生物细胞作用范文

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篇1

micrornas(mirnas)是一些长度为21-25个核苷酸，在转录后水平调控基因表达的非编码的小rnas。mirnas最早的两个成员是在研究c.elegans的发育调控时发现的。自此，在几乎所有的后生动物如涡虫，果蝇，植物，哺乳动物的基因组中都发现了mirnas[1]。它们主要作用于mirna，使其发发生特异性地降解或者阻止其翻译，从而调控动植物的发育和生理过程。

    干细胞是一类能够自我更新并具有多向分化潜能的早期未分化细胞, 不仅是器官发生过程中早期分子活动的研究工具, 且已成为多种退行性疾病组织修复和再生的种子细胞。由于干细胞具有广泛的应用前景, 相关的发育分化模型的建立、干细胞发育分化的基因调控及微环境的影响, 已成为近年来医学和生物学领域研究的热点。mirnas作为一个广泛存在的可对基因表达进行调控的分子, 在动植物的发育和生理活动中起着非常重要的作用，包括抵御病毒，在发育中调控基因的表达，控制发育的阶段，维持干细胞的稳定等等。mirnas在干细胞中的特异性地表达，尤其在胚胎干细胞和造血干细胞中相关mirnas的发现、功能的研究, 揭示了mirnas 可能在干细胞的自我更新和多项分化中发挥重要作用。

    1mirna和干细胞的研究

    mirna是一类～22 nt具有调控功能的非编码rna ，它们主要参与基因转录后水平的调控。这些mirna 基因首先在细胞核内转录成前体转录本(primary transcripts mirna, primirna) ，在drosha酶的作用下剪切形成～60-70nt的mirna前体（或者称为premirna），然后ran–gtp和exportin 5将premirna转运到细胞质，随后，另一个核酸酶dicer将其剪切产生约为22个核苷酸长度的mirna:mirna*双链。这种双链很快被引导进入rna诱导沉默复合体(risc)中，其中一条单链mirna被降解，另一条成熟的单链mirna分子，通过与靶基因的3′ utr区互补配对，对靶基因mirna进行切割或者翻译抑制[2]。mirna具有如下特点[3-5]：①细胞特异性：不同组织不同细胞，mirna的表达谱及序列特征不同，这可以作为某些组织或细胞的特异性分子标志； ②“时空”特异性：细胞在不同发育阶段，mirna 组成不同，在特定细胞的特定阶段“出现”特定的mirna ，决定细胞的分化方向和分化时相，是细胞定时、定向分化的开关； ③保守性：不同种属、不同组织器官以及不同细胞之间相同或相似的mirna分子具有相似的调控功能；④mirna作用靶点：多为呈“时空”特异性表达的转录调控基因以及凋亡调控基因，通过调控细胞增殖和细胞凋亡，从而调控细胞功能和结构的特化。

    干细胞具有多向分化潜能，它如何从一个充满各种可能性的通用细胞类型演变成从事特定工作的“专业”细胞，是干细胞研究的谜题。 近年来，mirna 在干细胞定向分化和自我更新功能维持中的作用，逐渐被科学家们发现，目前已经掀起mirna在干细胞研究中的热潮。

    目前发现胚胎干细胞和多种成体干细胞中均存在各自特异的mirna。houbavity等[6]在小鼠胚胎干细胞中克隆了15个mirna ,suh等[7]则在人胚胎干细胞中找到了36个mirna基因，这些mirnas多数在胚胎发育过程中逐渐减少，少数持续表达甚或表达升高。随着细胞的分化，mirnas的表达也发生了明显的改变。mirnas和mirnas的相互作用对于维持干细胞的多能性及其分化非常重要。因此许多试验希望可以通过分析人胚胎干细胞中的mirnas的表达来描述人的胚胎干细胞。

