成骨细胞对造血的调控及传统药物在该调控中的作用研究进展

张灵莉，刘晓倩，黄晓芹

1 成骨细胞的起源及其特征

成骨细胞（Osteoblast,OB）起源于多能的骨髓基质中的间充质干细胞。在骨形成中发挥重要作用，负责骨基质的合成、分泌和矿化，其功能状态与其细胞形态密切相关：新骨形成过程中，OB活跃，胞体较大，立方形或矮柱状，核呈圆形，胞浆丰富，多伪足，电镜下可见大量粗面内质网和高尔基体，细胞质嗜碱性；成骨功能相对静止时，OB转为静止状态，细胞突起逐渐减少甚至消失，形态变扁平，胞质和细胞器较少，又被称为骨被覆细胞[1]。

2 成骨细胞在造血功能活动中的作用

2.1 成骨细胞是体内造血诱导微环境的重要成分

造血诱导微环境（hematopoietic inductiv microenvironment,HIM)又称做“生态位区、龛”是指造血器官中造血干、祖细胞宿居、增殖、分化，造血细胞赖以生存发育的“土壤”。一系列的相关研究证实：除脂肪细胞、成纤维细胞、巨噬细胞、网状细胞、血窦内皮细胞、细胞外基质及血管、神经以外，OBs也参与了小鼠、大鼠及正常人骨髓内HIM的构成。Zhang 等[2]发现，排列在骨表面的N-钙黏素阳性CD45阴性的梭形成骨细胞(spindle-shaped N-cadherin-expressing osteoblasts, SNOs)数目的增加与造血干细胞（hematopoietic stem cell, HSC）数目的增加直接相关，认为该细胞是造血微环境的组成细胞。Calvi 等[3]发现应用甲状旁腺激素相关肽增加OBs的数目，可导致造血干细胞和祖细胞数目增加。Visnjic[4]等选择性诱导损伤转基因小鼠的OBs，其骨髓中淋巴系、红系、髓系的前体细胞数量和HSCs的绝对数量都出现了减少,在去除损伤因素后，OBs重新出现且骨髓造血功能也一并恢复，这提示成骨细胞可维护和调节HSCs的数量以及骨髓造血功能。根据这些研究成果，研究者们提出在哺乳动物骨内膜表面有部分HSCs紧靠着OBs，两者有着密切联系，OBs在促进骨生长的同时，也调节着HSCs的功能，从而形成造血的“成骨龛”（Osteoblastic niche），这一学说现今已经得到普遍认同[2～6]。

有研究显示[2]，N-钙粘蛋白表达于成骨细胞和静止期HSCs，由于其能够促进细胞间相互连接，故推测OBs或能通过N-钙粘蛋白发挥对HSCs的锚定作用，并促进HSCs转为静止期。后续研究显示，OBs还表达多种黏附分子将HSCs锚定于“成骨龛”中，如：ICAM-1 、ICAM-3、LFA-1、LFA-3、VCAM-1、PECAM-1等[7]。此外，β-连环蛋白也被认为具有潜在的促HSCs锚定和调节其增殖的作用[8]。多条信号通路，如Notch/Jagged,Ang-1/Tie2,Wnt/β-catenin,Ca2+/钙离子敏感受体(CaR),骨形成蛋白(BMPs),骨桥蛋白(OPN)/β1整合素等，都被认为参与了对“龛”的功能调节。

综合上述研究成果，在HSC龛中，OBs一方面通过一些黏附因子将HSCs锚定在龛内，维持造血干细胞的静息状态,保持其自我更新,多向分化的干细胞特性；另一方面又通过分泌一些细胞因子和基质成分来调控HSCs的增殖和分化。

2.2 成骨细胞在体外共培养中促进造血细胞增殖、生长

黄晓兵[9]等研究发现在无外源性细胞因子参与条件下，造血干/祖细胞与OBs共培养体系培养后，培养集落形成单位（CFU-C）、高增殖潜能集落形成细胞（HPP-CFC）及长期培养启动细胞（LTC-IC）的数目均高于无OBs共培养体系，其中LTC-IC在经骨髓MSC诱导的OBs共培养体系中最高。赵国峰[10]等在低氧条件下微囊化OBs调控造血干/祖细胞扩增的研究中发现，低氧下与载成骨细胞明胶-海藻酸钠-壳聚糖（GAC）微珠共培养的人脐带血单个核细胞（CB-MNCs）较培养前扩增了18.7±1.6倍；CD34+细胞含量由培养前的2.0%上升到2.5%，细胞数扩增了23.4±2.0倍；培养集落形成单位（CFU-Cs）产率为培养前的11.6±0.9倍。扩增效果显著优于常氧共培养和非共培养体系。同时析因方差分析结果表明低氧条件只有在OBs存在时才对造血干/祖细胞扩增有非常显著的作用。

