骨折愈合的分子机制与新的调控措施研究现状

骨折伴随感染可明显延迟愈合,慢性持续性炎症可刺激破骨细胞导致骨吸收,并影响骨形成过程中成骨细胞分化。核转录因子-κB（nuclear factor-κB,NF-κB）是炎症反应中关键的转录因子,在炎症反应中扮演着举足轻重的角色。BMP-Smad、Runx2等信号通路是控制成骨细胞分化的关键因素。本文综述了炎症因子肿瘤坏死因子-α（TNF-α）对成骨细胞分化的影响和可能的改善措施,     

低氧及相关因子对破骨细胞形成与活性的调节作用

破骨细胞是具有多个核的骨吸收细胞,来源于单核-巨噬细胞谱系,在骨的正常发育和改建、骨折的愈合及病理性骨吸收中起重要作用.现有的研究表明,破骨细胞前体细胞和破骨细胞属氧感应细胞,其分化和功能发挥可受控于低氧环境及其诱导产生的调节因子.低氧发生于组织的血供减少或中断时,低氧及相关的细胞因子(VEGF、FGF-2、IGF-I、TNF-α、TGF-β等0可通过引起局部微环境的酸化、促进骨髓中破骨细胞前体细胞的生成、趋化破骨细胞前体细胞、刺激成骨细胞RANKL的表达、延长成熟破骨细胞的生存期、活化成熟的破骨细胞等多种机制来调节破骨细胞的形成和活性.     

Notch信号通路在骨重建过程中的双向调节作用

Notch信号通路对骨形成及骨吸收的刺激和抑制作用都被广泛报道,其在成骨细胞、骨细胞、破骨细胞、骨髓间充质干细胞等的生成或分化中的作用出现了"矛盾"的结果,表现为对于骨形成-骨吸收偶联关系的双向调节作用,可见,Notch信号通路对骨重建过程的影响并非单一的促进或抑制作用,本文就Notch信号通路对成骨细胞、破骨细胞、骨髓间充质干细胞生成、分化及功能的双向调节作用做一综述,以期为相关骨代谢疾病的研究思路提供参考。     

miR-34a调节骨稳态在骨质疏松中的应用前景

miR-34a是一个非编码蛋白的单链小分子RNA,在转录水平上通过碱基配对3’-端非翻译区域抑制靶基因表达,多用于肿瘤学的研究中,可通过下调原癌基因的表达抑制肿瘤细胞生长,近年发现其参与骨代谢过程中骨稳态的调节。Tgif2通过与 DNA结合或与TGFβ激活的Smads相互作用抑制TGFP基因表达而抑制成骨细胞的增殖,且Tgif2与RNAKL通路形成一个正反馈循环,RNAKL通路诱导的转录因子增加Tgif2活性,Tgif2又反过来促进RNAKL通路中转导因子的活性,从而促进破骨细胞的生长分化,miR-34a主要通过下调Tgif2基因的表达,促进成骨细胞增殖,且miR-34a下调Tgif2表达时,也间接抑制了 OPG/RANK/RANKL通路的转导,抑制破骨细胞增殖、分化。同时MiR-34a是肿瘤抑制基因P53最常见的转录靶点,P53不仅在转录水平对miR-34a进行调节,而且影响miR-34a前体形成和成熟。P53、miR-34a及Tgif2三者相互作用,直接影响成骨破骨细胞的增殖与分化,且与多个经典信号通路均有交叉,如OPG/RANK/RANKL通路、Wnt/hatenin经典信号通路,参与经典通路中相关因子的调节,间接影响骨稳态。因此,研究miR-34a如何调节成骨破骨分化及协调细胞内其他调节通路共同维持骨稳态将会成为防治骨质疏松症的重要研究方向。     

微重力对骨稳态调节作用的相关研究进展

骨稳态的维持需要破骨细胞、成骨细胞和骨细胞的信号传导以及干细胞的增殖分化参与。微重力导致机械载荷减少进而改变骨稳态内细胞代谢。本综述介绍微重力对骨稳态的调节关系,以及其作用机制。微重力使成骨细胞增殖分化延迟,破骨细胞吸收增强,骨细胞溶解,巨噬细胞介导免疫炎症因子调控成骨和破骨平衡。骨骼系统的调节机制复杂,各细胞类型相互影响,多信号通路交叉作用。未来还需进一步探索骨稳态失调引起的骨质疏松的治疗靶点。     

Wnt信号通路对骨调节研究新进展

Wnt信号通路作用于骨,主要表现为对骨组织细胞如成骨细胞、软骨细胞及破骨细胞等功能的调节。研究表明,抑制Wnt信号通路转导可使成骨细胞分化进程受阻,从而抑制骨形成;若诱导Wnt家族成员表达则可使成骨细胞特异性基因表达增加,促进骨形成。实验证实,激活Wnt信号通路对软骨细胞再生、关节形成、骨折修复都起着重要作用;Wnt信号通路在作用于成骨细胞的基础上可间接调节破骨细胞功能变化。此外,Wnt信号通路与其相关因子对骨也有调节作用。该文就Wnt信号通路对骨调节的研究进展作一综述。     

