骨科基础知识——你知道多少之"破骨细胞"

原创：何琪医生

审核：广州中医药大学第一附属医院 王海彬教授

文章所属：王海彬教授团队，转发请标明出处。

众所周知，骨是由骨组织、骨膜、和骨髓构成。其具有支持、保护、造血及贮钙的功能。而其中的骨基质则是由大量钙化的细胞外基质和几种细胞构成。接下来，就让我们一起认识一下骨组织细胞中的破骨细胞。

图片来源于网络

1. 破骨细胞是什么？

是专门从事骨吸收功能的一种细胞，细胞数量较少，是多核巨细胞，直径约为100μm，一般含2-50个核，多者可达100个核。核呈不规则的圆形、卵圆形，核膜光滑，染色质颗粒微细，分布均匀。光镜下破骨细胞的胞浆常呈泡沫样，多为嗜酸性。破骨细胞大小不等，形状不一。位于骨组织表面的吸收陷窝或豪氏陷窝（Howships lacunae）内，陷窝因破骨细胞侵袭溶解骨组织而形成。电镜下，破骨细胞靠近骨组织一面有许多高而密集的微绒毛，形成皱褶缘（ruffled border），其基部的胞质内含有大量的溶酶体和吞饮小泡，泡内含有小的钙盐结晶及溶解的有机成分。皱褶缘周围有一环形的胞质区，其中只含微丝，其他细胞器很少，称为亮区（clear zone）。亮区的细胞膜平整，紧贴于骨组织表面，恰似一道围墙在皱褶缘周围，使其封闭的皱褶缘处形成一个微环境。

图片来源于网络

图片来源于网络

通常把破骨细胞分为以下三种，以多核破骨细胞最为常见

（1)多核破骨细胞（Multinucliated osteoclast):这型破骨细胞形体巨大，直径为30~100μm。成熟破骨细胞的胞浆呈嗜酸性，幼稚破骨细胞的胞浆多为异染性，有时呈嗜碱性，胞浆内有泡沫状小泡。电镜下可见大量粗面内质网、发达的高尔基复合体、丰富的线粒体和溶酶体，以及微管、微丝和嗜锇颗粒等。一般可有6~50个细胞核，最多可达100个以上。核的形态多为不规则的圆形或卵圆形。细胞核内染色质颗粒微细，分布均匀，核浅染，有1~2个核仁。

（2）单核破骨细胞（Mononucliated osteoclast）:形体较小，数量极少，只分布在骨的吸收表面。胞体呈圆形或椭圆形，常伸出1-2条突起，胞浆嗜碱性，只有一个细胞核。

（3）覆盖型破骨细胞（Lining osteoclast）:是由活动期破骨细胞转化而来，处于静止状态，无骨吸收作用。

2. 破骨细胞的功能

主要功能为释放多种酶类，有溶解和吸收骨基质的作用。破骨细胞具有极强的溶骨能力，一个破骨细胞可以侵蚀溶解由100个成骨细胞所形成的骨质。其溶骨过程为：①在即将被重吸收的骨质表面，破骨细胞凭借亮区肌动蛋白微丝赋予的移动性到达该处，并以皱褶缘区和亮区紧贴骨质表面。②一方面，通过皱褶突排出大量有机酸（如碳酸、柠檬酸和乳酸），造成局部酸性环境，皱褶缘附近有碳酸酐酶，其作用是增加碳酸产量，使骨基质中的不溶性钙盐转变成可溶的酸性盐 而溶解；另一方面，基底区形成大量初级溶酶体，它们进入小泡区，在皱褶缘基部以胞吐方式将其酸性水解酶排入吸收陷窝的细胞外分隔间，进行骨基质有机成分的细胞外消化；同时又以胞吞活动形成小泡，将细胞外消化后的物质摄入细胞内，通过小泡与初级溶酶体融合而成的次级溶酶体进行细胞内消化。

3. 破骨细胞的体外培养

由于破骨细胞是一种终末细胞，不能增殖和传代，只能进行原代培养，且存活时间较短，故分离细胞培养法难以获得大量的破骨细胞，不易满足研究的需要。因此我们常用骨髓单核细胞诱导分化培养法获取破骨细胞。

1.主要实验材料

(1)实验动物：C57BL/6小鼠。(2)培养液：α-MEM培养基、胎牛血清、双抗、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（M-CSF）、核因子κB受体活化因子配体（RANKL）。

2.实验步骤：

①拉颈处死小鼠后置于盛有75％酒精的容器中，消毒3-5min后取出放入培养皿中。

②用手术剪剪开其四肢皮肤、肌肉，取股骨和胫骨等长骨，放入盛缓冲液的培养皿中。除去骨表面的软组织、骨膜以及软骨。

③用手术剪纵行剖开长骨骨干，用尖吸管取培养液冲洗骨髓腔。1000r／min下离心5min。

④弃上清液，用M-CSF的完全培养基重悬后，接种于25cm2培养瓶中。2 天后贴壁细胞即为小鼠骨髓单核细胞（BMMs）。弃上清液，用无菌 PBS 清洗 2 次。胰酶消化、反复吹打/使用细胞刮后收集液体，离心，弃上清液。重悬后根据实验需要，细胞计数后选择合适细胞密度接种于不同细胞培养皿中。加入含有M-CSF和RANKL的完全培养基，4天后即可诱导出成熟的破骨细胞。

参考文献：

Boyle WJ, Simonet WS, Lacey DL. Osteoclast differentiation and activation[J]. Nature, 2003, 423(6937):337-342.