2.3 成骨细胞可分泌造血调节因子调节造血

研究显示，OBs可以分泌多种造血调节因子，如：白血病抑制因子（leukemia inhibitory factor,LIF)[11]、粒系集落刺激因子（granulocyte colony-stimulating factor ,G-CSF)、粒-巨噬系集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony-stimulating factor,GM-CSF)、白细胞介素-6（interleukin-6 ，IL6)、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factorα,TNFα)、c-kit配体（c-kit ligand）、转化生长因子-β（transforming growth factorβ,TGFβ)[12]；血小板生成素（thrombopoietin,TPO)[13]等。最近研究还发现[14]，激活OBs的缺氧诱导因子通路，导致红系细胞的扩增，这一扩增伴随着骨中EPO表达的增加和肾脏EPO表达的下降；在OBs缺氧诱导因子通路阻滞因子被破坏的小鼠，骨中EPO表达为肾脏表达的6倍之多，并且这些EPO来源于骨中OBs而非软骨细胞，这些OBs是血清中EPO水平上升并促进红系造血的原因，提示OBs在EPO产生和红系造血中具有以往未知的特殊作用。

2.4 成骨细胞可影响干细胞的动员和移植后归巢

骨髓中邻近骨内膜的OBs能分泌和释放基质细胞衍生因子（SDF-1），其唯一受体趋化因子受体-4(CXCR4)被发现表达于正常造血干/祖细胞和多种肿瘤细胞。常用的干细胞动员因子G-CSF可减少成骨细胞而增加外周循环的SDF-1表达[15]；并能诱导弹性蛋白酶，组织蛋白酶G等蛋白裂解酶，裂解SDF-1N末端信号序列使其失活[16]，从而促进HSCs由骨髓动员进入血液循环。而升高SDF-1在成骨细胞表面的表达，则能促进HSCs回归OBs微环境，在造血干细胞移植后归巢中具有重要作用[17]。

2.5 成骨细胞与造血系统疾病

近年来研究显示，OBs数量及功能的异常与一些造血疾病的发生发展也有密切的联系。如急性髓系白血病（AML）中，骨形成标志物骨钙素(osteocalcin,OCN)的血清水平降低、CD45－基质细胞的OCN mRNA水平降低，骨前体细胞及沿骨内膜分布的OPN阳性细胞均减少，导致矿化骨严重丢失；而恶性基质细胞中抑制OBs功能的趋化因子3(CCL-3)mRNA水平显著升高[18]。AML患者血清中由OBs分泌的OPN高表达，而较高表达OPN 的患者总生存率下降[19]。靶向敲除动物骨前体细胞的Dicer1核酸内切酶，则会出现成骨分化的异常，并引起骨髓增生异常综合症（MDS）样改变和继发AML[20]。基因微阵列研究显示MDS患者的骨髓基质细胞中一些与OBs密切相关的基因出现表达异常[21]，MDS患者骨髓间充质干细胞的成骨分化功能也有不同程度的损伤[22]。

γ射线辐射损伤后，小鼠骨髓间充质干细胞成骨潜能明显降低,同时体内OBs数量明显减少,“成骨龛”位显著缩小[23]。

3 传统药物在成骨细胞造血调控中的干预作用

有研究显示[24]，人参总皂苷（TSPG）能够提升OBs分化转录因子-核心结合蛋白因子2（RUNX2）蛋白的表达水平，且在12.5-50 mg﹒L-1浓度范围内呈剂量依赖关系；在加入25、50和100 mg﹒L-1TSPG诱导的OBs条件培养液的造血祖细胞集落培养体系中发现集落数均明显增加，其中50mg﹒L-1TSPG诱导的条件培养液提高造血祖细胞集落生长的作用最明显，CFU-E，BFU-E 和CFU-GM集落提高率分别为(28.1±3.1)% ，(32.3±2.7)%和(26.0±1.9)%明显高于未经诱导的对照( P＜0.05，0.01)。同时还发现经不同浓度TSPG诱导后的成骨分化的hMSCs其造血生长因子GM-CSF、IL-3和SCF在条件培养液的含量均有不同程度的提高。可见TSPG能够通过上调RUNX2蛋白表达诱导hMSCs向成骨细胞分化，同时增强成骨分化的MSCs支持造血的能力。

综上所述OBs是骨髓内HIM和HSCs生态位区至关重要的组成部分，可分泌多种细胞因子，粘附分子，经多个信号通路调节造血干/祖细胞的自我更新、分化、分裂，在正常和造血系统相关疾病中具有重要作用。许多传统药物（当归、人参、黄芪、四物汤等）可经多渠道干预正常和病理情况下的造血已是不争的事实，OBs是否是该作用靶点的研究几近空白，值得关注。