楊 賓 王彬娉

作者單位：570208海口，中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬?？卺t(yī)院·海南省口腔醫(yī)學(xué)中心綜合治療科（王彬娉為通訊作者）

各種原因造成的骨缺損已成為全球健康問(wèn)題[1]。研究和探索骨組織缺損的修復(fù)機(jī)制是眾多研究者關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。骨組織缺損的修復(fù)過(guò)程受多種細(xì)胞因子的影響調(diào)控[3]，常見的有骨形態(tài)蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）、血小板衍生因子（platelet derived growth factor，PDGF）、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（transforming growth factorβ，TGF-β）、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）等[4]。其中，TGF-β是目前已知的作用最為復(fù)雜和多樣的生長(zhǎng)因子。此外，成骨細(xì)胞及破骨細(xì)胞在骨缺損修復(fù)過(guò)程中也發(fā)揮重要作用。本文就TGF-β的生物性，功能及在成骨細(xì)胞，破骨細(xì)胞中的作用做一綜述。

一、TGF-β的生物性及功能

1.TGF-β的生物性

TGF-β于19世紀(jì)70年代末首次提出，是一類通過(guò)二硫鍵聯(lián)結(jié)而成的，具有多種功能的蛋白多肽[5]。TGF-β 家族主要包括 TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3三種亞型[6]，每種亞型的編碼基因都位于染色體的不同位置，分別位于19號(hào)染色體的長(zhǎng)臂（19q13.1）、1號(hào)染色體的長(zhǎng)臂（1q41）及 14號(hào)染色體的長(zhǎng)臂（14q24）[7]。TGF-β家族還包括抗穆氏管荷爾蒙（Anti-Müllerian hormone，AMH）、生長(zhǎng)差異因子、BMP及激活素 A、B、C 等[8，9]。成熟的 TGF-β分泌與多種分子相關(guān)，如蛋白酶，血纖維蛋白溶酶、基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMP）-2、MMP-9等，其他分子如血栓黏合素、視黃酸、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（FGF）-2以及活性氧等，此外，細(xì)胞外基質(zhì)的pH值變化也可影響TGF-β的活化[10]。

2.TGF-β的功能

TGF-β是一個(gè)龐大的家族，在人體內(nèi)具有分布廣泛、作用明顯等特點(diǎn)。人體內(nèi)絕大多數(shù)細(xì)胞可合成TGF-β，其合成機(jī)制大致為：在內(nèi)源性蛋白酶的作用下，含有400個(gè)氨基酸殘基的TGF-β祖先基因（per-pro-TGF-β）C端發(fā)生裂解，隨后N端的信號(hào)肽被裂解消失，與潛活相關(guān)肽（latent associate peptide，LAP）結(jié)合，形成的二聚體多肽鏈，這種多肽鏈不具備生物學(xué)活性，即非活性狀態(tài)的TGF-β（pro-TGF-β）。然后pro-TGF-β借助N端LAP與其他的pro-TGF-β蛋白結(jié)合，形成休眠復(fù)合體（LatentTGF-β binding protein，LTBP），儲(chǔ)存于血小板α顆粒中或分泌至胞外。pro-TGF-β N端的LAP在細(xì)胞內(nèi)離子濃度改變、pH降低或經(jīng)蛋白酶水解作用下被切除后，其C端部分形成具有活性的TGF-β，繼而發(fā)揮其生物學(xué)功能[11]。

TGF-β的生物學(xué)活性主要包括：調(diào)控細(xì)胞增殖[12]，促進(jìn)成纖維細(xì)胞[13～15]和巨噬細(xì)胞聚集，促進(jìn)損傷的組織修復(fù)[16]，誘導(dǎo)骨組織再生[17]，誘導(dǎo)細(xì)胞外基質(zhì)的合成[19～20]，胚胎發(fā)育[21]，免疫抑制，抗炎，抑癌以及趨化作用等。

