成骨细胞骨形成机制研究
F-Ⅱ促进鼠成骨细胞原癌基因c-fos的
表达，后者可能在诱导成骨细胞增殖中起重要作用。不仅如此，IGFs还能介导全身
激素如糖皮质激素、PTH、1，25(OH)2D3、雌激素及机械压力对成骨细胞增殖和分
化的作用。另外IGFs与其他生长因子产生协同作用，共同刺激成骨细胞增殖和分化
。骨组织中IGF受其自身合成，IGF受体数目及其亲和力、IGFBPs等调节［9，11］
。TGFβ也能调节IGF-Ⅰ表达，TGFβ增加人成骨细胞IGF-Ⅰ表达，而抑制鼠成骨细
胞的IGF-Ⅰ表达。
IGFs为小蛋白，在血循环中半衰期很短，IGFs在体内与胰岛素样生长因子结合
蛋白(IGFBPs)结合后半衰期延长很多。骨组织中国共产党存在6种结构相关的IGFBPs，IG
FBPs可调节IGF作用。骨中IGFBP1-6除IGFBP-1外，其余均由成骨细胞产生，IGFBP
-3、IGFBP-5可促进IGF对成骨细胞的刺激作用。而其他IGFBPs尤其是IGFBP-4阻止
IGFs结合到胰岛素样生长因子受体(IGFR)上，抑制IGF活性。很多因素可调节IGFB
Ps产生，从而影响骨形成。骨细胞中，IGFs能调节IGFBps水平，使IGFBP-4减少而
IGFBP-5增加。TGFβ减少IGFBP-4mRNA表达，同时显著增加IGFBP-4蛋白分解。在S
aOS-2细胞系中，PTH增强IGFBP-4的结合活性及抑制IGFBP-4蛋白酶活性，从而对成
骨细胞产生抑制作用，而雌二醇可以消除PTH的这些作用。此外，皮质激素能抑制
IGFBP-5表达而1，25(OH)2D3刺激IGFBP-4表达从而二者均抑制成骨细胞增殖［9，
12］。
3.2 转化生长因子(TGFβ)
TGFβ超家族包括TGFβs，骨形态蛋白2-7(BMPs2-7)，肌动蛋白(actin)，抑制
素(inhibitin)。TGFβ合成初期是一种无活性的大分子复合物。骨基质中有大量的
无活性TGFβ，当pH降低或纤溶酶及组织蛋白酶激活时，可使无活性的TGFβ活化。
骨组织中骨吸收区pH值较低，可使TGFβ活化，因为TGFβ对成骨细胞骨形成产生重
要影响，因此TGFβ可以调节骨吸收区新骨的形成。TGFβ对骨形成作用很复杂。在
体外培养中TGFβ可以抑制或刺激成骨细胞增殖。这些矛盾的结果部分由于各个实
验中所使用的TGFβ浓度，细胞密度，细胞来源不同［13］。TGFβ刺激非转化的成
骨细胞DNA合成及细胞增殖，同时，TGFβ诱导c-fos原癌基因表达，而用c-fos反义
mRNA能阻断TGFβ的致有丝分裂作用，证明c-fos表达在TGFβ诱导的成骨细胞增殖
中有重要意义。目前，对TGFβ对成骨细胞分化功能的影响存在不同的结论，有报
道，在原代成骨细胞培养中，TGFβ抑制AKP和骨钙素的合成。但另有学者报道，T
GFβ可以明显促进细胞外基质的合成，刺激胶原、骨连接素(osteonectin)和骨桥
蛋白合成，增加骨基质沉积率［14］。另外，TGFβ1减少胶原酶转录并加速胶原酶
mRNA降解，这有利于维持骨中的胶原基质。在体实验中，实验动物接受TGFβ2系统
性治疗能使其小梁骨的形成增加，并且在鼠股骨骨膜下注射TGFβ1和TGFβ2也能促
使骨发生［15］。这些均证明TGFβ对骨形成起重要作用。TGFβ在人骨中的量随年
龄增加而下降。体外研究中发现1，25(OH)2D3、E2可以增加鼠成骨细胞TGFβ产量
。1，25(OH)2D3并能调节TGFβ受体表达。在人成骨细胞中，睾酮和PTH同样能增加
