Остеоцит - Osteocyte

Остеоцит
Поперечный разрез кости en.svg
Поперечный разрез кости
Костные клетки - Остеоциты 1 - Smart-Servier.png
Иллюстрация, показывающая одиночный остеоцит
Подробности
Место расположенияКость
Идентификаторы
латинскийостеоцит
MeSHD010011
THH2.00.03.7.00003
FMA66779
Анатомические термины микроанатомии

An остеоцит, сплюснутый тип кость клетка с дендритными отростками, чаще всего встречается клетка в зрелом костная ткань, и может жить столько же, сколько и сам организм.[1] В организме взрослого человека их около 42 миллиардов.[2] Остеоциты не делятся и имеют средний период полураспада 25 лет. Они происходят из клеток-остеопрогениторов, некоторые из которых дифференцируются в активные остеобласты.[1] Остеобласты / остеоциты развиваются в мезенхима.

В зрелых костях остеоциты и их отростки располагаются внутри пространств, называемых лакуны (латинский для яма) и Canaliculi, соответственно.[1] Остеоциты - это просто остеобласты, заключенные в матриксе, который они секретируют. Они связаны друг с другом посредством длинных цитоплазматических расширений, которые занимают крошечные каналы, называемые канальцами, которые используются для обмена питательными веществами и отходами через щелевые соединения.

Хотя остеоциты обладают пониженной синтетической активностью и (как остеобласты) не способны к митотическому делению, они активно участвуют в рутинном круговороте костного матрикса посредством различных механосенсорных механизмов. Они разрушают кость быстро, преходяще (относительно остеокласты ) механизм, называемый остеоцитарным остеолизом. Гидроксиапатит, карбонат кальция и фосфат кальция откладываются вокруг клетки.

Структура

Остеоциты имеют звездчатую форму, примерно 7 микрометров в глубину и 15 микрометров в длину.[3] Тело клетки имеет размер от 5 до 20 микрометров в диаметре и содержит 40-60 клеточных отростков на клетку.[4] с расстоянием между ячейками 20-30 микрометров.[3] Зрелый остеоцит содержит одно ядро, расположенное со стороны сосуда, с одним или двумя ядрышками и мембраной.[5] Клетка также демонстрирует эндоплазматический ретикулум уменьшенного размера, аппарат Гольджи и митохондрии, а также клеточные отростки, которые излучают в основном к костным поверхностям в периферических ламеллах или к гаверсовскому каналу и внешней цементной линии, типичным для остеонов в концентрических пластинчатых костях.[5] Остеоциты образуют обширную лакуно-канальцевую сеть внутри минерализованного коллагенового матрикса I типа, с клеточными телами, находящимися в лакунах, и клеточными / дендритными отростками в каналах, называемых канальцами.[6]

Остеоцит в кости крысы, обнаженный травлением литой смолы

Разработка

Летопись окаменелостей показывает, что остеоциты присутствовали в костях бесчелюстных рыб 400–250 миллионов лет назад.[7] Было показано, что размер остеоцитов коварий с размером генома; и это соотношение использовалось в палеогеномных исследованиях.[8]

Во время формирования кости остеобласт остается позади и похоронен в костном матриксе как «остеоид-остеоцит», который поддерживает контакт с другими остеобластами посредством расширенных клеточных процессов.[9] Процесс остеоцитогенеза в значительной степени неизвестен, но было показано, что следующие молекулы играют решающую роль в производстве здоровых остеоцитов либо в правильном количестве, либо в определенном распределении: матриксные металлопротеиназы (ММР), белок матрикса дентина 1 (DMP-1), фактор остеобластов / остеоцитов 45 (OF45), Klotho, Индуцибельный фактор TGF-бета (TIEG), лизофосфатидная кислота (LPA), антиген E11 и кислород.[6] 10–20% остеобластов дифференцируются в остеоциты.[6] Те остеобласты на поверхности кости, которые предназначены для захоронения, поскольку остеоциты замедляют выработку матрикса и захоронены соседними остеобластами, которые продолжают активно продуцировать матрикс.[10]

Электронное изображение HAADF-STEM созревающего остеоцита на поверхности кости, появляющегося непосредственно над остеобластоподобными клетками-предшественниками (декальцинированный матрикс).