    2  mirna对干细胞生物学行为的调控

    2.1  mirna调控了干细胞的自我更新

    自我更新是干细胞的一个重要特征，从这个层面来说，干细胞与肿瘤细胞一样都可以持续分裂。 因此，如何调节恰当的细胞分裂，使其不会因为太少导致组织发生缺陷，又不至于过分增殖恶化为肿瘤，是干细胞生物学研究的一个攸关问题。

    在多能胚胎干细胞中，有特殊mirna的簇集表达，这些mirna明显区别于分化之后的胚胎和成体[7]，暗示这些mirna对于干细胞的自我更新具有一定作用。决定细胞继续增殖还是停止分裂或分化，在g1期由周期依赖性蛋白激酶抑制子p21所调控[8] 。

    有研究者通过使用果蝇胚胎作为模型系统，证明了mirna1有助于早期胚胎阶段的心脏祖细胞（即干细胞）的决定。mirna1有助于维护末期胚胎阶段中的心脏前体，可以调节心脏细胞的分化机制。这都说明mirnas调控了干细胞的自我更新。

    另外，dicer酶对于胚胎的发育和干细胞的维持是必不可少的。dicer敲除的突变体在发育早期胚胎是致死的，在dicernull的胚胎中，根本检测不到es细胞系[9]；dicer缺陷的“escaper”和dicerflox/null 细胞相比，细胞周期发生了改变，g1期和g0期的细胞有了轻微的增加，相应地，g2期和m期的细胞减少。这种现象可能是由于本应该在es细胞中表达的抑制细胞周期抑制子的mirnas的缺失导致的。基因组的组成和结构也受到了影响从而激发了细胞周期检验点的反应，阻止了细胞的进一步增值[10]。

    mirnas对于果蝇的gscs的分化的控制是必不可少的。果蝇基因组中有两种dicer异构酶：dicer1和dicer2[9]。dicer1对于干细胞的加工是必需的，而dicer2是形成sirna所必需的。dicer1(dcr1)的缺失完全破坏了mirna途径，但对sirna途径的影响是非常微弱的。分析gscs的dcr1突变体发现，生殖细胞孢囊的产量明显下降。gscs的dcr1的突变体看起来是正常的，但是在细胞周期控制方面存在明显的缺陷。根据细胞周期标记物和一些遗传的相互作用的研究发现，gscs的dcr突变体推迟了g1到s期的转换。干细胞对外界的信号非常敏感，比如营养依赖的胰岛素受体活化可以使干细胞停滞在g1/s 期。胚胎干细胞是通过mirna通路来调节p21/p27/dacapo 对cdk的抑制作用从而使自身停滞在g1/s期。当外界环境不利于干细胞分裂时，关键的mirna被下调，p21/p27/dacapo的水平上升，从而导致干细胞停滞在g1/s 期[11]。但是，参与此过程的具体mirna是哪些，至今仍未有报道，更深入的机制仍需研究。对于成体哺乳动物干细胞是否有类似的mirnap21调节机制以及是否依赖于环境因素，也还需要更多的实验证实。

    2.2  mirna参与神经干细胞的分化调控过程

    神经系统是一个高度分化的器官，在已经鉴定的mirnas中，约有70％可以在哺乳动物的脑中检测到，说明了这些mirnas在神经发生中可能的作用[12]。对哺乳动物脑发育过程中高度表达的mirnas的研究表明，在发育起始的mirnas和特异性分化后表达的mirnas有显著的不同[13]。前体细胞顺序表达一系列mirnas，在分化过程中发生了特异性的表达。例如小鼠胚胎干细胞中的mirna124a 和mirna9特异性地决定神经干细胞的发育形成, 并且初步推测可能是通过作用于stat信号转导通路发挥作用[14]，mirna23，mirna26和mirna29的上调表达导致分化形成神经胶质，而mirna9和mirna125在神经元和神经胶质细胞中均有表达。let7家族成员也高度存在于神经系统中。在斑马鱼的神经组织和老鼠的发育过程中[41]，let7家族成员都是高度表达的。在神经分化过程中，通过转录激活和增强前体物的加工活性可以显著诱导let7家族成员的成熟，这表明了let7在神经特异分化中的作用[15]。