TGFβ产量，除此之外，BMP-2也能增加TGFβ表达，而且TGFβ可自身诱导TGFβ表
达［9］。
3.3 骨形态蛋白(BMPs)
BMPs是TGFβ超家族成员，具有刺激成骨的作用。BMP可由成骨细胞产生，产生
的BMP主要与骨基质结合，很少释放到骨外。BMP的主要生物学作用是诱导未分化的
间质细胞分化形成软骨和新生骨，前面已提到，BMP-2诱导成骨细胞的前体细胞分
化成成骨细胞。在MC3T3-E1小鼠成骨样细胞培养中，BMP能增加AKP活性和胶原合成
，但对成骨细胞增殖不起作用［2］。在鼠骨肉瘤ROS17/2.8细胞系培养中，BMP-7
抑制细胞增殖，而在人成骨细胞培养中，BMP-7刺激细胞增殖。BMPs与其他生长因
子相互作用，共同诱导新骨形成，如TGFβ、VitD可使BMP-2增加。糖皮质激素促进
BMP-2、BMP-4对成骨细胞分化的诱导作用并在分化早期促进BMP-6合成，BMP-6在成
骨细胞分化早期有重要作用，它介导糖皮质激素诱导的成骨细胞分化。BMPs对其他
生长因子的影响表现在BMP-2增加大鼠成骨细胞IGF-Ⅰ、IGF-Ⅱ，BMP-4增加单核细
胞TGFβ，而BMP-7能增加IGF-Ⅱ型受体的数量和减少IGFBP-4的产生及增加IGFBP-
3、-5的产生。BMPs通过调节这些生长因子而诱导成骨作用［9，16，17］。
3.4 白细胞介素1(IL-1)
IL-1由单核巨噬细胞和骨髓基质细胞产生，可自分泌、旁分泌发挥作用。现已
证明，它不仅对破骨细胞性骨吸收有明显促进作用，而且它还能影响成骨细胞性骨
形成。IL-1对成骨细胞增殖有促进作用，而它对成骨细胞分化的作用比较复杂，不
同的研究结果显示，IL-1可以刺激或抑制胶原合成、AKP活性和骨钙素合成。实验
结果的不同是由于实验中所采用成骨细胞培养方法、细胞密度、IL-1剂量和IL-1处
理时间、方式的不同［2］。最近，Shadman用大鼠骨髓基质细胞进行实验，观察到
IL-1短暂作用于成骨细胞时，骨结节形成增加且呈剂量依赖性；而IL-1较长时间作
用于成骨细胞时可产生双向作用，低剂量增加骨结节形成，
成不产生影响或产生抑制作用。不仅如此，IL-1对骨形成的作用也与细胞密度有关
，抑制作用只在采用最高的细胞密度接种时出现。在体实验研究表明，间断注射I
L-1导致骨吸收的短暂增加，而随后伴随较长时间的骨形成增加［2，6，18］。
IL-1的产生受全身激素的调控，雌激素能抑制成骨细胞分泌IL-1，而1，25(O
H)2D3作用于成骨细胞使其产生IL-1增加［19］。
3.5 肿瘤坏死因子α(TNFα)
TNFα是17KDa的细胞因子，由破骨细胞样细胞及成骨细胞合成。现已证明TNF
α可以直接作用于成骨细胞，对其增殖、分化产生影响。TNFα对成骨细胞的作用
较复杂，TNFα在非转化的成骨细胞系中能刺激DNA合成，而在大鼠骨肉瘤细胞系(
ROS 17/2.8)培养中，TNFα不影响DNA合成或在低剂量时抑制DNA合成。最近，Fro
st在人成骨细胞(hOBs)培养中发现，TNFα低剂量时刺激成骨细胞增殖，而在高剂
量时抑制增殖。现在，学者们在TNFα对成骨细胞分化的作用的研究结果比较统一
，均认为TNFα抑制胶原合成、AKP活性和骨钙素合成［2，19，20］。
TNFα在骨 《成骨细胞骨形成机制研究(第2页)》
