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骨細胞(Osteocyte)

骨是一種令人驚嘆的高度動態的組織,其中舊骨會被新骨永久性地替代,以維持礦物質穩態和骨結構的完整性。這個被稱為骨重塑的過程是由破骨細胞和成骨細胞分別協調完成的,在“骨多細胞單位”(Bone Multicellular Units,BMU)中進行。BMU由成骨細胞、破骨細胞、骨細胞、骨表面細胞和血管組成,它是一個特殊的場所,是一組骨細胞合作的地方,如圖1所示 [1] [2]。

骨重塑圖

圖1. 骨重塑圖

本文將重點關注骨細胞,這是骨多細胞單位中的一員。在下文中,我們主要介紹骨細胞的定義、功能和標記物:


骨細胞的定義

骨細胞是位于成熟骨骼物質內部的細胞。它占據一個小腔室,被包含在骨的鈣化基質中,稱為骨小室。骨細胞源自成骨細胞,或者說是骨形成細胞,并且基本上是由其分泌的產物所包圍的成骨細胞。

骨細胞是扁平的橢圓形多突起細胞,細胞核也是扁平的,并且染色較深。細胞質呈弱堿性。在電子顯微鏡下,細胞質中有少量溶酶體、線粒體和粗面內質網,高爾基復合體發育不良。骨細胞夾在兩個相鄰的骨板之間,或分散在骨板中。相鄰骨細胞的突起之間存在間隙連接。在骨基質中,骨細胞體積占據的橢圓形腔室被稱為骨小室,突起所在的空間被稱為骨小管(圖2)。

骨細胞的結構

圖2. 骨細胞的結構


骨細胞的功能

盡管骨細胞相對不活躍,但它們能夠進行分子合成和修飾。隨著基因工具的發展,通過對幾種基因的表達進行操縱,骨細胞的功能已被確定。

  • 骨細胞是骨形成的調節者。骨細胞能夠參與骨基質的合成和礦化。骨細胞合成與骨形成有關的蛋白質,如COL-I或OCN,以及與礦化有關的蛋白質,如ALP [3]。
  • 骨細胞是骨吸收的誘導因子。RANKL和CSF-1的表達促進了破骨細胞的形成。它們都是推動破骨細胞發生的必要和充分分子。此外,累積的研究得出結論,來自骨細胞的RANKL對正常的骨重塑至關重要 [4]。當實驗性地破壞骨細胞時,骨骼顯示出明顯的骨吸收增加,骨形成減少,小梁骨丟失,以及對減載的反應喪失 [5]。
  • 骨細胞特異性蛋白質,如硬化蛋白,在礦物質代謝中發揮作用,其他分子如PHEX、DMP-1、MEPE和FGF-23等,這些分子在骨細胞中高表達,調節磷酸鹽和生物礦化。

骨細胞標記物

在本文的最后一節,我們在下表中列出了骨細胞最常見的標記物。骨細胞標記物指的是幾種特殊的蛋白質,用于將骨細胞與其他細胞類型區分開來。

BGN DMP1 FGF23 FN1 MEPE PDPN SOST SPARC

參考文獻:

[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.

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