二、成骨細(xì)胞

1.成骨細(xì)胞概述

成骨細(xì)胞來(lái)源于具有分化為成熟成骨細(xì)胞潛能的間充質(zhì)干細(xì)胞，其能夠合成、分泌組成骨基質(zhì)的糖蛋白和膠原，并通過(guò)鈣化基質(zhì)形成骨組織，是骨發(fā)生和骨形成的重要細(xì)胞。同時(shí)，在骨代謝疾病、生理機(jī)制調(diào)節(jié)和維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定等方面，成骨細(xì)胞也發(fā)揮重要作用[22]。成骨細(xì)胞在骨形成過(guò)程中經(jīng)歷細(xì)胞增殖，細(xì)胞外基質(zhì)成熟、細(xì)胞外基質(zhì)礦化和成骨細(xì)胞凋亡四個(gè)階段，這幾個(gè)階段受到很多因素調(diào)節(jié)，從而最終調(diào)控骨的生成[23]。

2.成骨細(xì)胞在骨缺損修復(fù)中的作用

成骨細(xì)胞在骨缺損修復(fù)的過(guò)程中主要有兩個(gè)作用[24]：①骨形成：成骨細(xì)胞的主要功能是骨形成，可分為膜內(nèi)成骨和軟骨內(nèi)成骨兩個(gè)機(jī)制。膜內(nèi)成骨指由成骨細(xì)胞在結(jié)締組織預(yù)先留有的纖維層上沉積，并逐漸形成由Ⅰ型膠原蛋白組成的有機(jī)基質(zhì)，接著由磷酸鈣填充入基質(zhì)形成松質(zhì)骨。而軟骨內(nèi)成骨指先由透明軟骨形成未來(lái)骨的雛形，接著軟骨被血管侵入、分解，與此同時(shí)，成骨細(xì)胞在此沉積膠原基質(zhì)并釋放包含磷酸鈣的小囊泡調(diào)節(jié)基質(zhì)的礦化[25]，進(jìn)一步形成骨。該機(jī)制是最常見的一種骨發(fā)生形式，能形成絕大部分骨。②調(diào)控破骨細(xì)胞生成：核因子-KB配體的受體激活劑（receptor activator ofnuclear factor-kappa B ligand，RANKL）是影響破骨細(xì)胞分化的主要細(xì)胞因子，骨保護(hù)素（osteoprotegerin，OPG）作為誘餌受體能控制RANKL激活破骨細(xì)胞的數(shù)量[26]。成骨細(xì)胞能產(chǎn)生巨噬細(xì)胞集落刺激因子（macrophagecolonystimulatingfactor， M-CSF），RANKL和OPG等因子，進(jìn)而調(diào)控破骨細(xì)胞的形成。

三、破骨細(xì)胞

1.破骨細(xì)胞概述

破骨細(xì)胞是骨組織成分的一種，由造血干細(xì)胞在M-CSF、白細(xì)胞介素（interleukin，IL）等作用下逐漸發(fā)育、分化和融合形成的多核巨細(xì)胞[27]，與成骨細(xì)胞在功能上相對(duì)應(yīng)，二者協(xié)同，在骨缺損的修復(fù)過(guò)程中發(fā)揮重要作用。細(xì)胞直徑為20～100um，含有2～20個(gè)細(xì)胞核，胞漿富含線粒體、核糖體及高爾基體等細(xì)胞器，有偽足和突起等不規(guī)則形態(tài)[28，29]。破骨細(xì)胞主要分布在骨質(zhì)的表面和骨內(nèi)血管通道的周圍。其功能狀態(tài)可分為運(yùn)動(dòng)期和重吸收期，細(xì)胞在不同的分期可呈現(xiàn)不同的形態(tài)。運(yùn)動(dòng)期的細(xì)胞呈扁平的無(wú)極化細(xì)胞形態(tài)，重吸收期的細(xì)胞則呈圓頂狀并且伸出板狀偽足形態(tài)[22]。