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表达，后者可能在诱导成骨细胞增殖中起重要作用。不仅如此，IGFs还能介导全身
激素如糖皮质激素、PTH、1，25(OH)2D3、雌激素及机械压力对成骨细胞增殖和分
化的作用。另外IGFs与其他生长因子产生协同作用，共同刺激成骨细胞增殖和分化
。骨组织中IGF受其自身合成，IGF受体数目及其亲和力、IGFBPs等调节［9，11］
。TGFβ也能调节IGF-Ⅰ表达，TGFβ增加人成骨细胞IGF-Ⅰ表达，而抑制鼠成骨细
胞的IGF-Ⅰ表达。
IGFs为小蛋白，在血循环中半衰期很短，IGFs在体内与胰岛素样生长因子结合
蛋白(IGFBPs)结合后半衰期延长很多。骨组织中国共产党存在6种结构相关的IGFBPs，IG
FBPs可调节IGF作用。骨中IGFBP1-6除IGFBP-1外，其余均由成骨细胞产生，IGFBP
-3、IGFBP-5可促进IGF对成骨细胞的刺激作用。而其他IGFBPs尤其是IGFBP-4阻止
IGFs结合到胰岛素样生长因子受体(IGFR)上，抑制IGF活性。很多因素可调节IGFB
Ps产生，从而影响骨形成。骨细胞中，IGFs能调节IGFBps水平，使IGFBP-4减少而
IGFBP-5增加。TGFβ减少IGFBP-4mRNA表达，同时显著增加IGFBP-4蛋白分解。在S
aOS-2细胞系中，PTH增强IGFBP-4的结合活性及抑制IGFBP-4蛋白酶活性，从而对成
骨细胞产生抑制作用，而雌二醇可以消除PTH的这些作用。此外，皮质激素能抑制
IGFBP-5表达而1，25(OH)2D3刺激IGFBP-4表达从而二者均抑制成骨细胞增殖［9，
12］。
3.2 转化生长因子(TGFβ)
TGFβ超家族包括TGFβs，骨形态蛋白2-7(BMPs2-7)，肌动蛋白(actin)，抑制
素(inhibitin)。TGFβ合成初期是一种无活性的大分子复合物。骨基质中有大量的
无活性TGFβ，当pH降低或纤溶酶及组织蛋白酶激活时，可使无活性的TGFβ活化。
骨组织中骨吸收区pH值较低，可使TGFβ活化，因为TGFβ对成骨细胞骨形成产生重
要影响，因此TGFβ可以调节骨吸收区新骨的形成。TGFβ对骨形成作用很复杂。在
体外培养中TGFβ可以抑制或刺激成骨细胞增殖。这些矛盾的结果部分由于各个实
验中所使用的TGFβ浓度，细胞密度，细胞来源不同［13］。TGFβ刺激非转化的成
骨细胞DNA合成及细胞增殖，同时，TGFβ诱导c-fos原癌基因表达，而用c-fos反义
mRNA能阻断TGFβ的致有丝分裂作用，证明c-fos表达在TGFβ诱导的成骨细胞增殖
中有重要意义。目前，对TGFβ对成骨细胞分化功能的影响存在不同的结论，有报
道，在原代成骨细胞培养中，TGFβ抑制AKP和骨钙素的合成。但另有学者报道，T
GFβ可以明显促进细胞外基质的合成，刺激胶原、骨连接素(osteonectin)和骨桥
蛋白合成，增加骨基质沉积率［14］。另外，TGFβ1减少胶原酶转录并加速胶原酶
mRNA降解，这有利于维持骨中的胶原基质。在体实验中，实验动物接受TGFβ2系统
性治疗能使其小梁骨的形成增加，并且在鼠股骨骨膜下注射TGFβ1和TGFβ2也能促
使骨发生［15］。这些均证明TGFβ对骨形成起重要作用。TGFβ在人骨中的量随年
龄增加而下降。体外研究中发现1，25(OH)2D3、E2可以增加鼠成骨细胞TGFβ产量
。1，25(OH)2D3并能调节TGFβ受体表达。在人成骨细胞中，睾酮和PTH同样能增加
