中药促进骨折愈合在细胞分子水平的研究进展

中药被广泛应用于治疗骨折和骨质疏松等骨科相关疾病,已有许多动物实验和临床试验证明中药,如淫羊藿、骨碎补等可刺激骨再生和抑制骨再吸收,最终促进骨折愈合。许多细胞实验证明这些中药成分可上调胞内成骨性转录因子和成骨相关基因产物表达,诱导前成骨细胞成骨分化和刺激成骨细胞增殖,促进骨结节形成和基质矿化。同时也可上调胞内破骨性转录因子和破骨相关基因产物表达,抑制前破骨细胞破骨分化和破骨细胞骨再吸收活性。此外这些中药成分还可影响胞内信号通路发挥以上相同的作用。由此发现前成骨细胞和前破骨细胞中的成骨性和破骨性转录因子、转录因子调节的基因表达和信号通路是中药促进骨折愈合的主要分子机制,也是目前中药促进骨折愈合的研究热点。     

表皮生长因子受体信号通路对骨折愈合的生物学作用

骨折愈合过程中,骨髓间充质干细胞、软骨细胞、成骨细胞及破骨细胞都有各自特定的作用,任何一类细胞的功能异常都会影响骨折愈合。目前一些研究显示,EGFR信号通路参与调节骨髓间充质干细胞、软骨细胞、成骨细胞及破骨细胞的增殖、分化及凋亡等多种生物学过程,在此,作者对EGFR信号通路对骨折愈合过程中相关骨组织细胞的影响做一综述。     

普通肝素和低分子肝素对骨代谢的影响

普通肝素和低分子肝素常用来预防和治疗老年骨质疏松骨折伴发的下肢深静脉血栓形成。临床研究上证明了在骨代谢的影响方面,低分子肝素要优于普通肝素。普通肝素可能通过多种途径促进破骨细胞的形成,抑制成骨细胞的成骨作用,从而对骨代谢有不良影响。而低分子肝素也能够抑制成骨细胞的作用,但对破骨细胞的作用明显低于普通肝素,总体上造成骨量流失的作用要低于普通肝素,在骨代谢上显示了更好的安全性。肝素类药物对骨代谢的作用可能涉及到了破骨细胞抑制凝集素、护骨素及硬化素等多种途径。     

不同运动方式兔胫骨应力骨折的实验研究

18只兔分二组在电笼中进行每日2h连续跑跳运动.甲组兔在平地跑动,胫骨在高应力持续作用下第7天出现破骨细胞和骨吸收,10天后即有镜下微骨折,而骨膜下成骨细胞12天后才增多,21天大量新骨形成.乙组兔隔日改变笼底坡度,结果胫骨骨破坏较甲组出现晚、程度轻,但成骨过程仍然出现.认为应力骨折的预防应着眼于减少和延迟骨的吸收破坏过程,维持破骨与成骨的新的平衡,使骨组织通过内部结构的改建以适应应力的变化.     

流体剪切力对骨形成及修复的作用

应力包括牵张力、流体剪切力(FSS)和压应力等,是骨形成和骨修复的"指导性"因素.应力成骨及其机制是近几年来骨科学、生物医学工程及康复医学领域的研究热点.骨组织特殊的腔隙-小管网络结构,使得FSS在完整骨重塑和损伤骨修复中扮演着重要角色;体外实验也证明骨细胞对FSS刺激更为敏感,突显出FSS对骨组织的作用.在正常情况下,FSS刺激骨细胞产生不同的信号分子,如前列腺素E2、一氧化氮,并能兴奋不同的信号通路,如细胞外信号调节激酶通路、一氧化氮合酶通路等,从而调节成骨细胞和破骨细胞的多种生理功能,使它们在骨组织的形成和修复中发挥重要作用,保证骨形成和骨吸收的动态平衡.     

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。     

机械应力、骨细胞凋亡和骨重建

骨细胞是骨中数量最丰富的细胞,有诸多重要作用。其作为骨组织的机械应力感受细胞,将机械载荷转化为体内生化反应过程,如细胞凋亡,同时产生一些调节成骨细胞和破骨细胞活性的因子和激素,共同参与骨组织的重建。骨细胞凋亡是一些骨代谢疾病的发病机制,可导致骨组织缺失或障碍性。本文简述了外界机械应力通过对成骨细胞和破骨细胞活性的调节,并刺激机体产生激素调节骨细胞凋亡,从而影响骨塑型和骨重建。通过机械应力对骨细胞凋亡调节的研究,为预防、治疗、诊断骨代谢疾病提供新的理论依据。     

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。     

不同机械力学刺激对骨成骨作用的研究进展

机械力学刺激是影响骨组织生长改建的调控因素,在骨创伤后修复过程中有着重要意义。机械刺激通过作用于细胞外基质-整合素-细胞骨架系统、力敏感性离子通道、G蛋白偶联受体激酶系统等多种信号途径来转导力学信号,从而调控细胞代谢活动和基因表达等应答反应。压缩应力,拉伸应力和流体剪切力是3种最基本也是最重要的机械力类型。近年来,越来越多的文献报告了3种机械应力在刺激骨成骨作用中有积极影响,包括促进成骨细胞增殖和分泌基质,调控破骨细胞凋亡过程,刺激间充质干细胞向成骨分化等来影响骨重建过程。然而,对于机械刺激在细胞内的信号转导机制,以及应力对骨成骨的作用机制,作用方式,作用参数及作用效应等,目前还未有定论。现将这些不同机械力学刺激对骨成骨作用的最新研究结果综述如下,为今后进一步揭示骨组织在机械应力下的代谢和重建机制奠定基础。