中华老年医学杂志2000年第19卷第4期

李凌波王洪复

关键词：破骨细胞；骨；细胞凋亡

细胞凋亡又称细胞程序性死亡，是机体为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主的有序性死亡。随着细胞生物学、遗传学、分子生物学的发展，发现细胞凋亡与多细胞有机体的个体发育、调控、正常生理活动的维持、某些疾病的发生及其细胞恶变均有密切关系^〔1〕。近年研究表明，破骨细胞凋亡在骨代谢调控和绝经后骨质疏松症等骨代谢疾病的发生、发展过程中具有重要意义。

一、破骨细胞凋亡表现

骨的新陈代谢表现为旧骨不断被吸收，新骨随之持续形成，即骨重建。承担骨重建的基本多细胞单位(basic multicellular unit, BMU)由破骨细胞、成骨细胞、骨细胞和衬细胞等构成，其中破骨细胞和衬细胞主要与骨重建启动有关。一个BMU可以持续作用几个月，而破骨细胞寿命仅在半个月左右，表明在BMU中存在破骨细胞的不断更新。近年研究表明，BMU中破骨细胞的消失不是由于继续分化、迁移或再循环，而是由于凋亡。Hughes等^〔2〕在骨吸收和骨形成交替的逆转部位和高转换型小鼠骨组织中见到破骨细胞凋亡，与小鼠骨缺血部位出现的破骨细胞坏死明显不同。体外培养破骨细胞也可观察到近70%～80%的破骨细胞呈现凋亡，借助荧光染色方法（细胞接种于玻片、2%戊二醛固定、吖啶橙染色、荧光显微镜观察）能鉴别3种状态的破骨细胞：正常细胞体积大，多核，发绿色荧光；凋亡细胞体积缩小，核固缩，发橙红色荧光；坏死细胞肿胀，发均匀淡红色荧光^〔3〕。破骨细胞凋亡对于维持破骨细胞群的大小从而影响BMU侧面骨吸收范围的大小以及BMU行进的速度和时限至关重要。

二、破骨细胞凋亡的调节因子

破骨细胞的分化、形成及发挥骨吸收功能涉及成骨细胞、基质细胞等相互作用及其旁分泌和自分泌的细胞因子的影响。破骨细胞虽为分化末端细胞，但其生存受多种细胞因子、激素和维生素的调节，如单核集落刺激因子（M-CSF）、白介素-1（IL-1）维持破骨细胞生存，抑制其凋亡，而转化生长因子β（TGF-β）促进破骨细胞凋亡，雌激素和维生素K(Vit k)等与破骨细胞凋亡的调节有关。

M-CSF为单核细胞和巨噬细胞生长、发育所必需的细胞因子，与破骨细胞前体的发育密切相关。M-CSF可促进破骨细胞前体增殖、分化而使破骨细胞生成数量增加。体外破骨细胞诱导培养时，M-CSF对破骨细胞形成的促进作用存在量效关系^〔4〕。M-CSF通过与细胞质膜上M-CSF的受体fms（原癌基因fms表达的蛋白）结合而发挥作用^〔5〕，并且通过影响细胞内F-actin的重分布来增加破骨细胞伸展和运动，缩短细胞在骨表面停留的时间，使破骨细胞的骨吸收能力下降。

IL-1由单核、巨噬细胞、骨髓基质细胞产生，IL-1刺激成骨细胞分泌M-CSF、IL-6，并诱导破骨细胞前体细胞分化为成熟破骨细胞。在小鼠破骨细胞骨髓诱导培养体系中加入IL-1可显著抑制破骨细胞的凋亡，该抑制作用与NF-κB产生有关，NF-κB抑制物能阻断该作用^〔6，7〕。

TGF-β是介导破骨细胞凋亡的重要细胞因子。研究发现TGF-β可使破骨细胞的凋亡率从10%～15%增加到30%，并受原癌基因bcl-2、c-Myc、c-Myb的调控，凋亡反应的程度与Myd118的持续水平呈正相关^〔8〕。

Vit K有两种同分异构体K₁和K₂，它们在组织中的分布具有选择性，在骨中含量最高。研究发现某些骨质疏松引起的骨折患者血清中Vit k₂降低，进一步研究表明Vit K₂可诱导破骨细胞凋亡^〔9〕。

