成骨細胞對造血的調控及傳統藥物在該調控中的作用研究進展

張靈莉，劉曉倩，黃曉芹

1 成骨細胞的起源及其特征

成骨細胞（Osteoblast,OB）起源于多能的骨髓基質中的間充質干細胞。在骨形成中發揮重要作用，負責骨基質的合成、分泌和礦化，其功能狀態與其細胞形態密切相關：新骨形成過程中，OB活躍，胞體較大，立方形或矮柱狀，核呈圓形，胞漿豐富，多偽足，電鏡下可見大量粗面內質網和高爾基體，細胞質嗜堿性；成骨功能相對靜止時，OB轉為靜止狀態，細胞突起逐漸減少甚至消失，形態變扁平，胞質和細胞器較少，又被稱為骨被覆細胞[1]。

2 成骨細胞在造血功能活動中的作用

2.1 成骨細胞是體內造血誘導微環境的重要成分

造血誘導微環境（hematopoietic inductiv microenvironment,HIM)又稱做“生態位區、龕”是指造血器官中造血干、祖細胞宿居、增殖、分化，造血細胞賴以生存發育的“土壤”。一系列的相關研究證實：除脂肪細胞、成纖維細胞、巨噬細胞、網狀細胞、血竇內皮細胞、細胞外基質及血管、神經以外，OBs也參與了小鼠、大鼠及正常人骨髓內HIM的構成。Zhang 等[2]發現，排列在骨表面的N-鈣黏素陽性CD45陰性的梭形成骨細胞(spindle-shaped N-cadherin-expressing osteoblasts, SNOs)數目的增加與造血干細胞（hematopoietic stem cell, HSC）數目的增加直接相關，認為該細胞是造血微環境的組成細胞。Calvi 等[3]發現應用甲狀旁腺激素相關肽增加OBs的數目，可導致造血干細胞和祖細胞數目增加。Visnjic[4]等選擇性誘導損傷轉基因小鼠的OBs，其骨髓中淋巴系、紅系、髓系的前體細胞數量和HSCs的絕對數量都出現了減少,在去除損傷因素后，OBs重新出現且骨髓造血功能也一并恢復，這提示成骨細胞可維護和調節HSCs的數量以及骨髓造血功能。根據這些研究成果，研究者們提出在哺乳動物骨內膜表面有部分HSCs緊靠著OBs，兩者有著密切聯系，OBs在促進骨生長的同時，也調節著HSCs的功能，從而形成造血的“成骨龕”（Osteoblastic niche），這一學說現今已經得到普遍認同[2～6]。

有研究顯示[2]，N-鈣粘蛋白表達于成骨細胞和靜止期HSCs，由于其能夠促進細胞間相互連接，故推測OBs或能通過N-鈣粘蛋白發揮對HSCs的錨定作用，并促進HSCs轉為靜止期。后續研究顯示，OBs還表達多種黏附分子將HSCs錨定于“成骨龕”中，如：ICAM-1 、ICAM-3、LFA-1、LFA-3、VCAM-1、PECAM-1等[7]。此外，β-連環蛋白也被認為具有潛在的促HSCs錨定和調節其增殖的作用[8]。多條信號通路，如Notch/Jagged,Ang-1/Tie2,Wnt/β-catenin,Ca2+/鈣離子敏感受體(CaR),骨形成蛋白(BMPs),骨橋蛋白(OPN)/β1整合素等，都被認為參與了對“龕”的功能調節。

綜合上述研究成果，在HSC龕中，OBs一方面通過一些黏附因子將HSCs錨定在龕內，維持造血干細胞的靜息狀態,保持其自我更新,多向分化的干細胞特性；另一方面又通過分泌一些細胞因子和基質成分來調控HSCs的增殖和分化。

2.2 成骨細胞在體外共培養中促進造血細胞增殖、生長

黃曉兵[9]等研究發現在無外源性細胞因子參與條件下，造血干/祖細胞與OBs共培養體系培養后，培養集落形成單位（CFU-C）、高增殖潛能集落形成細胞（HPP-CFC）及長期培養啟動細胞（LTC-IC）的數目均高于無OBs共培養體系，其中LTC-IC在經骨髓MSC誘導的OBs共培養體系中最高。趙國峰[10]等在低氧條件下微囊化OBs調控造血干/祖細胞擴增的研究中發現，低氧下與載成骨細胞明膠-海藻酸鈉-殼聚糖（GAC）微珠共培養的人臍帶血單個核細胞（CB-MNCs）較培養前擴增了18.7±1.6倍；CD34+細胞含量由培養前的2.0%上升到2.5%，細胞數擴增了23.4±2.0倍；培養集落形成單位（CFU-Cs）產率為培養前的11.6±0.9倍。擴增效果顯著優于常氧共培養和非共培養體系。同時析因方差分析結果表明低氧條件只有在OBs存在時才對造血干/祖細胞擴增有非常顯著的作用。