    预测还发现，在成年的哺乳动物中，含量最为丰富的是mirna124，有1100多个基因的结合位点。将mirna124导入hela细胞中，可以下调100多种基因的表达[16]，并且促进了神经样mirna的表达。最近，在鸡的神经管中发现层粘连蛋白gammal和整合素betal1也是mirna124的作用位点。而且，mirna124可以和小的c端结构域磷酸酶1（scp1）的3’utr结合，这种磷酸酶在神经发育过程中起着重要作用。识别神经系统中mirna的靶序列对于我们更好地了解神经干细胞的自我更新和分化是非常重要的。

    2.3  mirna调控造血干细胞的发育

    造血干细胞定向分化潜能受mirna调控，在各系祖细胞中高表达mirna可能起着定向分化调控作用。chen等[17]在小鼠的骨髓造血细胞中克隆了100个特异的mirna ,并已确定一些mirna在造血组织中优先表达, 如mirna142在b淋巴细胞和髓系粒细胞中表达增高，mirna181在b淋巴细胞中选择性表达上调，其中，mirna181在骨髓祖细胞阴性谱系中高水平表达并只在b淋巴细胞中上调，在体内和体外mirna181的过表达可提高b细胞的数量，表明mirna181可能是b细胞分化中的一个正调节因子，参与造血干细胞向b细胞谱系的分化。

    felli 等[18]发现，在脐血cd34 +造血祖细胞向红系发育过程中，mirna221和222表达逐渐下降。这2个mirna作用于kit基因的3′utr，在cd34 +细胞中转染mirna221和222的寡核苷酸或者慢病毒表达载体，可导致红系增殖和分化障碍，伴随kit蛋白水平下降。nodscid小鼠体内实验表明，转染后cd34+细胞的增殖能力和干细胞功能受损；反之，阻断mirna221和222表达，则促进早期红系增殖。实验表明，mirna221和222的表达下降可促进红系发育。

    最近发现，mirna还调控了造血干细胞自我更新[19] 。造血干细胞能够制造对分化成血细胞至关重要的蛋白质，但是这些蛋白被1套mirna阻断，将造血干细胞维持在原始状态。利用非增殖病毒载体将mirna转染入造血干细胞，检测造血干细胞的自我更新能力。第1个进行检测的是mirna155，已经被证实能够终止干细胞发育成红血球和白血球，没有转染的干细胞可以发育成熟，而转染了mirna155的干细胞则很少能发育成熟为红血球和白细胞。

    3  mirna决定了干细胞的命运

    3.1  mirna操纵胚胎干细胞的命运

    研究表明两种依赖于血清应答因子（serum response factor,srf）的肌特异mirna1和mirna133，能促进胚胎干细胞的中胚层形成，同时在心肌祖细胞的进一步分化过程中有着不同的作用：mirna1能促进小鼠和人类胚胎干细胞向心脏细胞的分化过程，而mirna133则阻止肌浆蛋白祖细胞的分化，mirna1和mirna133在发育的肌细胞中是同时表达的。mirna1和mirna133是一种强有力的非肌性基因表达的抑制因子，并且能抑制小鼠以及人类胚胎干细胞分化过程中的细胞命运。两种mirna都增加了胚胎干细胞的中胚层特异性，并且抑制它们向内胚层及神经外胚层的分化。

    其中，mirna1的作用部分通过notch ligand deltalike 1（dll1）的翻译阻遏实现，mirna1的表达导致dll1的翻译阻遏，并利用shrna降低干细胞中dll1的表达。此外，mirna1和mirna133能强有力的抑制内胚层以及神经外胚层的基因表达，这表明两者之间或许有着很多共同作用目标。对于胚胎干细胞的基因表达分析表明，mirna1和mirna133调节多个相同通路。可见肌特异性mirna能增强非肌性基因的抑制，并且mirna能用于多能胚胎干细胞的细胞命运调节[21]。

