促骨髓基质干细胞成骨分化因子研究现状

付丹丹

（菏泽医学专科学校，山东菏泽274000）

促骨髓基质干细胞成骨分化因子研究现状

付丹丹

（菏泽医学专科学校，山东菏泽274000）

骨髓基质干细胞；促成骨分化因子/发展趋势

骨髓基质干细胞（BMSCS）是具有多项分化潜能的干细胞，体外诱导培养表达成骨、神经分化等细胞表型[1-2]是现代研究热点及难点。现代医学对其促分化及影响因子进行了积极的科研探索。

现代基础研究多应用骨髓基质干细胞经典成骨诱导基本辅剂（地塞米松、β-甘油磷酸钠和维生素C）培养促进BMSCS成骨分化[3]。在基础研究时常把碱性磷酸酶活性、骨桥蛋白、骨钙蛋白和Ⅰ型胶原等作为评判促成骨分化效果的重要量化指标[4-5]。现将近年来研究较多的促成骨分化细胞因子综述如下。

1 经典促成骨分化细胞因子

1.1 核心结合因子（Cbfα）核心结合因子是成骨细胞特殊促进结合复合体[6]。cbfα在成骨细胞分化中调控骨钙素基因的表达。大部分参与骨细胞外基质形成的基因调控序列中也都有cbfα的结合位点,Pan等[7]最新实验研究发现Cbfα过表达引起促成骨相关基因表达量、矿化结节数量比骨形成蛋白(bonemorphogenetic protein，BMP-2)表达明显。

1.2 Runt相关转录因子2（Runtx2）基因参与骨基质蛋白产物，可以上调骨基质蛋白基因，像Ⅰ型胶原蛋白，骨桥蛋白，骨分泌蛋白和骨钙蛋白，可引导多潜能干细胞向非成熟成骨细胞分化[8]，最近Lee等[9]研究发现抑制Runt相关基因2（Runx2）可以负调控骨形态发生蛋白2诱导的成骨细胞的分化。但在成骨细胞分化后期表达下降。Runtx2缺乏的小鼠，由于缺乏成骨细胞，骨形成不足。

1.3 BMP是转化生长因子β（TGFβ）促进包括成骨细胞等大范围组织和细胞的增殖，分化和凋亡[10-11]。Umehara等[11]最新研究发现从犬颊黏膜分离培养的成纤维细胞于BMP-2的影响下可分化为成骨细胞，其分化作用机制是通过提高碱性磷酸酶的活性，促进骨钙蛋白，骨桥蛋白等产物生成以及提高Runx2和OsterixmRNA基因表达水平来实现的。Yamaguchi等[12]研究发现BMP-2，BMP-4和BMP-6能诱导促进BMSCS分化为成骨细胞，BMP诱导作用主要是增加碱性磷酸酶活性，骨钙生成和甲状旁腺（Parathyroid Hormone，PTH）应答等，但是BMP三种类型在促分化过程中分化活性偏向不同，各有优势，且在不同类型细胞中作用也有差异。

1.4 TGFβ早期促进增殖，晚期促进分化TGFβ是较强的促成骨分化的因子。经过现阶段实验研究发现当胎牛血清缺乏时，TGF-β通过剂量增加的方式调节促进BMSCS成骨分化数量、活性及骨基质蛋白与胶原蛋白合成，抑制BMSCS成脂分化，来增加骨小梁的数量密度，来达到骼的重塑，防止骨质疏松等代谢性疾病[13]。但是Song等[14]实验研究发现含TGFβ的细胞裂解液在BMSCS成骨分化过程中通过剂量依赖方式抑制碱性磷酸酶的活性和骨矿化程度表达。Bharathy等[15]研究发现TGFβ可以通过诱导细胞周期阻滞、分化及凋亡等方式在维持组织稳态及确保基因组的完整性中起着关键的作用，这是否成骨分化息息相关，还有待深入研究。

1.5 碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)、胰岛素样生长因子

(IGF)bFGF、IGF都能促进BMSc增殖及向成骨细胞分化,并且两者同时运用优于单独使用，但是Song等[14]研究发现bFGF可以增加克隆细胞数量和形态，但是却抑制碱性磷酸酶的活性[13]。Silverio-Ruiz等[16]研究表明在生长因子bFGF对细胞具有较强的促分裂作用，但是促代谢能力不及TGFβ，两者联合时会代谢作用大大增强，另外经bFGF作用的细胞植入体内会表现出较强的粘附能力[17]。