Palumbo et al. (1990) различают три типа клеток от остеобласта до зрелого остеоцита: преостеоцит типа I (остеобластический остеоцит), преостеоцит типа II (остеоид-остеоцит) и преостеоцит типа III (частично окруженный минеральным матриксом).[10] Встроенный «остеоид-остеоцит» должен выполнять две функции одновременно: регулировать минерализацию и формировать соединительные дендритные отростки, что требует расщепления коллагена и других молекул матрикса.[11] Превращение подвижного остеобласта в захваченный остеоцит занимает около трех дней, и за это время клетка производит объем внеклеточного матрикса, в три раза превышающий собственный клеточный объем, что приводит к уменьшению объема тела зрелой клетки остеоцита на 70% по сравнению с исходным. объем остеобласта.[12] Клетка претерпевает резкое превращение из многоугольной формы в клетку, которая расширяет дендриты к фронту минерализации, за которыми следуют дендриты, которые распространяются либо на сосудистое пространство, либо на поверхность кости.[11] Когда остеобласт превращается в остеоцит, щелочная фосфатаза снижается, а казеинкиназа II повышается, как и остеокальцин.[11]

Остеоциты, по-видимому, обогащены белками, устойчивыми к гипоксии, что, по-видимому, связано с их встроенным расположением и ограниченным поступлением кислорода.[13] Напряжение кислорода может регулировать дифференцировку остеобластов в остеоциты, а гипоксия остеоцитов может играть роль в резорбции кости, опосредованной неиспользованием.[13]

Функция

Хотя остеоциты являются относительно инертными клетками, они способны к молекулярному синтезу и модификации, а также к передаче сигналов на большие расстояния аналогично нервной системе.[6] Они являются наиболее распространенным типом клеток в кости (31 900 на кубический миллиметр в бычьей кости до 93 200 на кубический миллиметр в кости крысы).[6] Большинство рецепторов, играющих важную роль в функции костей, присутствует в зрелых остеоцитах.[6] Остеоциты содержат переносчики глутамата, которые продуцируют факторы роста нервов после перелома кости, что свидетельствует о наличии системы восприятия и передачи информации.[6] Когда остеоциты были экспериментально разрушены, кости показали значительное увеличение резорбции костной ткани, снижение образования костной ткани, потерю губчатой ​​кости и потерю реакции на разгрузку.[6]

Остеоциты считаются механосенсорными клетками, контролирующими активность остеобласты и остеокласты в пределах базовой многоклеточной единицы (BMU), временной анатомической структуры, в которой происходит ремоделирование кости.[14] Остеоциты генерируют тормозной сигнал, который передается через их клеточные процессы к остеобластам для рекрутирования и образования кости.[15]

Было показано, что специфические белки остеоцитов, такие как склеростин, участвуют в минеральном метаболизме, а также другие молекулы, такие как PHEX, ДМП-1, MEPE, и FGF-23, которые высоко экспрессируются остеоцитами и регулируют фосфат и биоминерализацию.[11]

Остеоцит является важным регулятором костной массы и ключевым эндокринным регулятором метаболизма фосфатов.[13]

Склеростин

Остеоциты синтезируют склеростин, секретируемый белок, который ингибирует образование кости, связываясь с корецепторами LRP5 / LRP6 и подавляя передачу сигналов Wnt.[7] Склеростин, продукт СОСТ ген, является первым медиатором связи между остеоцитами, остеобластами, образующими кость, и остеокластами, резорбирующими кость, что имеет решающее значение для ремоделирования кости.[16] Только остеоциты экспрессируют склеростин, который действует паракринным образом, подавляя образование костей.[16] Склеростин подавляется паратироидным гормоном (ПТГ) и механической нагрузкой.[16]Склеростин противодействует активности BMP (костного морфогенетического белка), цитокина, который индуцирует образование костей и хрящей.[14]

Клиническое значение

Клинически важные исследования на гелевой основе in vitro 3D модель остеоцитарного потенциала человека CD34 + стволовые клетки. Результаты подтверждают, что человеческие CD34 + стволовые клетки обладают уникальным потенциалом остеогенной дифференцировки и могут быть использованы для ранней регенерации поврежденной кости.[17] Остеоциты погибают в результате старение, дегенерация / некроз, апоптоз (запрограммированная гибель клеток) и / или остеокластическое поглощение.[1] Процент мертвых остеоцитов в костях увеличивается с возрастом с менее 1% при рождении до 75% после 80 лет.[18] Считается, что апоптоз остеоцитов связан со снижением механотрансдукции, что, возможно, приводит к развитию остеопороз.[19] Апоптотические остеоциты высвобождают апоптотические тельца, экспрессирующие RANKL, для набора остеокластов.[11]

