机械应力作用于骨时, 骨细胞感受到骨应力的改变而激活力学传导通路

摘要 破骨细胞是骨组织成分的一种, 由多核巨细胞组成, 是人体内行使分解吸收骨质功能的细胞。它与成骨细胞在功能上相对应, 在维持骨细胞动态平衡中具有重要作用。机械应力具有促进成骨细胞的增殖与分化、减少骨细胞凋亡并提高骨细胞的生存能力等作用。已有研究表明, 机械应力作用于破骨细胞能够降低破骨细胞活性、抑制骨吸收。破骨前体细胞与未成熟的破骨细胞在机械应力刺激下分化为成熟破骨细胞的能力有所不同, 机械应力强度与作用时间对破骨细胞的活化能力影响与有差异。该文就常见的微重力、压应力、牵张力与流体剪切力对破骨细胞分化能力的影响进行综述。

骨转换是由破骨细胞不断清除旧骨、成骨细胞形成类骨质并进行矿化的过程。破骨细胞来源于造血干细胞中的单核前体细胞—破骨细胞前体(osteoclast precursors, OCPs)。造血干细胞分裂为多能单核细胞/巨噬细胞谱系细胞的前体细胞后, 经增殖、分化、融合后形成多核的成熟破骨细胞后被活化为功能性破骨细胞。破骨细胞骨吸收与成骨细胞骨形成之间的平衡是维持正常骨代谢的基础。

机械应力作用于骨时, 骨细胞感受到骨应力的改变而激活力学传导通路, 进而使成骨细胞与破骨细胞作出反应。离体研究发现, 骨髓间充质干细胞(bone mesenchymal stem cells, BMSCs)、成骨细胞、骨细胞和破骨细胞通过适当的机械应力干预后,BMSCs向成骨细胞分化的能力增强, 成骨细胞增殖分化的能力增强, 而破骨细胞的活性与数量下降, 说明机械应力能够促进骨生成, 抑制骨吸收。

目前, 国内外关于机械应力作用于成骨细胞的研究形式主要为体外给予单一的力学刺激, 包括机械振动(mechanical vibration)、流体剪切力(fluidshear stress, FSS)、压应力(mechanical stress)和牵张力(mechanical strain)等, 而对破骨细胞力学干预的研究则较少。本文通过查阅国内外文献, 旨在从机械应力对破骨细胞的影响进行阐述。