2.破骨細(xì)胞在骨缺損修復(fù)中的作用

骨缺損的修復(fù)過(guò)程既有再生修復(fù)，又有清除破壞，本質(zhì)就是缺損處發(fā)生骨吸收、骨形成與骨重建。骨吸收主要是由破骨細(xì)胞來(lái)完成的，吸收的過(guò)程主要經(jīng)過(guò)下列步驟：破骨細(xì)胞附著于缺損處骨表面，接著細(xì)胞發(fā)生極性化，分泌物質(zhì)啟動(dòng)破骨作用，啟動(dòng)后的破骨細(xì)胞脫離骨表面，轉(zhuǎn)移到新的骨表面進(jìn)行新的骨吸收，或破骨細(xì)胞死亡。當(dāng)破骨細(xì)胞脫離骨表明后，由成骨細(xì)胞進(jìn)入骨面開始成骨作用。除了骨吸收，破骨細(xì)胞也有調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞生成的作用。破骨細(xì)胞在骨重吸收時(shí)，能夠釋放調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞骨形成的骨基質(zhì)衍生因子，包括TGF-β，胰島素樣生長(zhǎng)因子（insulin like growth factor system，IGFs）Ⅰ和Ⅱ，以及BMPs等，在骨基質(zhì)沉積和作用于成骨細(xì)胞時(shí)，成骨細(xì)胞釋放這些因子來(lái)促進(jìn)骨形成[30]。同時(shí)，破骨細(xì)胞能分泌鞘氨醇磷酸酯（sphingosine-1-phosphate，S1P），它與成骨細(xì)胞上的受體結(jié)合，促進(jìn)成骨細(xì)胞的遷移和活性。

四、TGF-β對(duì)成骨細(xì)胞的作用

成骨細(xì)胞的增殖、分化及凋亡影響骨缺損的修復(fù)過(guò)程，是體內(nèi)骨組織生成及形成的主要功能細(xì)胞，該細(xì)胞受到多種細(xì)胞因子的調(diào)控，TGF-β是成骨細(xì)胞關(guān)系較為密切的生長(zhǎng)因子之一。一方面，TGF-β不僅能通過(guò)對(duì)細(xì)胞分裂增殖的影響來(lái)調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞的增殖和分化[31]，還可激活如細(xì)胞外信號(hào)相關(guān)激酶、J-N氨基末端激酶和絲裂原活化蛋白激酶-p38等誘導(dǎo)間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化和促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖、分化的細(xì)胞內(nèi)效應(yīng)物[32]。同時(shí)，還能對(duì)成骨細(xì)胞的誘導(dǎo)下合成包括各型膠原成分、骨連蛋白及骨橋蛋白纖連蛋白等細(xì)胞外基質(zhì)，并促進(jìn)基質(zhì)礦化[33]。另一方面，成骨細(xì)胞的細(xì)胞膜上有TGF-β的各個(gè)亞型的特異性受體，TGF-β1可與成骨細(xì)胞的Ⅰ、Ⅱ型受體相結(jié)合[34]使I型受體轉(zhuǎn)化形成磷酸化的功能復(fù)合物，TGF-β3能與成骨細(xì)胞膜上的TGF-β3特異性受體結(jié)合并形成磷酸化功能復(fù)合物，均能促使R-Smad（Smad2/3）蛋白磷酸化后進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子Runx-2等的合成來(lái)影響細(xì)胞轉(zhuǎn)錄水平來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)控[35]。TGF-β2能結(jié)合于BMMSCs膜上的TpR I、TpR 11并形成復(fù)合物[34]，激活后的TpR I能通過(guò)Smad蛋白加快成骨細(xì)胞的形成。

Kassem等[36]將TGF-β1與人成骨細(xì)胞共培養(yǎng)，觀察該因子對(duì)人成骨細(xì)胞的影響。結(jié)果表明：TGF-β1既可促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖，又可誘導(dǎo)成骨細(xì)胞分化、成熟。國(guó)內(nèi)學(xué)者石義剛等研究同樣表明TGF-β可促進(jìn)大鼠成骨細(xì)胞的增殖分化，同時(shí)還認(rèn)為，TGF-β可能通過(guò)影響骨保護(hù)素（osteoporotegerin，OPG）而調(diào)節(jié)成、破骨細(xì)胞的增殖分化，使骨重建[37]。張冉等[38]研究表明TGF-β可促進(jìn) MC3T3-E1細(xì)胞中標(biāo)志性蛋白 OPG、BMP-2、Runx2、BGPmRNA的表達(dá)。以上研究均表明TGF-β能促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖分化。