Механическая нагрузка увеличивает жизнеспособность остеоцитов in vitroи способствует переносу растворенных веществ через лакуно-канальцевую систему в кости, что улучшает обмен кислорода и питательных веществ и их диффузию в остеоциты.[19] Было показано, что разгрузка скелета вызывает остеоциты. гипоксия in vivo, это когда остеоциты подвергаются апоптозу и привлекают остеокласты для резорбции кости.[19] Микроповреждения костей возникают в результате повторяющихся циклических нагрузок и, по-видимому, связаны с гибелью остеоцитов в результате апоптоза, которые, по-видимому, секретируют сигнал к остеокластам-мишеням для выполнения ремоделирования на поврежденном участке.[19] В нормальных условиях остеоциты экспрессируют большое количество TGF-β и, таким образом, подавляют резорбцию кости, но когда кость стареет, уровни экспрессии TGF-β снижаются и экспрессия факторов, стимулирующих остеокласты, таких как RANKL и M-CSF увеличивается, затем усиливается резорбция кости, что приводит к чистой потере костной массы.[19]

Механическая стимуляция остеоцитов приводит к открытию полуканалов для высвобождения PGE2 и ATP, среди других биохимических сигнальных молекул, которые играют решающую роль в поддержании баланса между образованием и резорбцией кости.[20]Гибель клеток остеоцитов может происходить в связи с патологическими состояниями, такими как остеопороз и остеоартроз, что приводит к повышенной хрупкости скелета, связанной с потерей способности распознавать микроповреждения и / или восстанавливать сигналы.[11][21] Доказано, что кислородное голодание, возникающее в результате иммобилизации (постельного режима), лечения глюкокортикоидами и отвода кислорода, способствует апоптозу остеоцитов.[11] В настоящее время признано, что остеоциты по-разному реагируют на присутствие биоматериалов имплантата.[22]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d Tate, M. L .; Adamson, J. R .; Tami, A.E .; Бауэр, Т. В. (2004). «Клетки в фокусе, остеоцит». Международный журнал биохимии и клеточной биологии. 36 (1): 1–8. Дои:10.1016 / S1357-2725 (03) 00241-3.
  2. ^ Buenzli, Pascal R .; Симс, Натали А. (01.06.2015). «Количественная оценка сети остеоцитов в скелете человека». Кость. 75: 144–150. Дои:10.1016 / j.bone.2015.02.016. ISSN  1873-2763. PMID  25708054.
  3. ^ а б Sugawara, Y; Камиока, Н; Honjo, T; Тэдзука, К; Такано-Ямамото, Т. (2005). «Трехмерная реконструкция остеоцитов свода черепа цыплят и их клеточных отростков с использованием конфокальной микроскопии». Кость. 36 (5): 877–83. Дои:10.1016 / j.bone.2004.10.008. PMID  15820146.
  4. ^ Танака-амиока, К; Камиока, H; Рис, Н; Лим, СС (1998). «Форма остеоцитов зависит от актиновых филаментов, а отростки остеоцитов представляют собой уникальные, богатые актином выступы». J. Bone Miner. Res. 13 (10): 1555–68. Дои:10.1359 / jbmr.1998.13.10.1555. PMID  9783544.
  5. ^ а б Дадли, HR; Спиро, Д. (1961). «Тонкая структура костных клеток». Журнал биофизической и биохимической цитологии. 11 (3): 627–649. Дои:10.1083 / jcb.11.3.627. ЧВК  2225143. PMID  19866598.
  6. ^ а б c d е ж грамм час Благородный, SN (2008). «Линия остеоцитов». Архивы биохимии и биофизики. 473 (2): 106–111. Дои:10.1016 / j.abb.2008.04.009. PMID  18424256.
  7. ^ а б Дивиети Паевич, П. (2009). «Регуляция костной резорбции и минерального гомеостаза остеоцитами». IBMS BoneKEy. 6 (2): 63–70. Дои:10.1138/20090363.