Wnt信号通路与成骨细胞

经典Wnt信号通路在成骨细胞的发生及骨形成过程中扮演重要角色.研究表明上调或下调Wnt通路中相关因子的表达或改变它们的功能,通过影响成骨细胞的发育、分化、骨基质的形成和矿化,间接影响破骨细胞的发生和骨吸收等,导致骨量减少或高骨量的变化.随着Wnt通路与成骨细胞发育及分化研究的深入,一系列新靶点的发现将有助于骨质疏松的治疗.笔者综述了目前Wnt通路与骨形成及相关疾病治疗的研究进展.     

成骨与破骨细胞促红细胞生成素肝细胞受体B4/肝配蛋白B2双向信号通路

成骨细胞与破骨细胞以直接接触的方式共同调控骨重建平衡,这也决定了两者的不可分割性。最新研究表明前破骨细胞肝配蛋白(Ephrin)B2与成骨细胞膜上促红细胞生成素肝细胞受体(Eph)B4受体的直接接触来调控骨稳态平衡。具有EphrinB2配体的前破骨细胞可通过直接接触具有EphB4受体的前成骨细胞从而触发各自相应的下游信号转导分子。通过激活成骨细胞膜表面Eph受体而起正向作用,进一步去抑制下游信号转导分子RhoA活性促进前体细胞分化成熟。反之,EphrinB2配体的激活起到反向作用,抑制破骨相关转录因子的C-fos/NFATc1转录级联反应来抑制前破骨细胞的分化,磨损颗粒导致的骨溶解会使破骨细胞上EphrinB2配体表达明显升高,并且会促进NFATc1的高表达,可以通过这种双向信号的机制来减弱甚至是抑制磨损颗粒导致的破骨细胞的进一步分化。     

流体剪切力对破骨细胞的影响

骨组织受到成骨细胞成骨作用和破骨细胞溶骨作用共同影响。与成骨细胞和骨细胞不同,破骨细胞起源于造血干细胞,由单核巨噬细胞发育而来,具有吞噬功能,能对多种刺激因素产生效应,其中机械刺激是始终存在的影响方式。机械刺激诱导的成骨细胞的正性调节对于骨生成、骨修复有至关重要的作用,而破骨细胞在这些方面的效应也十分关键。流体剪切力作为骨组织内机械刺激的一种常见形式,作用于成骨细胞和骨细胞的时候,通过对Ca2+、前列腺素、NO、RANKL和OPG等信号因子的影响,表现出介导破骨细胞迁移、分化、吸收和生存维持等现象的功能,这承载了骨代谢必不可少的一部分。同时这些因子相互交错,表现出复杂信息网络及阶段特异性。但总的来说,人们对流体剪切力调节破骨细胞生理及病理功能具体信号传导的了解还不是很深入,需要用更多的研究来阐明流体剪切力和破骨细胞之间的关系。本文就流体剪切力对破骨细胞相关分子信号影响做一综述,简要展示流体剪切力影响破骨细胞的相关机理。     

骨免疫学研究进展

骨重塑主要通过成骨细胞和破骨细胞之间相互作用而进行,其中RANKL-RANK-OPG系统在骨吸收和骨形成的耦联中起着关键作用.巨噬细胞集落刺激因子与其受体结合对破骨细胞发展是必须的.近年发现,成骨细胞还可与破骨细胞直接通过ephrin-Eph途径双向促进骨形成.免疫细胞和骨细胞共同起源于骨髓,从起始、成熟到活化,存在着相互影响.免疫细胞和骨细胞间通过许多细胞因子及其受体相互作用,调节骨代谢平衡,存在共同的骨代谢转录因子和信号转导途径.脂肪因子作为骨骼、免疫、脂肪系统的共同交叉机制,通过影响免疫细胞、成骨细胞或破骨细胞,进一步影响骨重塑方向.越来越多研究证实,骨免疫参予许多骨科疾病的发生与发展,揭示免疫系统对骨代谢的重要调节作用,有助于有效地预防和治疗骨科相关疾病.     

