骨细胞(Osteocyte)
骨是一种令人惊叹的高度动态的组织,其中旧骨会被新骨永久性地替代,以维持矿物质稳态和骨结构的完整性。这个被称为骨重塑的过程是由破骨细胞和成骨细胞分别协调完成的,在“骨多细胞单位”(Bone Multicellular Units,BMU)中进行。BMU由成骨细胞、破骨细胞、骨细胞、骨表面细胞和血管组成,它是一个特殊的场所,是一组骨细胞合作的地方,如图1所示 [1] [2]。
图1. 骨重塑图
本文将重点关注骨细胞,这是骨多细胞单位中的一员。在下文中,我们主要介绍骨细胞的定义、功能和标记物:
骨细胞的定义
骨细胞是位于成熟骨骼物质内部的细胞。它占据一个小腔室,被包含在骨的钙化基质中,称为骨小室。骨细胞源自成骨细胞,或者说是骨形成细胞,并且基本上是由其分泌的产物所包围的成骨细胞。
骨细胞是扁平的椭圆形多突起细胞,细胞核也是扁平的,并且染色较深。细胞质呈弱碱性。在电子显微镜下,细胞质中有少量溶酶体、线粒体和粗面内质网,高尔基复合体发育不良。骨细胞夹在两个相邻的骨板之间,或分散在骨板中。相邻骨细胞的突起之间存在间隙连接。在骨基质中,骨细胞体积占据的椭圆形腔室被称为骨小室,突起所在的空间被称为骨小管(图2)。
图2. 骨细胞的结构
骨细胞的功能
尽管骨细胞相对不活跃,但它们能够进行分子合成和修饰。随着基因工具的发展,通过对几种基因的表达进行操纵,骨细胞的功能已被确定。
- 骨细胞是骨形成的调节者。骨细胞能够参与骨基质的合成和矿化。骨细胞合成与骨形成有关的蛋白质,如COL-I或OCN,以及与矿化有关的蛋白质,如ALP [3]。
- 骨细胞是骨吸收的诱导因子。RANKL和CSF-1的表达促进了破骨细胞的形成。它们都是推动破骨细胞发生的必要和充分分子。此外,累积的研究得出结论,来自骨细胞的RANKL对正常的骨重塑至关重要 [4]。当实验性地破坏骨细胞时,骨骼显示出明显的骨吸收增加,骨形成减少,小梁骨丢失,以及对减载的反应丧失 [5]。
- 骨细胞特异性蛋白质,如硬化蛋白,在矿物质代谢中发挥作用,其他分子如PHEX、DMP-1、MEPE和FGF-23等,这些分子在骨细胞中高表达,调节磷酸盐和生物矿化。
骨细胞标记物
在本文的最后一节,我们在下表中列出了骨细胞最常见的标记物。骨细胞标记物指的是几种特殊的蛋白质,用于将骨细胞与其他细胞类型区分开来。
BGN | DMP1 | FGF23 | FN1 | MEPE | PDPN | SOST | SPARC |
参考文献:
[1] Parffit, A.M. The mechanism of coupling: a role for the vasculature [J]. Bone. 2000, 26(4), 319-23.
[2] Tresguerres FGF,Torres J,López-Quiles J, et al. The osteocyte: A multifunctional cell within the bone [J]. Ann Anat.2019 ():151422.
[3] Nakashima, T., Hayashi, M., et al. Evidence for osteocyte regulation of bone homeostasis through RANKL expression [J]. Nat Med. 2011, 17, 1231-4.
[4] Xiong, J., Piemontese, M., et al. Osteocytes, not osteoblasts or linning cells, are the main source of the RANKL required for osteoclast formation in remodeling bone [J]. PLoS ONE. 2015, 10(9), e0138189.
[5] Metzger CE,Narayanan SA. The Role of Osteocytes in Inflammatory Bone Loss [J]. Front Endocrinol (Lausanne).2019 10():285.