软骨细胞培养及其调控

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1.5　白介素和肿瘤坏死因子(IL、TNF)

　　近来报道IL-1对关节软骨细胞代谢的干预作用主要表现为抑制透明软骨特征性Ⅱ、Ⅳ型胶 原的合成，而促进Ⅰ、Ⅲ型胶原的合成使软骨细胞变性，抑制软骨细胞增殖和蛋白多糖的合 成同时IL-1对关节软骨的降解作用主要表现在促进软骨细胞合成和分泌金属蛋白酶，并提 高软骨基质中溶解蛋白分子酶类的活性。TNF是通过IL-1而抑制Ⅱ型胶原和蛋白多糖的合成 ，但其作用远弱于IL-1。

2　力学刺激对培养软骨细胞的影响

　　关节软骨主要由软骨细胞和胞外基质组成，而胞外基质主要包括胶原和蛋白多糖，其中Ⅱ型 胶原占胶原的95%，聚合素是蛋白多糖的主要成分，关节运动时软骨经历循环应力载荷而发 生周期性变形和恢复，循环载荷是软骨细胞执行正常功能和维持胞外基质正常表型的基本因 素。而体外培养软骨细胞其随传代次数增加而发生代谢、表型的变化伴有Ⅱ、Ⅳ型胶原合成 减少，Ⅰ、Ⅲ型胶原合成增加和蛋白多糖分子量的改变，为维持体外培养软骨细胞的正常形 态和功能则许多学者进行了软骨细胞培养的力学刺激实验研究。这种压力可分为两种：一种 是持续静压力，一种是循环动压力，力学刺激对调控软骨代谢和维持其胞外基质正常表型起 重要作用，其中静压力刺激减少了Ⅱ胶原和蛋白多糖的合成，而正常动压力刺激则促进Ⅱ型 胶 原和蛋白多糖的合成［16，17］，K.Koarninnta［18］实验表明持 续高流体静压力抑制蛋白多糖的合成和分泌，减少了聚合素mRNA的表达，改变了高尔基氏器 的形态和抑制微丝的组成。在循环压力作用下软骨组织内4种物理特性发生变化；①静水压 ；②毛细液流；③流能；④组织与细胞变形。低频循环压力促进基质降解而高频循环压力则 促进软骨细胞合成代谢。所以力学刺激是软骨细胞的一个重要调节者，但软骨细胞又如何接 受力学刺激信号呢自从认识软骨细胞可以分泌整合素以来，整合素就在软骨细胞与胞外基 质信号转导方面起着重要作用。整合素是一种异二聚体(α、β)转膜糖蛋白特异性受体，力 学刺激使胞外基质与整合素结合同时与细胞骨架相连，从而影响着基因表达和调控细胞生长 和分化［19，20］。力学刺激促进胶原合成增加同时整合素合成也上调，力学刺激 增加了α2整事素亚单位mRNA表达。实验表明在软骨细胞培养一周后，给予循环压力刺激 15次/min，结果3h后，循环压力促进了Ⅱ型胶原和聚合素mRNA的表达，从而说明胞外基 质 调节整合素来应答力学刺激。α2 β1整合素是Ⅱ型胶原受体。软骨基质受体作为一 种 应力感受器在软骨基质网络中通过力学刺激信号来调控软骨细胞。周期性力学刺激促进基质 合成，而静压力则促进基质合成减少［21，22］，所以力学刺激信号可能通过力学 刺激、细胞外基质、整合素、细胞骨架(肌动蛋白)而调控软骨细胞的增殖和分化功能。Taka haki-k［23］等实验证鞒?咚?降木菜?褂盏糏L－6和TNF-α mRNA表达增加 而缩减了蛋白多糖核心蛋白的表达，生理水平的静水压则增加了蛋白多糖核心蛋白的表达， 组织与细胞变形可兴奋ECM受体［24］细胞膜张力受体、细胞网架结构［25 ］而促进合成功能，总之，机构压力对培养软骨细胞的作用在有效范围内与压力值无关， 而与压缩程度(静压力)和频率(循环压力)有关，持续的静压力抑制软骨细胞的合成代谢，一 定频率的循环压力则促进软骨细胞的合成功能［26］。

3　其它因素对培养软骨细胞的影响

　　体外培养软骨细胞随其传代而表型整个发生改变，正常的Ⅱ、Ⅳ型胶原合成减少，Ⅰ、Ⅲ 型胶原合成增加，在不同的培养条件下(如培养基、PH细胞的接种密度、血清浓度、氧分压 及其培养基的离子浓度、培养方式)其表型不同，有时可以反分化或向肥大软骨细胞转化。 体外培养只有保持其正常形态才能保持其正常功能。Freed［27］等将软骨细胞移 植于DGA、PLA进行三维体外培养，证明三维培养6周后其细胞数扩增了近8.3倍，且传代后细 胞产生蛋白多糖和Ⅱ型胶原的能力较佳，所以软骨细胞三维培养有利于维持其形状，常利用 胶原纤维蛋白、琼脂、海澡酸盐、PGA、PLA等为附属物进行三维培养。也有学者认为无血清 培养可以阻止软骨细胞反分化。培养基PH值轻度偏碱不利于蛋白多糖的合成，偏酸则相反。 低钙环境有利于软骨细胞的稳定［28］。1995年Baragi［29］等将IL - Rα和标记基因LacZ分别构建在腺病毒上转染软骨细胞并将它们分别与骨关节炎软骨组织块 一起培养，结果表明与IL-1Rα转染软骨细胞培养的组织块能抵制IL-1β的作用而与LacZ 细胞培养的软骨细胞块抵制作用明显减弱，从而说明基因转染可以用来调控软骨细胞从而维 持其表型。

4　结束语

　　体外培养软骨细胞的优点是可以大量扩增及研究其生命活动的状况，但要维持其正常表型则 受到众多复杂因素的调控。就其细胞因子而言，细胞因子对体外培养软骨细胞的作用非单一 的，而是一个复杂的网络调节作用，如生长因子的生物学活性是由受体介导的，生长因子在 软骨细胞合成分泌后，多为无活性的前体分子需要经过特异性的激活才能发挥作用。生长因 子之间存在基因表达及其活性的相互调控TGF-β能促进PDGF的A链和B链的mRNA表达和分泌 ［30］。bFGF能促进TG

F-β mRNA的表达，诱导间充质细胞分化成软骨细胞，增强 TGF对软骨细胞的增殖及其基质合成作用。生长因子之间还存在受体水平的调控，胰岛素不 影响TGF-Ⅱ型受体的亲和力但增加了Ⅱ型受体的数目引起受体上调效应，从而Ⅱ型受体与 Ⅰ型受体竞争，使胰岛素与Ⅰ型受体结合减少。IL-1可使TNF受体下调，而IFN-γ却使TNF 受体上调等。但是网络生长因子如何调控体外培养软骨细胞的增殖、分化阻滞反分化或向肥 大型转化、维持其正常软骨细胞表型及合成特异性胞外基质还需进一步的研究。总之软骨细 胞体外培养维持其正常表型则受到众多因素的影响如培养条件及其方式，细胞的微环境，PH&nb sp;值、细胞密度、力学变化、生长因子等等。随着细胞生物学和分子生物学的发展，软骨细胞 体外培养大量扩增、分化维持其正常的表型及代谢的调控因素会渐为人们所明晰，为组织工 程化软骨修复软骨缺损、体外培养软骨细胞建立软骨细胞库(永生化软骨细胞)及揭示退变性 骨关节病又开拓了一条新的途径。

参考文献：

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