Hedgehog信号通路调控骨形成探讨中药防治骨质疏松症的研究进展

Hedgehog信号通路是一种高度保守而重要的信号通路，参与多种细胞的增殖和分化。骨质疏松症是一种常见的以骨量减少、骨组织微结构破坏为特征，导致骨质脆性增加和易于骨折的全身性骨代谢疾病，给社会造成了巨大的负担。骨质疏松症的发生发展受多种信号通路调控。近年来，国内外研究发现，Hedgehog通路是一个很有前途的参与骨形成和骨稳态的信号通路。已有研究证实，Hedgehog信号通路可能通过增加骨形成相关因子的表达，诱导骨髓间充质干细胞成骨分化，促进成骨细胞增殖分化，对防治骨质疏松症具有重要意义。本文综述了目前Hedgehog信号通路在骨形成调节中的作用机制及中医药的干预作用，旨在为促进骨形成、防治骨质疏松症提供新的作用靶点。     

Critical illness-related bone loss is associated with osteoclastic and angiogenic abnormalities

Critically ill patients are at increased risk of fractures during rehabilitation, and can experience impaired healing of traumatic and surgical bone fractures. In addition, markers of bone resorption are markedly increased in critically ill patients, while markers of bone formation are decreased. In the current study, we have directly investigated the effect of critical illness on bone metabolism and repair. In a human in vitro model of critical illness, Fluorescence-activated cell sorting (FACS) analysis revealed an increase in circulating CD14+/CD11b+ osteoclast precursors in critically ill patient peripheral blood compared to healthy controls. In addition, the formation of osteoclasts was increased in patient peripheral blood mononuclear cell (PBMC) cultures compared to healthy controls, both in the presence and absence of osteoclastogenic factors receptor activator of NF-κB ligand (RANKL) and macrophage colony-stimulating factor (M-CSF). Culturing PBMCs with 10% critically ill patient serum further increased osteoclast formation and activity in patient PBMCs only, and neutralization studies revealed that immunoglobulin G (IgG) antibody signaling through the immunoreceptor Fc receptor common γ chain III (FcRγIII) played an important role. When analyzing bone formation, no differences in osteogenic differentiation were observed using human periosteal-derived cells (hPDCs) treated with patient serum in vitro, but a decrease in the expression of vascular endothelial growth factor receptor 1 (VEGF-R1) suggested impaired vascularization. This was confirmed using serum-treated hPDCs implanted onto calcium phosphate scaffolds in a murine in vivo model of bone formation, where decreased vascularization and increased osteoclast activity led to a decrease in bone formation in scaffolds with patient serum-treated hPDCs. Together, these findings may help to define novel therapeutic targets to prevent bone loss and optimize fracture healing in critically ill patients.     

Homocysteine enhances bone resorption by stimulation of osteoclast formation and activity through increased intracellular ROS generation.

Hyperhomocystinemia is a modifiable risk factor for osteoporosis and fracture. Physiologic concentrations of Hcy directly activate osteoclast formation and activity through stimulation of p38 MAPK and integrin beta3. The effects of Hcy were mediated by generation of intracellular ROS. INTRODUCTION: Hyperhomocysteinemia is a modifiable risk factor for osteoporosis and its related bone fractures. It has been reported that bone resorption and turnover rate were increased in hyperhomocystinemia. Using mouse bone marrow cells, we examined the direct effects of homocysteine (Hcy) on osteoclast formation and activity. MATERIALS AND METHODS: Osteoclast formation was determined by TRACP staining and TRACP activity. Intracellular reactive oxygen species (ROS) generation was measured using a fluorescent probe, dichlorodihydrofluorescein diacetate. Intracellular signaling cascades of p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK), extracellular signal-regulated kinase (ERK), c-Jun N-terminal kinase (JNK), and NF-kappaB were measured by Western blotting. Integrin beta3 mRNA levels were measured by RT-PCR. Actin ring formation and bone resorption assays were also performed. RESULTS: Physiologic concentrations of Hcy upregulated TRACP+ multinucleated cells and TRACP activity, stimulated actin ring formation, and increased the number of nuclei per cell and the level of expression of integrin beta3 mRNA. In addition, Hcy increased bone resorption and stimulated p38 MAPK activity and intracellular reactive oxygen species (ROS) generation. All of these Hcy-induced changes were blocked by pretreatment with the antioxidant, N-acetyl cysteine. CONCLUSIONS: Hcy directly activates osteoclast formation and activity through increased generation of intracellular ROS. These findings suggest that, in individuals with mild to moderate hyperhomocystinemia, increased bone resorption by osteoclasts may contribute to osteoporosis and that an antioxidant may attenuate bone loss in these individuals.     

中药复方治疗绝经后骨质疏松症的临床研究概况

绝经后骨质疏松症为骨吸收大于骨形成的高转化型代谢性骨病,其并发症严重影响患者的生活水平及质量。中医认为本病与肝、脾、肾脏腑亏虚及血瘀等关系密切。近年来临床研究发现,中药复方治疗绝经后骨质疏松症效果明显,能够有效地改善患者的骨代谢水平,增加患者的骨密度,同时改善患者的临床症状。笔者就中药复方治疗绝经后骨质疏松的作用机制及临床疗效进行综述,旨在为中药复方治疗绝经后骨质疏松症提供数据支持及指导,为今后中药复方开发及靶向治疗绝经后骨质疏松症提供思路。以期指导临床辩证用方,提高对绝经后骨质疏松症的防治率。