骨形成蛋白调控成骨分化的信号机制

骨形成蛋白(bone morphogenetic proteins,BMPs)能诱导成骨细胞和软骨细胞的分化成熟,并能在体内诱导异位成骨。BMPs与骨形成蛋白受体BMPR结合,通过Smads和p38MAPKs途径进行信号转导,并通过下游转录因子Cbfal、Osterix、Dlx等与相应的成骨细胞特异蛋白碱性磷酸酶、骨钙素、OPN等基因启动子连接,促进细胞向成骨方向分化。另外,还通过转录因子CIZ、AJ18等对成骨进行负调控,维持胚胎发育正常,保持骨量平衡。由于BMPs在骨修复中的重要作用,现已成为基因治疗用于骨缺损的一个研究热点。     

调控软骨形成的信号通路及相关因子在骨髓间充质干细胞骨向分化中的作用*

骨髓间充质干细胞是一类具有自我复制和多向分化潜能的成体干细胞,可以通过定向诱导分化为成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞等,是目前骨再生医学和细胞治疗研究最多的理想种子细胞。在骨缺损的修复过程中,骨髓间充质干细胞内成软骨相关基因表达升高进而分化为软骨细胞,后期随着成骨细胞和破骨细胞的形成及血管长入,软骨基质逐步降解并被骨基质所替换。软骨细胞参与了骨缺损前期的修复过程,调控软骨形成的信号通路及相关因子不仅调控骨髓间充质干细胞成软骨细胞分化,同时在成骨细胞分化过程中也发挥着重要的作用。对调控软骨形成的信号通路及相关因子在骨髓间充质干细胞骨向分化中的调控作用和研究现状进行了总结,以期为临床寻找更好的治疗骨缺损的方法提供理论依据和研究方向。     

成骨细胞的分化调控

骨组织中有两类参与调控骨代谢过程的细胞,成骨细胞负责造骨,破骨细胞负责溶骨。在一些骨相关疾病(如骨质疏松、骨相关肿瘤)发病过程中,造骨和溶骨失去平衡,这种失衡与破骨细胞和成骨细胞的数量异常及功能失调都有关,所以对成骨细胞分化机制的研究也是十分必要的。目前,已经有大量的文献表明,成骨细胞分化机制复杂,受许多激素、细胞因子以及一些小分子化合物的调控和影响,如骨形态发生蛋白(BMP)、Wnts等。     

O-GlcNAc修饰调控软骨及成骨分化的研究进展

O-GlcNAc糖基化属于蛋白质的翻译后修饰,参与了基因转录、信号转导、细胞分化等重要的细胞生命活动。软骨细胞与成骨细胞是骨骼系统中两种重要的细胞,它们的分化对骨的形成有重要意义。近年来研究表明O-GlcNAc糖基化通过调节多个信号通路中关键分子的活性影响软骨及成骨细胞的分化。为了更好的阐明O-GlcNAc糖基化调控软骨及成骨分化的分子机制,以期为骨关节炎、骨质疏松治疗提供新的干预靶点,我们对O-GlcNAc糖基化调控软骨及成骨分化的研究现状做如下综述。     

运动介导microRNAs调控骨代谢的研究进展

运动改善骨代谢,促进骨骼生长发育,缓解骨量流失的作用已被广泛证实。在骨代谢中,微小RNA(microRNAs,miRNAs)广泛参与骨髓间充质干细胞、成骨细胞及破骨细胞等骨组织细胞的增殖及分化,通过靶向作用于相关成骨因子或骨吸收因子调控骨形成与骨吸收之间的平衡,在骨代谢的调控中发挥重要作用。近年的研究表明,调控miRNAs是运动或机械应力促进骨代谢正平衡的途径之一,运动能够诱导骨骼中miRNAs差异表达,进而调控相关成骨因子或骨吸收因子的表达,进一步加强运动的促成骨效应。本综述总结了运动介导miRNAs调控骨代谢的相关研究进展,为骨质疏松的运动防治提供理论基础。     

Periostin 蛋白与成骨相关性的研究进展

Peiostin又称为成骨细胞特异因子2(OSF-2),是一种具有多种功能的细胞外基质蛋白,其在物种形成过程中高度保守,已知其在骨、肿瘤、心血管、呼吸系统以及组织修复中均有作用。研究表明,periostin的表达受多种生长因子和环境因子的调控,通过与整合素受体αvβ3或者Notch 1蛋白的结合,激活FAK和Akt/PKB或者c-Fos等相关信号通路,进而调控多种细胞(成纤维细胞、内皮细胞、上皮细胞、成骨细胞和平滑肌细胞)的分化、粘附、迁移和存活。在既往的研究中,学者们主要探讨了Periostin在肿瘤发生和转移中的作用。尽管其最先发现于骨,但是periostin与骨相关的研究相对较少。近几年,部分研究分析了periostin在骨生物学中的作用,并指出periostin可能参与了骨的形成。本文就已有的periostin在成骨中的研究作一综述。     

miR-214对骨形成的抑制作用

越来越多的研究表明microRNA广泛参与骨代谢的调控,调节骨髓间充质干细胞、成骨及破骨细胞的增殖及分化,调控骨形成与骨吸收之间的平衡,在维持骨代谢平衡中发挥重要作用。近年来有研究报道老年性骨质疏松、绝经后骨质疏松均与miR-214的高表达有关。miR-214通过靶向作用于Osterix、ATF-4、FGFR1、Pten以及LZTS1等基因调控骨髓间充质干细胞、成骨细胞以及破骨细胞等骨组织细胞的增殖及分化,进而抑制骨形成,促进骨吸收。本文主要综述了miR-214对骨髓间充质干细胞、成骨细胞以及破骨细胞分化的调控作用,旨在探讨miR-214对骨形成的抑制作用,为骨质疏松等骨疾病的诊断及治疗提供理论依据。     