然而TGF-β的劑量對(duì)成骨細(xì)胞的增殖和分化具有雙重調(diào)節(jié)作用。在其他條件相同的情況下，濃度較低的TGF-β能夠促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖，而濃度較高的TGF-β使細(xì)胞的增殖受到抑制[37]。同樣，TGF-β對(duì)成骨細(xì)胞的分化在不同條件下所起得到的結(jié)果也是不同的，當(dāng)TGF-β濃度較高的時(shí)候，能夠促進(jìn)成骨細(xì)胞的分化[39]，但是在較低濃度的時(shí)成骨細(xì)胞的分化則受到了抑制[40]。由于使用劑量的不同，所使用及產(chǎn)生的部位不同還有骨組織內(nèi)環(huán)境的不同，會(huì)導(dǎo)致TGF-β的調(diào)節(jié)作用不同。如何控制TGF-β的劑量使其發(fā)揮最大作用，是一個(gè)值得探討的問(wèn)題。

五、TGF-β對(duì)破骨細(xì)胞的作用

破骨細(xì)胞在形成、增殖、分化過(guò)程中受多種細(xì)胞因子的影響[41]。研究表明，細(xì)胞因子RANKL和OPG在調(diào)控破骨細(xì)胞的激活及分化中起到重要作用，破骨細(xì)胞的功能受到RANKL和OPG含量比值的調(diào)控。RANKL屬于腫瘤壞死因子超家族，能與破骨細(xì)胞及破骨細(xì)胞的前體細(xì)胞表達(dá)的膜受體-RANK受體特異性結(jié)合，從而誘導(dǎo)前體細(xì)胞分化為破骨細(xì)胞，促使骨吸收的形成[42]。OPG可作為RANKL的誘導(dǎo)受體并與之相結(jié)合，導(dǎo)致其與RANK結(jié)合受阻，使前體細(xì)胞分化為破骨細(xì)胞的激活受阻并抑制破骨細(xì)胞的功能表達(dá)，從而影響破骨細(xì)胞的骨吸收功能[43]。TGF-β可抑制破骨細(xì)胞的分化及形成過(guò)程，從而抑制骨吸收。另外，TGF-β還可通過(guò)超氧化物的產(chǎn)生直接抑制成熟破骨細(xì)胞的活性。國(guó)外學(xué)者Quinn等[44]認(rèn)為處于骨吸收中的破骨細(xì)胞能激活TGF-β，刺激成骨細(xì)胞下調(diào)RANKL的表達(dá)，同時(shí)增加OPG的表達(dá)，使RANKL/RANK復(fù)合體減少，導(dǎo)致破骨細(xì)胞的分化與活化降低。代光明等研究表明，下調(diào)骨細(xì)胞TGF-β/Smad4信號(hào)對(duì)RANKL的表達(dá)無(wú)明顯影響，但能促進(jìn)OPG表達(dá)，從而抑制骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞破骨分化[45]。然而，Asai K等研究表明，TGF-β可協(xié)同RANKL和M-CSF誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞分化成破骨細(xì)胞，同時(shí)增強(qiáng)與破骨細(xì)胞生成、發(fā)育和活性[46]。趙玉鳴等[47]研究同樣認(rèn)為TGF-β能協(xié)同RANKL促進(jìn)破骨細(xì)胞的分化，同時(shí)增強(qiáng)破骨細(xì)胞的骨吸收功能。關(guān)于TGF-β對(duì)破骨細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用，目前的研究一直有爭(zhēng)議，因此TGF-β對(duì)破骨細(xì)胞的調(diào)節(jié)有待進(jìn)一步研究。

六、總結(jié)與展望

TGF-β對(duì)成骨細(xì)胞及破骨細(xì)胞的作用關(guān)系十分復(fù)雜，在以往的研究中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)有一定爭(zhēng)議甚至相反的結(jié)果。由于TGF-β對(duì)成骨細(xì)胞，破骨細(xì)胞具有雙向作用：既能促進(jìn)成骨、破骨細(xì)胞的增殖分化，在某些條件下，又會(huì)抑制成骨、破骨細(xì)胞的增殖分化。目前，TGF-β對(duì)成細(xì)胞及破骨細(xì)胞的作用研究還不夠深入，仍有許多問(wèn)題尚需進(jìn)一步研究，對(duì)闡明TGF-β的作用機(jī)制及以后TGF-β的臨床運(yùn)用都意義重大。