞逐渐转化为骨细胞；在一定条件下，骨细胞在自身ECM包埋中可转化为成骨细胞[23]。二者相比，骨细胞ALP活性低，但PTH刺激的环磷酸腺苷(cyclic adenosine momophosphate, cAMP)及OC、OPN、ON表达强于成骨细胞[24]。骨细胞的机械应力感受能力强于成骨细胞，骨细胞通过膜上Integrin与ECM紧密接触感受机械应力，引起胞内信号传递，ALP及OC表达量增加，并通过界沟(gap junction)将信号传递到相邻成骨细胞，引起成骨细胞发生相应变化[25]。Rawlinson等[26]研究证实，骨细胞和成骨细胞应力信号传递通道不一样，前者可被钆(gadolinium, Gd)阻断，后者可被硝苯吡啶(nifedipine)阻断。
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1.5 成骨细胞与生长因子、激素的关系
对成骨细胞起着重要调节作用的生长因子有转化因子-β(transforming growth factor β， TGF-β)，胰岛素样生长因子(insulin-like growth factors, IGFs)，骨形态发生蛋白(bone morphgentic protein, BMP)、PDGF等。成骨细胞本身可合成分泌TGF-β，细胞膜上有TGF-β的特异性受体，TGF-β作用于体外培养的成骨细胞，抑制其DNA合成，抑制ALP活性，促进胶原蛋白和非胶原蛋白的合成[27]。FGF具有酸性和碱性成纤维细胞生长因子(aFGF、bFGF)两种组成，二者对成骨细胞作用相似，起着形态发生因子和促有丝分裂作用，刺激成骨细胞的DNA合成，减弱OC、ALP的mRNA表达[28]。PDGF可促进成骨细胞增殖，但对胶原合成无影响[29]。BMP可诱导血管周围间充质细胞不可逆地向成骨细胞系方向转化，从而可以在骨骼或骨骼以外任何部位产生软骨和骨组织，Thies等[30]研究证实BMP2可促进间充质细胞向成骨细胞方向转化，并提高成骨细胞的ALP活性，PTH刺激的cAMP量及OC的表达量。Vernique等[31]证实VEGF能诱导成骨细胞迁移，增强PTH刺激的cAMP反应，增加ALP合成，同时成骨细胞自身可合成VEGF，PGE[32]，1，25(OH)2VitD3[16]及IGF-Ⅰ[17]能增加成骨细胞VEGF的mRNA表达量。IGF包括IGF-Ⅰ、IGF-Ⅱ两种多肽，哺乳动物几乎所有组织都表达IGF及其受体，说明IGF的生物效应是通过自分泌和旁分泌方式实现，骨组织中IGF含量较高，约1 mg/kg，主要由软骨细胞和成骨细胞分泌，可刺激成骨细胞增殖，促进胶原和非胶原蛋白的合成[33]。
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已发现PTH，生长激素(GH)及PGE等对成骨细胞有明显作用。PTH及GH对成骨细胞起间接作用[34]。PTH从mRNA及蛋白表达量增加成骨细胞的IGF-Ⅰ及其受体。GH只增加IGF-Ⅰ受体的mRNA及蛋白表达量对IGF-Ⅰ无影响。Civitelli等[35]采用UMR106细胞研究证实PTH可通过两个第二信使系统——cAMP及PKC刺激UMR106成骨细胞产生PGE1及PGE2等前列腺素，反过来成骨细胞又是这些PGE作用的靶细胞，PGE1通过产生cAMP刺激MC3T3-E1细胞，PGE2通过刺激磷酯酰肌醇系统发生作用[36]。Harada等[32]发现PGE1、PGE2能增加鼠颅骨成骨细胞和RCT-3细胞的VEGF的mRNA和蛋白表达量，通过加速血管的形成达到加速骨折愈合的目的。
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骨组织是一个庞大的生长因子库，不同的生长因子可能作用于成骨的不同阶段，并且相互间可能有协同作用。Kim等[29]利用PDGF促成骨细胞增殖，TGF-β促成骨细胞ECM合成作用，构成PDGF+TGF-β的缓释系统，发现对成骨细胞的增殖及ECM合成明显优于单独的PDGF或TGF-β。生长因子的合理使用可为人工活性骨的构建提供大量成骨细胞，目前必须解决的关键问题是：①明白各种生长因子对成骨细胞的作用机制和协同效应，寻求一种最佳组合方式；②构建生长因子缓释系统，模拟体内环境，定量、缓慢释放生长因子。