    3.2  mirna提高了ips的转化效率

    自ips出现以来，转化效率一直是横跨在ips技术面前的障碍。有研究表明，将头发里的角质细胞进行重组诱导ips细胞，发现转化效率可提高100倍。最近发现将两种因子p53 sirna和utf1和四个诱导基因（oct4,sox2,klf4和cmyc)一起转染到人成纤维细胞中，ips的诱导效率也可提高100倍，而且，剔除cmyc（具有致癌性基因）同样可以成功诱导ips[22]。

    4  展望

    不同的干细胞类型表达的mirnas不同，在干细胞的不同发育阶段也存在着特异性的mirnas的表达，我们有理由相信，mirnas在调控干细胞的分化和自我更新方面具有非常重要的作用。mirna作为一种新的调控基因表达的小分子rna，对干细胞的研究提供了一种新的途径。

    随着干细胞复杂的分化调控的研究，我们将更好地了解mirnas和一些转录因子的相互作用，从而弄清整个细胞内的调控网络。目前关于mirnas对于干细胞生物学行为调控的研究还很少，mirnas在干细胞中究竟是如何起作用的？它的作用靶位有哪些？关于其调控分化的模型在哺乳动物也成立么？这些问题都有待进一步地探讨。基于多分化潜能和功能谱系不同的干细胞是由遗传和表观遗传共同决定的，作为组织工程的“种子细胞”，弄清它内部的mirnas的作用通路，有助于揭示干细胞发育过程的基因调控。我们的终极目标是希望将mirnas调控干细胞的分化作为一种潜在的治疗手段，以便更好地了解一些特异性的细胞通路中的mirnas，治疗癌症等疾病。

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篇2

1　成纤维细胞的来源及其生物学特性

成纤维细胞(fibroblast)是结缔组织中最常见的细胞，由胚胎时期的间充质细胞(mesenchymal cell)分化而来。在结缔组织中，成纤维细胞还以其成熟状态—纤维细胞(fibrocyte)的形式存在，二者在一定条件下可以互相转变。

不同类型的结缔组织含成纤维细胞的数量不同。通常，疏松结缔组织中成纤维细胞的数量比同样体积的致密结缔组织中所含成纤维细胞的数量要少，故分离培养成纤维细胞多以真皮等致密结缔组织为取材部位［2，3］。

成纤维细胞形态多样，常见的有梭形、大多角形和扁平星形等，其形态尚可依细胞的功能变化及其附着处的物理性状不同而发生改变。成纤维细胞胞体较大，胞质弱嗜碱性，胞核较大呈椭圆形，染色质疏松着色浅，核仁明显。电镜下，其胞质可见丰富的粗面内质网、游离核糖体和发达的高尔基复合体，表明它具有合成和分泌蛋白质的功能。成纤维细胞尚可合成和分泌胶原纤维、弹性纤维、网状纤维及有机基质。它合成的前胶原蛋白分子经内切酶作用，聚合和重排，可形成与成骨细胞合成分泌的胶原原纤维一样具有64nm(640?)周期横纹的胶原原纤维，胶原原纤维经互相粘合形成胶原纤维。经检测，这

两种细胞合成分泌的胶原纤维均是Ⅰ型胶原纤维，在形态和生化结构上完全相同［4，5］。

处于成熟期或称静止状态的成纤维细胞，胞体变小，呈长梭形，粗面内质网和高尔基复合体均不发达，被称为纤维细胞。在外伤等因素刺激下，部分纤维细胞可重新转变为幼稚的成纤维细胞，其功能活动也得以恢复，参与组织损伤后的修复。另外，在结缔组织中，仍保留着少量具有分化潜能的间充质细胞，它们在创伤修复等情况下可增殖分化为成纤维细胞。