1.6 Osterix（OSX）在所有的软骨内和膜骨成骨细胞表达[18]OSX对于骨分化，早期也是必要的转录因子，但在后期却会抑制成骨细胞分化。Xu等[18]研究发现外源性骨髓间充质干细胞参与种植体植入后的骨整合，证明了OSX促进种植体骨整合。并且OSX的过表达促进骨整合。Tu等[19]研究发现OSX在骨髓间充质干细胞的表达可以促进颅盖骨缺陷小鼠关键尺寸的愈合，这证明OSX的体外基因治疗是成人骨组织再生的一个有用的治疗方法。

2 新促成骨分化因子

2.1 瘦素(Leptin,LEP)LEP作为一个骨调节因子，在促进造血和血管生成、促进胶原合成、促进细胞修复等过程中发挥一定的保护机制。徐俊昌[20]等通过研究LEP对诱导基因重组骨形态发生蛋白rhBMP-2裸鼠异位成骨效能,发现LEP通过促进了成骨相关基因Cbfα1、ALP、COLⅠ、OCNmRNA的表达的机制来促进hBMSCs的增殖和成骨分化。

2.2 成骨生长肽（osteogenic grow th peptide，OGP）OGP在体内和体外具有明显的促成骨作用，可在体外人工合成了成骨生长肽。陈子贤[21]等通过检测不同浓度sOGP对三种不同状态下人BMSCs形态观察、细胞增殖率和成骨成脂标志物（ALP、骨钙素（OC）、Ⅰ型胶原（Col-Ⅰ）及PPAR-γ2）的表达，发现成骨生长肽（sOGP）对BMSCs有明显的促成骨分化和抑制成脂分化的作用，且这种作用的强弱与sOGP的浓度及BMSCs所处状态相关。

2.3 人工合成的单链寡聚脱氧核苷酸(oligodeoxynucleotide, ODN)作用可以调控破骨细胞的形成和活化，被认为是一种新型的破骨细胞调节剂。为了进一步探讨ODN对大鼠BMSCs向成骨细胞分化的影响。申玉芹[22]等通过研究不同密度的ODN刺激经成骨诱导后的BMSCs内ALP的表达水平，发现特定序列的ODN能够影响大鼠BMSCs向成骨细胞的分化。

此外PTH促成骨的作用受到关注，Takase等[23]实验研究发现PTH可以通过某些途径促进BMP-2mRNA基因的表达。PTH有促进骨的形成和骨吸收,且有加快骨转换的能力,长期使用对骨折率的降低有显著作用。PTH促进骨形成的分子通路比较复杂,单它的主要作用是促进成骨祖细胞的增生和分化，并且对骨转换具有双向调节作用；大剂量使用可促进骨吸收的作用；小剂量给药能促进成骨前体细胞分化为成骨细胞，发挥促进骨形成作用。

3 问题与前景

目前对骨组织工程以骨髓基质干细胞为理想的种子细胞。但成骨分化机制尚有一些有待进一步解决的问题。值得关注的是，很多学者利用基质干细胞为构建组织工程骨进行了大量基础研究，这可以成为骨组织工程临床应用很好的借鉴。随着成骨分化研究的不断深入，种子细胞骨髓基质干细胞必定会给骨组织工程的临床应用带来新的突破和创新。

本文综述了促骨髓基质干细胞向成骨细胞分化的因子及影响因素等。促成骨分化转录因子之间联合作用机制[9，16]仍然需要深入研究及探索。探索研究促成骨分化的分化转录因子及影响因素，不仅可以为骨愈合研究和其分子机制的研究提供依据，也可为开发促进骨组织修复药物提供分子生物学靶标，为临床应用提供生物学依据。由此可见，通过研究促成骨分化因子，探索有效的非细胞毒性药物来提高促成骨分化水平在未来将是一项具有创新性的的策略，可具有极大的临床价值和社会效益。

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：A文章编号：1008-4118（2014）02-0078-03

2014-03-21

10.3969/j.issn.1008-4118.2014.02.32