2 结语
骨的形成是以成骨细胞为中心，由ECM、破骨细胞、血管内皮细胞及骨细胞参与，并受多种生长因子和激素调控的复杂的生理活动。构建组织工程化人工骨应以成骨细胞为中心，在组成成份上包括破骨细胞、血管内皮细胞及类似人体骨骼的有机、无机成份，为成骨细胞提供正常的细胞社会学环境，并含有最佳组合的生长因子缓释系统，促进成骨细胞快速增殖，发挥最佳成骨能力，使植入体内的人工骨能快速血管化，与自体骨自然愈合，早日发挥生理功能。
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(收稿：1998-06-15), 百拇医药
单位：1 华西医科大学附属第一医院骨科(四川成都，610041)；2 凉山州第一人民医院康复科
关键词：成骨细胞；细胞社会学；人工骨
中国修复重建外科杂志980610 摘 要 成骨细胞与材料复合构建组织工程化人工骨，有可能为治疗骨缺损提供一种新方法。这一技术的关键是为成骨细胞功能活动提供最佳环境。在总结了成骨细胞的细胞社会学特性之后，认为，理想的人工骨组成成份包括有机材料、无机材料及成骨细胞、血管内皮细胞等细胞成份，并含有最佳组合的生长因子缓释系统，植入体内能快速血管化，并形成大量骨组织修复缺损。
CELLULAR SOCIOLOGICAL CHARACTERISTICS OF OSTEOBLASTS/Yu Xijie, Yang Zhiming, Ma Junrong. Department of Orthopedic Surgery, First University Hospital, West China University of Medical Sciences. Chengdu. Sichuan, P.R.China 610041
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Abstract There is a great hope to treat long bone defects with bioactive artificial bone constructed by osteoblasts and biomaterials, in which the key point is to provide an optimum environment for the normal function of osteoblasts. The cellular sociological characteristics of osteoblasts were summarized and it was suggested that the ideal bioactive artificial bone should be composed of inorganic and organic materials together with cellular components such as osteoblasts and vascular endothelial cells, and combined with control release of growth factors, following its implantation it could be vascularized very soon and merged with the host bone by bony consolidation.
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Key words Osteoblasts Cellular sociology Artificial bone
细胞社会学是从系统论观点出发，研究细胞群体的社会行为，包括细胞与细胞、细胞与胞外基质(extracellular matrix, ECM)间的识别、通迅、相互作用及整体对部分的调控等内容。在体内环境中，成骨细胞位于胞外基质中，与骨细胞、破骨细胞和血管内皮细胞等有着广泛的联系，同时有自分泌和旁分泌的激素、细胞因子和生长因子调节其成骨活动。