  8. ^ Орган, C. L .; Шедлок, А. М .; Мид, А .; Pagel, M .; Эдвардс, С. В. (2007). «Происхождение размера и структуры птичьего генома у неавианских динозавров». Природа. 446 (7132): 180–184. Дои:10.1038 / природа05621. PMID  17344851.
  9. ^ Паламбо, Карла; Палаццини, Сильвана; Заффе, Давиде; Маротти, Гастоне (1990). «Дифференциация остеоцитов в большеберцовой кости новорожденного кролика: ультраструктурное исследование формирования цитоплазматических процессов». Клетки Ткани Органы. 137 (4): 350–358. Дои:10.1159/000146907.
  10. ^ а б Franz-Odendaal, T; Холл, Б; Виттен, ЧП (2006). «Похоронен заживо: как остеобласты становятся остеоцитами». Динамика развития. 235 (1): 176–190. Дои:10.1002 / dvdy.20603. PMID  16258960.
  11. ^ а б c d е ж грамм Боневальд, Л. (2011). "Удивительный остеоцит". Журнал исследований костей и минералов. 26 (2): 229–238. Дои:10.1002 / jbmr.320. ЧВК  3179345. PMID  21254230.
  12. ^ Паламбо, С. (1986). «Трехмерное ультраструктурное исследование остеоид-остеоцитов большеберцовой кости куриных эмбрионов». Исследования клеток и тканей. 246: 125–131. Дои:10.1007 / bf00219008.
  13. ^ а б c Даллас, SL; Боневальд, Л. (2010). «Динамика перехода от остеобласта к остеоциту». Ann N Y Acad Sci. 1192: 437–443. Дои:10.1111 / j.1749-6632.2009.05246.x. ЧВК  2981593. PMID  20392270.
  14. ^ а б бежал Bezooijen Rl, Ran; Papapoulos, SE; Hamdy, NA; ten Dijke, P; Ловик, К. (2005). «Контроль костеобразования остеоцитами». BoneKEy-Остеовидение. 2 (12): 33–38.
  15. ^ Маротти, G; Ферретти, М. Мулья, Массачусетс; Palumbo, C; Палаццани, С.А. (1992). «Количественная оценка взаимоотношений остеобластов и остеоцитов на растущей эндостальной поверхности голеней кролика». Кость. 13 (5): 363–368. Дои:10.1016/8756-3282(92)90452-3.
  16. ^ а б c Беллидо, Т. (2007). «Апоптоз остеоцитов вызывает резорбцию костей и ухудшает реакцию скелета на невесомость». BoneKEy-Остеовидение. 4 (9): 252–256. Дои:10.1138/20070272.
  17. ^ Шрикантх, Локанатан; Сунита, Манне Мудху; Кумар, Пасупулети Сантош; Чандрасекар, Чодимелла; Венгамма, Бхума; Шарма, Потукути Венката Гурунадха Кришна (ноябрь 2016 г.). «3D-модель на основе геля in vitro, исследующая остеоцитарный потенциал человеческих CD34 + стволовых клеток». Отчеты по молекулярной биологии. 43 (11): 1233–1242. Дои:10.1007 / s11033-016-4053-4. ISSN  1573-4978. PMID  27497820.
  18. ^ Томкинсон, А; Рив, Дж; Шоу, RW; Благородный, BS (1997). «Гибель остеоцитов в результате апоптоза сопровождает вывод эстрогена в кости человека». Журнал клинической эндокринологии и метаболизма. 82 (9): 3128–3135. Дои:10.1210 / jc.82.9.3128.
  19. ^ а б c d е Heino, TJ; Курата, К; Хигаки, H; Ваананен, К. (2009). «Доказательства роли остеоцитов в инициации целевого ремоделирования». Технологии и здравоохранение. 17: 49–56.
  20. ^ Burra, S; Nicolella, DP; Цзян, JX (2011). «Темная лошадка в биологии остеоцитов». Коммуникативная и интегративная биология. 4 (1): 48–50. Дои:10.4161 / cib.13646. ЧВК  3073269. PMID  21509177.
  21. ^ Карпентье, VT; Вонг, Дж; Да, Y; Ган, С; Саттон-Смит, П.; Бадей, А; Фаззалари, Нидерланды; Куливаба, Дж.С. (2012). «Повышенная доля гиперминерализованных лакун остеоцитов в трабекулярной кости человека с остеопорозом и остеоартритом: последствия для ремоделирования кости». Кость. 50 (3): 688–694. Дои:10.1016 / j.bone.2011.11.021. PMID  22173055.
  22. ^ Shah, F.A .; Thomsen, P .; Палмквист, А. (4 июня 2018 г.). «Обзор воздействия биоматериалов имплантата на остеоциты». Журнал стоматологических исследований. 97 (9): 977–986. Дои:10.1177/0022034518778033. ЧВК  6055115. PMID  29863948.

внешняя ссылка