TGFβ产量，除此之外，BMP-2也能增加TGFβ表达，而且TGFβ可自身诱导TGFβ表
达［9］。
3.3 骨形态蛋白(BMPs)
BMPs是TGFβ超家族成员，具有刺激成骨的作用。BMP可由成骨细胞产生，产生
的BMP主要与骨基质结合，很少释放到骨外。BMP的主要生物学作用是诱导未分化的
间质细胞分化形成软骨和新生骨，前面已提到，BMP-2诱导成骨细胞的前体细胞分
化成成骨细胞。在MC3T3-E1小鼠成骨样细胞培养中，BMP能增加AKP活性和胶原合成
，但对成骨细胞增殖不起作用［2］。在鼠骨肉瘤ROS17/2.8细胞系培养中，BMP-7
抑制细胞增殖，而在人成骨细胞培养中，BMP-7刺激细胞增殖。BMPs与其他生长因
子相互作用，共同诱导新骨形成，如TGFβ、VitD可使BMP-2增加。糖皮质激素促进
BMP-2、BMP-4对成骨细胞分化的诱导作用并在分化早期促进BMP-6合成，BMP-6在成
骨细胞分化早期有重要作用，它介导糖皮质激素诱导的成骨细胞分化。BMPs对其他
生长因子的影响表现在BMP-2增加大鼠成骨细胞IGF-Ⅰ、IGF-Ⅱ，BMP-4增加单核细
胞TGFβ，而BMP-7能增加IGF-Ⅱ型受体的数量和减少IGFBP-4的产生及增加IGFBP-
3、-5的产生。BMPs通过调节这些生长因子而诱导成骨作用［9，16，17］。
3.4 白细胞介素1(IL-1)
IL-1由单核巨噬细胞和骨髓基质细胞产生，可自分泌、旁分泌发挥作用。现已
证明，它不仅对破骨细胞性骨吸收有明显促进作用，而且它还能影响成骨细胞性骨
形成。IL-1对成骨细胞增殖有促进作用，而它对成骨细胞分化的作用比较复杂，不
同的研究结果显示，IL-1可以刺激或抑制胶原合成、AKP活性和骨钙素合成。实验
结果的不同是由于实验中所采用成骨细胞培养方法、细胞密度、IL-1剂量和IL-1处
理时间、方式的不同［2］。最近，Shadman用大鼠骨髓基质细胞进行实验，观察到
IL-1短暂作用于成骨细胞时，骨结节形成增加且呈剂量依赖性；而IL-1较长时间作
用于成骨细胞时可产生双向作用，低剂量增加骨结节形成，
而较高剂量对骨结节形
成不产生影响或产生抑制作用。不仅如此，IL-1对骨形成的作用也与细胞密度有关
，抑制作用只在采用最高的细胞密度接种时出现。在体实验研究表明，间断注射I
L-1导致骨吸收的短暂增加，而随后伴随较长时间的骨形成增加［2，6，18］。
IL-1的产生受全身激素的调控，雌激素能抑制成骨细胞分泌IL-1，而1，25(O
H)2D3作用于成骨细胞使其产生IL-1增加［19］。
3.5 肿瘤坏死因子α(TNFα)
TNFα是17KDa的细胞因子，由破骨细胞样细胞及成骨细胞合成。现已证明TNF
α可以直接作用于成骨细胞，对其增殖、分化产生影响。TNFα对成骨细胞的作用
较复杂，TNFα在非转化的成骨细胞系中能刺激DNA合成，而在大鼠骨肉瘤细胞系(
ROS 17/2.8)培养中，TNFα不影响DNA合成或在低剂量时抑制DNA合成。最近，Fro
st在人成骨细胞(hOBs)培养中发现，TNFα低剂量时刺激成骨细胞增殖，而在高剂
量时抑制增殖。现在，学者们在TNFα对成骨细胞分化的作用的研究结果比较统一
，均认为TNFα抑制胶原合成、AKP活性和骨钙素合成［2，19，20］。
TNFα在骨 《成骨细胞骨形成机制研究(第2页)》
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