1 成骨细胞的细胞社会学特性
1.1 成骨细胞与胞外基质的关系
ECM以往被认为仅具有连接和支持细胞、组织的作用，因而未受到应有的重视。近年的研究表明，组成ECM成份是极其复杂和多样的，不仅决定细胞的形态，而且还控制细胞的生长、分化，调节细胞的功能活动。
, http://www.100md.com
成骨细胞的ECM包括无机和有机两部分，无机盐以结晶的羟基磷灰石[Ca10(PO4)(OH)2]形式存在，主要作用为增强骨组织的力学强度；有机成份以Ⅰ型胶原为主，还包括骨钙素(osteocalcin, OC)，骨桥蛋白(osteopontin, OPN)，骨连接蛋白(osteonectin, ON)，纤维连接蛋白(fibronectin, FN)，层连蛋白(lamin)等无定形基质。目前认为有机成份在成骨细胞增殖、分化等过程中发挥重要作用。Nolan等[1]证实成骨细胞在脱钙骨基质上有很强的粘附和增殖能
力。Shi等[2，3]的研究表明，Ⅰ型胶原与成骨细胞复合有更强的成骨能力，进一步的研究表明，Ⅰ型胶原可刺激多潜能间充质细胞向成骨细胞方向转化，并促进成骨细胞表达碱性磷酸酶(alkaline phosphatase, ALP)、Ⅰ型胶原及OPN。Green等[4]研究证实Ⅰ型胶原是通过增强成骨细胞的蛋白激酶C(protein kinase C, PKC)活性，PKC再催化各种不同功能的靶蛋白发生磷酸化，增加成骨细胞蛋白合成能力，同时PKC还可活化Na+/H+交换系统，提高细胞质中的pH值，促进成骨细胞增殖。FN在成骨的早期阶段发挥重要作用，由早期的非成熟成骨细胞合成，可增加成骨细胞的DNA合成能力。FN的合成量减少将导致成骨细胞合成ALP、OC的mRNA能力减弱，钙化能力减低10%。
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ECM主要通过特异性受体——整合素(integrin)发挥作用。Integrin是由α、β两个亚基组成的跨膜受体，已知有14个α亚基和8个β亚基，α、β的细胞外区构成受体与特异性配体结合，最常见的配体位点为精氨酸—甘氨酸—天冬氨酸(Arg—Gly—Asp, RGD)。Integrin一方面介导细胞与ECM及细胞—细胞间的粘附，另一方面具有信号传递功能，联系细胞外微环境与细胞内代谢活动，对细胞生长，代谢起重要作用[5]。成骨细胞表达α1、α2、α3、α4、α5、αv、α6、β1、β3等亚基[6]，α5β1为FN的受体，识别FN的RGD序列[7]，α2β1为Ⅰ型胶原受体，识别Ⅰ型胶原的α1(Ⅰ)链的天冬氨酸—甘氨酸—谷氨酸—丙氨酸(Asp—Gly—Glu—Ala, DGEA)序列[8]。Moursi等[7]证实FN、α5β1的抗体及与FN竞争α5β1的短肽RGD都将抑制成骨细胞的钙化能力，说明FN与受体α5β1的接触为成骨细胞成骨活动所必需。Gronowicz等[9]研究表明糖皮质激素抑制成骨细胞表达β1 Integrin，减弱成骨细胞的粘附能力和成骨能力，从而导致骨质疏松症。机械应力[10]可促进成骨细胞表达β1 Integrin，从而增加成骨量。鉴于ECM的重要作用，Sinhka等[6]建议将是否促进Integrin表达作为固定材料的选择指标，研究表明成骨细胞在钛铝钒合金上不表达α3、α5、α6 Integrins，在钴铬钼合金上不表达α3、β3 Integrins。
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1.2 成骨细胞与血管内皮细胞的关系
