不同培养条件下间充质干细胞成骨分化中巨噬细胞的影响

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不同培养条件下间充质干细胞成骨分化中巨噬

细胞的影响

来源：学术堂作者：韩老师

发布于：2016-03-04 共4247 字

间充质干细胞（mesenchymal stem cells,MSC）由于来源广泛，且具有自我增殖和多向分化潜能

等特点，在再生医学和组织工程方面具有广阔的应用前景。目前，关于 MSC 成骨分化的研究

很多，但对 MSC 定向成骨分化的相关机制依旧不甚清楚，导致体内、外成骨效率仍然较低。

如何提高 MSC 的成骨性能已成为关注的热点。 MSC 成骨性能受多种因素影响，炎症是其中一

个重要因素[1]. 巨噬细胞是炎症免疫的关键调节者[2], 其对 MSC 成骨分化的影响目前还存在较

大争议，尤其是在巨噬细胞与 MSC 共培养条件下和巨噬细胞相关的单个炎症因子刺激 MSC

的非共培养条件下。笔者围绕共培养和非共培养条件下巨噬细胞对间充质干细胞成骨分化的影

响综述如下。

　 1　MSC 成骨分化

1976 年Friedenstein 等[3]首次报道骨髓中存在可贴壁的、呈成纤维细胞状的、可分化成骨的基

质细胞。 1991 年Caplan[4] 将这类细胞命名为 MSC.除了骨髓，MSC 还可来源于脂肪、肌肉、

肝脏、外周血、胎盘、脐带等多种组织[5~7].MSC 具有自我更新和多向分化潜能，在适宜的条

件下能增殖并被诱导分化成骨、软骨、脂肪、神经、心肌、肝脏等组织细胞[8、9]. 如何定向诱

导MSC 成骨分化是解决骨组织工程中种子细胞来源的前提。 MSC 成骨分化需经过细胞转化、

细胞增殖、细胞外基质合成及矿物质在细胞外基质中沉积四个阶段[10]. Runt 相关转录因子

2（runt-related transcrip-tion factor 2,Runx2 ）和成骨特异性转录因子Osterix（OSX ）是

MSC 成骨分化的关键转录因子 , 可诱导下游成骨基因的表达，如：骨钙素

（osteocalcin,OCN）、骨桥蛋白（osteopontin,OPN ）、骨涎蛋白（bone sialoprotein,BSP Ⅰ）、

型胶原蛋白（collagen Ⅰ，COLLa1）、碱性磷酸酶（alkalinephosphatase,ALP ）等。多条信号通

路通过靶向 Runx2、Osterix 等调控 MSC 成骨分化过程，主要信号通路包括转化生长因子-

β1（TGF-β1）、骨形态发生蛋白（bone morpho-genetic protein,BMP）、Wnt、Hedgehog

（HH ）和 NELL -1 等信号通路[11~13]. MSC 成骨分化受多种因素的影响 ,包括细胞外微环

境、细胞间的相互作用、物理因素、细胞结构差异等，其中细胞外微环境是最关键因素，尤其

是炎症微环境。

　 2　共培养条件下巨噬细胞对 MSC 成骨分化的影响

正常骨密度的维持是破骨细胞吸收与成骨细胞生成的动态平衡结果[14]. 破骨细胞和成骨细胞分

别由巨噬细胞和 MSC 分化形成。目前已有大量文献证明共培养条件下巨噬细胞通过分泌不同

介质，如：骨形态发生蛋白 2（BMP2 ）、肿瘤坏死因子 α （tumour necrosis factor

alpha,TNFα ）、抑瘤素M（oncostatin M,OSM ）、外泌体等 , 参与调控 MSC 成骨分化。

2.1 BMP2、TNFα 介质

BMP2 是公认的诱导 MSC 成骨分化最重要的细胞外信号分子之一[15]. 早在2002

年，Champagne 等[16] 就发现小鼠巨噬细胞在生理状态下能够分泌BMP2,其上清与人间充质干

细胞（human mesenchymal stem cell,hMSC ）共培养能够促进 hMSC 成骨分化。但是，用脂多

糖（lipopolysac-chariede,LPS ）处理过的巨噬细胞分泌大量TNFα ，其上清抑制hMSC 的成骨分

化。 Pirraco 等[17] 于2011 年也发现利用Transwell 培养板共培养巨噬细胞和 MSC, 在Transwell

上层板内种植人外周血来源的单核/ 巨噬细胞，下层板内种植人骨髓来源间充质干细胞（human

bone mesenchymalstem cell,hBMSC），发现人单核/ 巨噬细胞能够促进 hBM-SC 增殖并诱导其成

骨分化，在培养基中加入 BMP2 抗体之后，MSC 成骨分化作用消失，进一步证实共培养条件

下单核/ 巨噬细胞通过分泌BMP2 诱导 MSC 成骨分化。同时，Omar 等[18]指出，种植于不同材

料（聚苯乙烯、金属钛）表面的经典性活化的单核细胞上清可提高 hMSC 内BMP2 的表达而促

进hMSC 成骨分化。另外，Chen 等[19] 认为人巨噬细胞上清液可以抑制BMP2 诱导人MSC 成

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不同培养条件下间充质干细胞成骨分化中巨噬细胞的影响来源：学术堂作者：韩老师发布于：2016-03-04共4247字间充质干细胞（mesenchymalstemcells,MSC）由于来源广泛，且具有自我增殖和多向分化潜能等特点，在再生医学和组织工程方面具有广阔的应用前景。目前，关于MSC成骨分化的研究很多，但对MSC定向成骨分化的相关机制依旧不甚清楚，导致体内、外成骨效率仍然较低。如何提高MSC的成骨性能已成为关注的热点。MSC成骨性能受多种因素影响，炎症是其中一个重要因素[1].巨噬细胞是炎症免疫的关键调节者[2],其对MSC成骨分化的影响目前还存在较大争议，尤其是在巨噬细胞与MSC共培养条...

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