软骨细胞培养及其调控

2006-11-29 19:43:44  论文网收集整理  www.66wen.com  
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    1.2 骨形态发生蛋白(BMP)

      BMP是TGFβ的超家族成员之一,BMP-7(OP-1)是BMP家族中的一员,其对无血清培养的高密 度单层细胞和悬浮在琼脂糖中的细胞有促进生长和成熟作用,可增加其碱性磷酸酶活性和提 高mRNA和Ⅱ型胶原的合成能力。实验rhBMP(OP-1)能有效促进胚胎和成人关节软骨细胞合成 蛋白多糖和Ⅱ型胶原而Ⅰ、Ⅲ型胶原没有增加。也有实验证明OP-1对人软骨细胞特异性胶 原、蛋白多糖的促合成作用比IGF-Ⅰ、TGF-β和激活素更显著[13]。在培养软 骨细胞生长周期的不同时期,BMP的作用也不同,rhBMP调节软骨细胞增殖、分化作用依赖于 细胞的成熟状态,且静止区软骨细胞更敏感,同时对软骨细胞的自分泌也有作用[14 ]。关节软骨细胞原代培养时表达了BMP-4功能性受体。1998年Rach1,venena等实 验证明BMP2和维生素C共同作用下培养的软骨细胞没有诱导其肥大,同时BMP-2独自干预下 细胞凋亡明显少于维生素C的干预,从而说明软骨细胞向肥大软骨细胞的过度与细胞增殖数 量减少而相对高的凋亡水平有关。软骨细胞体外传代培养渐反分化为成纤维样细胞或过度为 肥大软骨细胞与细胞生存的微环境有关[15]。



    1.3 胰岛素样生长因子(IGFs)

      IGF于1953年由salmon和Danghaday研究表明,IGFs家族由两种相关多肽组成即IGF-Ⅰ和IGF -Ⅱ。在软骨细胞表面有IGF的受体且软骨细胞能合成和分泌这种多肽。IGF-Ⅰ能与软骨细 胞膜上的受体结合也以旁分泌和自分泌的方式起作用。IGF-Ⅰ能强烈刺激软骨细胞合成Ⅱ 型胶原和蛋白多糖,IGF-Ⅰ还能刺激软骨细胞集落形成和细胞增殖,体内IGF-Ⅰ能促进骨 骺软骨生长。而IGF-Ⅱ能刺激软骨细胞DNA和RNA的合成且比IGF-Ⅰ更有效的刺激胚胎细 胞的生长。但IGF-Ⅰ对成年软骨细胞的作用强于IGF-Ⅱ,也能促进蛋白多糖的合成。软骨 细胞表面的IGF-Ⅱ的受体与IGF-Ⅰ相比,两者的结构与体外活性相似,但体内生物效应不 同。而IGF结合蛋白(IGF1BPs)它通过特异性结合IGFs而起作用,尽管目前对IGFBPs的生理功 能还不十分清楚,但它们对IGFs的调节作用是肯定的,它们通过结合IGFs减少了IGFs与其受 体的相互作用,从而降低了IGFs的活性。onley等人实验表明细胞因子可以调节IGFBPs的产 生,IGFBPs反过来调节IGF的作用,同时表明IL-1α、TNF-α降低细胞对IGF-Ⅰ的反应 性可能是通过增加IGFBPs而起作用。

    1.4 成纤维细胞生长因子(FGFs)

      FGFs最初是从牛脑垂体分离出来的一种蛋白质,后来发现它在人体组织包括骨、软骨基质中 广泛存在,且对胚胎发育及软骨修复起重要作用。体外实验发现它能促进软骨细胞的增殖、 成熟和胞外基质的合成,而bFGF是一种强大的软骨细胞有丝分裂原,它能刺激生长板中软骨 细胞蛋白多糖的合成。在成人关节软骨中它与IGF有协同作用,两者协同刺激软骨细胞有丝 分裂和蛋白多糖的合成,抑制软骨细胞分化为肥大表型。

    1.5 白介素和肿瘤坏死因子(IL、TNF)