人们很早就认识到骨脉管系统在骨发育、改造和修复过程中具有重要作用。成骨和血管化是不可分割的，成骨细胞总是与血管床的内皮细胞紧密相邻[11]。血管内皮细胞可合成和分泌一系列可溶性调节介质[11，12]，包括生长因子和细胞因子，如成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor，FGF)，白介素-1(interleukin-1，IL-1)，IL-6，集落刺激因子(colony stimulating factors, CSFs)，前列腺素E(prostagcandin E, PGE)，内皮素-1(endotheliolysin-1, ET-1)等，这些因子具有控制成骨细胞募集、增殖及分化等作用；Sazuk等[13]证明成骨细胞膜上有ET-1的特异性受体，说明这些因子是通过特异性受体起作用。有学者将富含成骨细胞的鼠颅骨细胞置于含内皮细胞的培养基中联合培养，10天后发现骨细胞数、ALP活性均明显增强[14]。Andrew等[15]对骨折愈合骨痂组织的免疫组化及原位杂交分析表明，内皮细胞确实表达，分泌血小板源性生长因子(plaelet-derived growth factor, PDGF)参与骨形成的调节。
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此外，内皮细胞是间充质来源，和骨髓紧密接触，与骨髓细胞间具有共同抗原，因而被认为有可能直接分化为成骨细胞和生血祖细胞而参与骨发育。Collin[11]研究发现可分化为骨生成细胞的间充质细胞内有内皮细胞特异性标志物Wible-Palade小体，因此认为骨生成细胞可来源于内皮细胞。
另一方面，Wang等[16，17]证实成骨细胞能分泌血管内皮细胞生长因子(vascular endothelialcell growth factor, VEGF)、FGF等促血管形成因子，作用于内皮细胞，促进血管形成。在骨髓造血微环境中，成骨细胞起中心作用，通过产生CSFs促进造血干细胞和血管内皮细胞再生。
1.3 成骨细胞与破骨细胞的关系
一般认为，破骨细胞的启动因子来源于成骨细胞，细胞因子、激素通过成骨细胞调节破骨细胞活动，从而调节骨吸收活动。Tai等[18]发现成骨细胞和骨髓联合培养时IL-6可诱导破骨细胞产生，进一步的研究表明，IL-6通过成骨细胞膜上的IL-6受体促使成骨细胞合成环氧合酶(cyclooxygenase-2， Cox-2)，从而诱导破骨细胞产生，这一过程可被IL-6受体的抗体及Cox-2的拮抗剂NS 398阻断。Yu等[19]发现甲状旁腺素(parathyroid hormone, PTH)作用于成骨细胞能分泌一种破骨细胞刺激因子，使与之共培养的破骨细胞活性增强4.2倍，而生物活性磷(bisphosphonate)作用于成骨细胞分泌一种破骨细胞抑制因子，使共培养破骨细胞活性减低60%。Kaji等[20]发现PGE2作用于成骨细胞产生蛋白激酶A，刺激破骨细胞的形成及破骨细胞的吸收活动，而PGE2作用于单独的破骨细胞则抑制其骨吸收活动。Orlandini等[21]发现成骨细胞和前破骨细胞共培养可促进后者转化为破骨细胞，主要是培养基中的粒细胞、肥大细胞克隆刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor， GCSF)起作用。
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另一方面破骨细胞也分泌一些细胞因子影响成骨细胞功能活动。Grano等[22]发现破骨细胞可产生肝细胞生长因子，作用于成骨细胞引起其迁移及DNA复制。
1.4 成骨细胞与骨细胞的关系
在体内，成骨细胞产生ECM，基质逐渐钙化，成骨细胞包埋于钙化基质中，成骨细胞逐渐转化为骨细胞；在一定条件下，骨细胞在自身ECM包埋中可转化为成骨细胞[23]。二者相比，骨细胞ALP活性低，但PTH刺激的环磷酸腺苷(cyclic adenosine momophosphate, cAMP)及OC、OPN、ON表达强于成骨细胞[24]。骨细胞的机械应力感受能力强于成骨细胞，骨细胞通过膜上Integrin与ECM紧密接触感受机械应力，引起胞内信号传递，ALP及OC表达量增加，并通过界沟(gap junction)将信号传递到相邻成骨细胞，引起成骨细胞发生相应变化[25]。Rawlinson等[26]研究证实，骨细胞和成骨细胞应力信号传递通道不一样，前者可被钆(gadolinium, Gd)阻断，后者可被硝苯吡啶(nifedipine)阻断。