雌激素可促进破骨细胞前体^〔10〕和成熟破骨细胞的凋亡，作用机制与促进TGF-β分泌^〔11〕和选择性调节IL-1受体亚型比例，从而减低破骨细胞对IL-1的敏感性有关^〔12〕。

糖皮质激素是一种细胞凋亡的有效诱导剂，以糖皮质激素诱导胸腺细胞的凋亡是凋亡研究的一个经典的细胞模型系统。糖皮质激素诱导破骨细胞凋亡是通过受体介导的，Dempster等^〔13〕通过免疫组化的方法证明，破骨细胞存在糖皮质激素受体，当加入糖皮质激素受体的特异拮抗剂RU486时则可阻断破骨细胞凋亡。

三、破骨细胞凋亡机制

蛋白激酶C是破骨细胞凋亡的信号传导途径之一。Kameda等^〔14〕对蛋白激酶在破骨细胞凋亡中的作用进行了研究，应用酶消化方法从兔四肢长骨分离培养破骨细胞，在骨片培养5 d，通过荧光染色、透视电镜观察破骨细胞的形态改变，单细胞凝胶电泳测定DNA的片段化。结果表明,体外培养的兔破骨细胞50%～70%以凋亡方式死亡，蛋白激酶C的抑制剂H-7（Staurosporine）和螯合剂EDTA可完全阻止破骨细胞凋亡；Ca²⁺和Ca²⁺通道也可能是破骨细胞凋亡的另一种信号传导途径。

ras基因修饰：原癌基因ras表达蛋白,即GTP结合蛋白（GTP binding protein, GBP）分为3种：rho A、rho B和rho C。位于破骨细胞质膜的主要为rho a，rho A主要影响破骨细胞骨架和亮区的形成、控制下游信号传递，进而影响骨吸收^〔15〕。含氮双膦酸盐抑制骨吸收的分子机制就是通过修饰包括ras在内的GBP来诱导破骨细胞凋亡。

c-src基因突变或缺失：c-src属于非受体酪氨酸家族，它编码的蛋白PP60^C-SRC与液泡H-ATPase共同表达于破骨细胞的胞浆中，与破骨细胞皱褶缘的形成和骨吸收功能密切相关^〔16〕。SRC蛋白突变或抑制SRC同源区SH₂均可诱导破骨细胞凋亡。但凋亡的信号传导与酪氨酸激酶间的关系尚无定论。

四、治疗骨质疏松的新思路

破骨细胞凋亡与骨转换进程密切相关，细胞凋亡过早，骨吸收的深度过浅，不能有效去除损伤的骨组织，而细胞凋亡过晚，则骨吸收深度过深，造成骨密度下降和骨微结构的破坏，两者均可导致骨质疏松。目前治疗骨质疏松的药物，如雌激素、双膦酸盐等均对破骨细胞凋亡有作用，可见通过调节破骨细胞凋亡来改变骨吸收与骨形成的失衡状态是治疗骨代谢疾病、寻找新药的又一新的思路。

作者单位：李凌波（200032上海医科大学老年医学中心骨代谢研究室)

王洪复（200032上海医科大学老年医学中心骨代谢研究室）

参考文献

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2，Hughes DE, Dai A, Tiffee JC, et al. Estrogen promotes apoptosis of murine osteoclasts mediated by TGF-beta. Nat Med, 1996, 2: 1132-1136.

3，李凌波，高建军，金慰芳，等.γ射线诱导破骨细胞凋亡.辐射研究与辐射工艺，1999，19:45-47.

4，Umeda S, Takahashi K, Naito M, et al. Neonatal change of osteoclasts in osteopetrosis(op /op)mice defective in production of functional macrophage colony-stimulating factor(M-CSF)protein and effects of M-CSF on osteoclast development and differentiation. J Submicrosc Cytol Pathol, 1996, 28:13-26.

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8，Hughes DE,Dai A, Tiffee JC, et al. Estrogen promotes apoptosis of murine osteoclasts mediated by TGF-beta. Nat Med, 1996,2:1132-1136.

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13，Dempster DW, Moonga<