      近来报道IL-1对关节软骨细胞代谢的干预作用主要表现为抑制透明软骨特征性Ⅱ、Ⅳ型胶 原的合成,而促进Ⅰ、Ⅲ型胶原的合成使软骨细胞变性,抑制软骨细胞增殖和蛋白多糖的合 成同时IL-1对关节软骨的降解作用主要表现在促进软骨细胞合成和分泌金属蛋白酶,并提 高软骨基质中溶解蛋白分子酶类的活性。TNF是通过IL-1而抑制Ⅱ型胶原和蛋白多糖的合成 ,但其作用远弱于IL-1。


    2 力学刺激对培养软骨细胞的影响


      关节软骨主要由软骨细胞和胞外基质组成,而胞外基质主要包括胶原和蛋白多糖,其中Ⅱ型 胶原占胶原的95%,聚合素是蛋白多糖的主要成分,关节运动时软骨经历循环应力载荷而发 生周期性变形和恢复,循环载荷是软骨细胞执行正常功能和维持胞外基质正常表型的基本因 素。而体外培养软骨细胞其随传代次数增加而发生代谢、表型的变化伴有Ⅱ、Ⅳ型胶原合成 减少,Ⅰ、Ⅲ型胶原合成增加和蛋白多糖分子量的改变,为维持体外培养软骨细胞的正常形 态和功能则许多学者进行了软骨细胞培养的力学刺激实验研究。这种压力可分为两种:一种 是持续静压力,一种是循环动压力,力学刺激对调控软骨代谢和维持其胞外基质正常表型起 重要作用,其中静压力刺激减少了Ⅱ胶原和蛋白多糖的合成,而正常动压力刺激则促进Ⅱ型 胶 原和蛋白多糖的合成[16,17],K.Koarninnta[18]实验表明持 续高流体静压力抑制蛋白多糖的合成和分泌,减少了聚合素mRNA的表达,改变了高尔基氏器 的形态和抑制微丝的组成。在循环压力作用下软骨组织内4种物理特性发生变化;①静水压 ;②毛细液流;③流能;④组织与细胞变形。低频循环压力促进基质降解而高频循环压力则 促进软骨细胞合成代谢。所以力学刺激是软骨细胞的一个重要调节者,但软骨细胞又如何接 受力学刺激信号呢自从认识软骨细胞可以分泌整合素以来,整合素就在软骨细胞与胞外基 质信号转导方面起着重要作用。整合素是一种异二聚体(α、β)转膜糖蛋白特异性受体,力 学刺激使胞外基质与整合素结合同时与细胞骨架相连,从而影响着基因表达和调控细胞生长 和分化[19,20]。力学刺激促进胶原合成增加同时整合素合成也上调,力学刺激 增加了α2整事素亚单位mRNA表达。实验表明在软骨细胞培养一周后,给予循环压力刺激 15次/min,结果3h后,循环压力促进了Ⅱ型胶原和聚合素mRNA的表达,从而说明胞外基 质 调节整合素来应答力学刺激。α2 β1整合素是Ⅱ型胶原受体。软骨基质受体作为一 种 应力感受器在软骨基质网络中通过力学刺激信号来调控软骨细胞。周期性力学刺激促进基质 合成,而静压力则促进基质合成减少[21,22],所以力学刺激信号可能通过力学 刺激、细胞外基质、整合素、细胞骨架(肌动蛋白)而调控软骨细胞的增殖和分化功能。Taka haki-k[23]等实验证鞒咚降木菜褂盏糏L-6和TNF-α mRNA表达增加 而缩减了蛋白多糖核心蛋白的表达,生理水平的静水压则增加了蛋白多糖核心蛋白的表达, 组织与细胞变形可兴奋ECM受体[24]细胞膜张力受体、细胞网架结构[25 ]而促进合成功能,总之,机构压力对培养软骨细胞的作用在有效范围内与压力值无关, 而与压缩程度(静压力)和频率(循环压力)有关,持续的静压力抑制软骨细胞的合成代谢,一 定频率的循环压力则促进软骨细胞的合成功能[26]。

       

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