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1.5 成骨细胞与生长因子、激素的关系
对成骨细胞起着重要调节作用的生长因子有转化因子-β(transforming growth factor β， TGF-β)，胰岛素样生长因子(insulin-like growth factors, IGFs)，骨形态发生蛋白(bone morphgentic protein, BMP)、PDGF等。成骨细胞本身可合成分泌TGF-β，细胞膜上有TGF-β的特异性受体，TGF-β作用于体外培养的成骨细胞，抑制其DNA合成，抑制ALP活性，促进胶原蛋白和非胶原蛋白的合成[27]。FGF具有酸性和碱性成纤维细胞生长因子(aFGF、bFGF)两种组成，二者对成骨细胞作用相似，起着形态发生因子和促有丝分裂作用，刺激成骨细胞的DNA合成，减弱OC、ALP的mRNA表达[28]。PDGF可促进成骨细胞增殖，但对胶原合成无影响[29]。BMP可诱导血管周围间充质细胞不可逆地向成骨细胞系方向转化，从而可以在骨骼或骨骼以外任何部位产生软骨和骨组织，Thies等[30]研究证实BMP2可促进间充质细胞向成骨细胞方向转化，并提高成骨细胞的ALP活性，PTH刺激的cAMP量及OC的表达量。Vernique等[31]证实VEGF能诱导成骨细胞迁移，增强PTH刺激的cAMP反应，增加ALP合成，同时成骨细胞自身可合成VEGF，PGE[32]，1，25(OH)2VitD3[16]及IGF-Ⅰ[17]能增加成骨细胞VEGF的mRNA表达量。IGF包括IGF-Ⅰ、IGF-Ⅱ两种多肽，哺乳动物几乎所有组织都表达IGF及其受体，说明IGF的生物效应是通过自分泌和旁分泌方式实现，骨组织中IGF含量较高，约1 mg/kg，主要由软骨细胞和成骨细胞分泌，可刺激成骨细胞增殖，促进胶原和非胶原蛋白的合成[33]。
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已发现PTH，生长激素(GH)及PGE等对成骨细胞有明显作用。PTH及GH对成骨细胞起间接作用[34]。PTH从mRNA及蛋白表达量增加成骨细胞的IGF-Ⅰ及其受体。GH只增加IGF-Ⅰ受体的mRNA及蛋白表达量对IGF-Ⅰ无影响。Civitelli等[35]采用UMR106细胞研究证实PTH可通过两个第二信使系统——cAMP及PKC刺激UMR106成骨细胞产生PGE1及PGE2等前列腺素，反过来成骨细胞又是这些PGE作用的靶细胞，PGE1通过产生cAMP刺激MC3T3-E1细胞，PGE2通过刺激磷酯酰肌醇系统发生作用[36]。Harada等[32]发现PGE1、PGE2能增加鼠颅骨成骨细胞和RCT-3细胞的VEGF的mRNA和蛋白表达量，通过加速血管的形成达到加速骨折愈合的目的。
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骨组织是一个庞大的生长因子库，不同的生长因子可能作用于成骨的不同阶段，并且相互间可能有协同作用。Kim等[29]利用PDGF促成骨细胞增殖，TGF-β促成骨细胞ECM合成作用，构成PDGF+TGF-β的缓释系统，发现对成骨细胞的增殖及ECM合成明显优于单独的PDGF或TGF-β。生长因子的合理使用可为人工活性骨的构建提供大量成骨细胞，目前必须解决的关键问题是：①明白各种生长因子对成骨细胞的作用机制和协同效应，寻求一种最佳组合方式；②构建生长因子缓释系统，模拟体内环境，定量、缓慢释放生长因子。
2 结语
骨的形成是以成骨细胞为中心，由ECM、破骨细胞、血管内皮细胞及骨细胞参与，并受多种生长因子和激素调控的复杂的生理活动。构建组织工程化人工骨应以成骨细胞为中心，在组成成份上包括破骨细胞、血管内皮细胞及类似人体骨骼的有机、无机成份，为成骨细胞提供正常的细胞社会学环境，并含有最佳组合的生长因子缓释系统，促进成骨细胞快速增殖，发挥最佳成骨能力，使植入体内的人工骨能快速血管化，与自体骨自然愈合，早日发挥生理功能。
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(收稿：1998-06-15), 百拇医药