2.3 成骨細胞可分泌造血調節因子調節造血

研究顯示，OBs可以分泌多種造血調節因子，如：白血病抑制因子（leukemia inhibitory factor,LIF)[11]、粒系集落刺激因子（granulocyte colony-stimulating factor ,G-CSF)、粒-巨噬系集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony-stimulating factor,GM-CSF)、白細胞介素-6（interleukin-6 ，IL6)、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factorα,TNFα)、c-kit配體（c-kit ligand）、轉化生長因子-β（transforming growth factorβ,TGFβ)[12]；血小板生成素（thrombopoietin,TPO)[13]等。最近研究還發現[14]，激活OBs的缺氧誘導因子通路，導致紅系細胞的擴增，這一擴增伴隨著骨中EPO表達的增加和腎臟EPO表達的下降；在OBs缺氧誘導因子通路阻滯因子被破壞的小鼠，骨中EPO表達為腎臟表達的6倍之多，并且這些EPO來源于骨中OBs而非軟骨細胞，這些OBs是血清中EPO水平上升并促進紅系造血的原因，提示OBs在EPO產生和紅系造血中具有以往未知的特殊作用。

2.4 成骨細胞可影響干細胞的動員和移植后歸巢

骨髓中鄰近骨內膜的OBs能分泌和釋放基質細胞衍生因子（SDF-1），其唯一受體趨化因子受體-4(CXCR4)被發現表達于正常造血干/祖細胞和多種腫瘤細胞。常用的干細胞動員因子G-CSF可減少成骨細胞而增加外周循環的SDF-1表達[15]；并能誘導彈性蛋白酶，組織蛋白酶G等蛋白裂解酶，裂解SDF-1N末端信號序列使其失活[16]，從而促進HSCs由骨髓動員進入血液循環。而升高SDF-1在成骨細胞表面的表達，則能促進HSCs回歸OBs微環境，在造血干細胞移植后歸巢中具有重要作用[17]。

2.5 成骨細胞與造血系統疾病

近年來研究顯示，OBs數量及功能的異常與一些造血疾病的發生發展也有密切的聯系。如急性髓系白血?。ˋML）中，骨形成標志物骨鈣素(osteocalcin,OCN)的血清水平降低、CD45－基質細胞的OCN mRNA水平降低，骨前體細胞及沿骨內膜分布的OPN陽性細胞均減少，導致礦化骨嚴重丟失；而惡性基質細胞中抑制OBs功能的趨化因子3(CCL-3)mRNA水平顯著升高[18]。AML患者血清中由OBs分泌的OPN高表達，而較高表達OPN 的患者總生存率下降[19]。靶向敲除動物骨前體細胞的Dicer1核酸內切酶，則會出現成骨分化的異常，并引起骨髓增生異常綜合癥（MDS）樣改變和繼發AML[20]?；蛭㈥嚵醒芯匡@示MDS患者的骨髓基質細胞中一些與OBs密切相關的基因出現表達異常[21]，MDS患者骨髓間充質干細胞的成骨分化功能也有不同程度的損傷[22]。

γ射線輻射損傷后，小鼠骨髓間充質干細胞成骨潛能明顯降低,同時體內OBs數量明顯減少,“成骨龕”位顯著縮小[23]。

3 傳統藥物在成骨細胞造血調控中的干預作用

有研究顯示[24]，人參總皂苷（TSPG）能夠提升OBs分化轉錄因子-核心結合蛋白因子2（RUNX2）蛋白的表達水平，且在12.5-50 mg﹒L-1濃度范圍內呈劑量依賴關系；在加入25、50和100 mg﹒L-1TSPG誘導的OBs條件培養液的造血祖細胞集落培養體系中發現集落數均明顯增加，其中50mg﹒L-1TSPG誘導的條件培養液提高造血祖細胞集落生長的作用最明顯，CFU-E，BFU-E 和CFU-GM集落提高率分別為(28.1±3.1)% ，(32.3±2.7)%和(26.0±1.9)%明顯高于未經誘導的對照( P＜0.05，0.01)。同時還發現經不同濃度TSPG誘導后的成骨分化的hMSCs其造血生長因子GM-CSF、IL-3和SCF在條件培養液的含量均有不同程度的提高?？梢奣SPG能夠通過上調RUNX2蛋白表達誘導hMSCs向成骨細胞分化，同時增強成骨分化的MSCs支持造血的能力。

綜上所述OBs是骨髓內HIM和HSCs生態位區至關重要的組成部分，可分泌多種細胞因子，粘附分子，經多個信號通路調節造血干/祖細胞的自我更新、分化、分裂，在正常和造血系統相關疾病中具有重要作用。許多傳統藥物（當歸、人參、黃芪、四物湯等）可經多渠道干預正常和病理情況下的造血已是不爭的事實，OBs是否是該作用靶點的研究幾近空白，值得關注。