生命科学2005年度第17卷总目录

评述与综述胚胎干细胞诱导分化的研究进展赵明任彩萍1:19成体干细胞的可塑性:横向分化还钱晖是细胞融合?黄淑帧1:25骨髓基质细胞与神经损伤和神经退赵玉勤行性疾病胡军祥1:30骨形成蛋白调控成骨分化的信号机制王茸影易静1:34Cbfal/Runx2与成骨细胞分化调控王国红李祺福1:40多功能的蛋白:糖原合成酶激酶-3毛伟峰李佳袁崇刚1:45线粒体渗透性转变孔结构和功能的郭虹霞研究进展余长缨陈静蒋华良沈旭1:49HCMV增殖机制研究进展谭泽明李艺罗敏华1:55高致病性禽流感兰德增时福礼畅青霞徐南征刘永泉1:60高致病性禽流感防控难点的分析宋岩史达李一…     

FGF/FGFR信号调控成骨细胞分化的研究进展

不管是在胚胎骨骼形成还是出生后骨骼发育过程中,FGF/FGFR信号都发挥着重要的作用,成骨细胞在骨骼形成过程中起主导作用,成骨细胞不断地分化是骨骼形成的必要条件,FGF/FGFR信号可调控成骨细胞分化过程中不同标志性基因的表达。该信号不仅可以通过自身作用于成骨细胞分化,而且也可与其他信号通路(BMP,Wnt和PTH)相互作用,共同协调控制成骨细胞分化。FGFR突变会引起成骨细胞分化异常从而出现各种骨疾病,如颅缝早闭,骨质疏松,异位骨化等。现对FGF及FGFR家族,成骨细胞分化过程中标志性基因及相应的标志物,FGF/FGFR信号调控成骨细胞分化作用等方面进行综述。     

影响骨髓间质干细胞向成骨细胞分化的调控因素

长期的骨骼废用引起的骨质减少主要归因于骨形成的减少,成骨细胞由具有多向分化潜能的间充质细胞经骨原细胞、前成骨细胞分化而来,骨髓间质干细胞是骨髓来源的具有多向分化潜能的干细胞,本文综述了骨髓间质干细胞向成骨细胞分化的调控因素,有助于增加对骨丢失的理解,并进行预防和治疗,为航天员和骨骼废用病人创造更健康的生活。     

Role of Cbfa1 in osteoblast differentiation and function

Among the multiple cell lineages whose differentiation is affected by a runt-related gene the osteoblast is a relative newcomer. Molecular biology, developmental biology and mouse and human genetic studies have demonstrated that Cbfa1 is a critical regulator of osteoblast differentiation in vertebrates. Cbfa1 is not only a differentiation factor but also a regulator of bone formation by differentiated osteoblasts beyond development. Thus, Cbfa1 controls osteogenesis at multiple stages.     

Adenovirus-mediated transfer of siRNA against Runx2/Cbfa1 inhibits the formation of heterotopic ossification in animal model

The heterotopic ossification of muscles, tendons, and ligaments is a common problem faced by orthopaedic surgeons. Runx2/Cbfa1 plays an essential role during the osteoblast differentiation and is considered as a molecular switch in osteoblast biology. RNA interference technology is a powerful tool for silencing endogenous or exogenous genes in mammalian cells. In this study, we investigated the effect of Runx2/Cbfa1-specific siRNA on osteoblast differentiation and mineralization in osteoblastic cells, and then constructed adenovirus containing siRNA against Runx2/Cbfa1 (Ad-Runx2-siRNA) to inhibit the formation of heterotopic ossification induced by BMP4, demineralized bone matrix, and trauma in animal model. Our results showed that the Runx2/Cbfa1-specific siRNA could inhibit the expression of Runx2/Cbfa1 at the level of mRNA and protein. Analysis of the expression of osteoblast maturation genes including type I collagen, osteopontin, bone sialoprotein, and osteocalcin, alkaline phosphatase activity, and matrix mineralization (von kossa) revealed that osteoblast differentiation was inhibited in cultured primary mouse osteoblasts transduced with Ad-Runx2-siRNA. Furthermore, adenovirus-mediated transfer of siRNA against Runx2/Cbfa1 could inhibit the formation of heterotopic ossification induced by BMP4, demineralized bone matrix, and trauma in animal model. It is likely that the inhibition of Runx2/Cbfa1 by RNAi could be developed as a powerful approach to prevent or treat heterotopic ossification.     

Staphylococcal enterotoxin C2 promotes osteogenesis and suppresses osteoclastogenesis of human mesenchymal stem cells

As a super-antigen, staphylococcal enterotoxin C2 (SEC2) stimulates the release of massive inflammatory cytokines such as interferon-gamma (IFN-γ), interleukin-1 (IL-1) and interleukin-2 (IL-2) which are documented to implicate osteoblast differentiation. In the present study, SEC2 was found to significantly improve the osteoblast differentiation by up-regulating BMP2 and Runx2/Cbfa1 expression. Interferon (IFN)-inducible gene IFI16, a co-activator of Runx2/Cbfa1, was also activated by SEC2 in the osteoblast differentiation. In addition, exogenous introduction of SEC2 stimulated OPG expression and suppressed RANKL, suggesting suppression of osteoclastogenesis in hMSCs. Therefore, our results displayed that SEC2 plays an important role in the commitment of MSC to the osteoblast and it might be a potential new therapeutic candidate for bone regeneration.