2　成纤维细胞在一般创伤修复中的表现

各种创伤均会造成不同程度的细胞变性、坏死和组织缺损，必须通过细胞增生和细胞间基质的形成来进行组织修复。在此修复过程中，成纤维细胞起着十分重要的作用。以伤口愈合过程为例，成纤维细胞通过有丝分裂大量增殖，并从4～5天或6天开始合成和分泌大量的胶原纤维和基质成分，与新生毛细血管等共同形成肉芽组织，填补伤口组织缺损，为表皮细胞的覆盖创造条件。在伤口愈合中，成纤维细胞主要来源于真皮层的局部成纤维细胞和未分化的间充质细胞，以及血管周围的成纤维细胞和周细胞。内脏损伤时，参与修复过程的成纤维细胞多来自间质和包膜，以及粘膜下或浆膜下层的结缔组织。有人认为创伤愈合过程中伤处聚集的大量成纤维细胞，一方面是由成纤维细胞通过分裂增殖而来，另一方面，更多地是由邻近的间充质细胞、纤维细胞和毛细血管周细胞等演变或游走到伤处。在创伤修复的后期，成纤维细胞通过分泌胶原酶参与修复后组织的改建。在某些病理条件下，以成纤维细胞为主要细胞成分的肉芽组织或增生组织块还可以在非骨组织内发生钙化，引起异位骨化(ectopic ossification)。但对于异位骨化的参与细胞及其机制尚不十分清楚，未分化间充质细胞、成纤维细胞、内皮细胞和毛细血管周细胞等可划归为诱导性骨祖细胞的细胞都有可能参与这一过程［6，8］。

3　成纤维细胞在骨创伤修复过程中的表现

最简单和常见的骨创伤即是骨折，其愈合过程须经过炎性反应、清扫、纤维骨痂和骨性骨痂4个阶段［4］。不同阶段参与的细胞主体不同。成纤维细胞从骨折第3天起就出现于骨折局部血肿中［6］，骨折后5天即在机化血肿及骨折断端的间隙及其周围大量存在，是参与纤维骨痂阶段的主要细胞成分［4，5］。在此阶段成纤维细胞一方面大量分裂增殖，一方面又合成和分泌大量Ⅰ型胶原，使肉芽组织逐步变成疏松的结缔组织，将骨断端包围起来，形成接合两骨折断端的巨大的纤维骨痂。然而，这种由无数成纤维细胞和丰富的肉芽组织为主体构成的纤维结缔组织却不会演变为在其它组织创伤修复时常见的瘢痕组织，而是通过钙盐结晶在其内部不断沉积，逐渐演变为骨性骨痂，使骨折局部的修复达到骨性愈合，恢复骨组织的结构。此时，骨折愈合部只有骨组织而不再存在成纤维细胞［4，5，9～11］。

4　成纤维细胞的成骨作用

成纤维细胞在骨折愈合过程中不同于其它组织创伤修复的表现，以及在某些病理条件下可以参与异位骨化［6，7］，使人们对成纤维细胞的分化能力、钙化骨化能力以及在成骨过程中其成骨能力如何发挥、细胞演变的最终归宿如何等等问题产生了浓厚的兴趣。对成纤维细胞成骨能力的研究也正是开始于对骨折愈合过程中成纤维细胞表现的观察。

对骨折局部骨形成区的电镜观察显示，除了成骨细胞在此发挥成骨作用外，成纤维细胞确实也存在着类似的成骨表现［4，5，9～13］。例如，在其线粒体内可清晰见到钙盐颗粒，部分内质网腔内可见成熟的胶原纤维，分泌到其四周的胶原纤维内可见高密度的钙盐结晶沉积。不仅如此，成纤维细胞还能象成骨细胞一样产生基质小泡并引起小泡内的钙盐沉积。钙化的基质小泡形成丛毛球状的钙球，钙球随后合并、融合为骨组织。以上种种现象表明，成纤维细胞与成骨细胞一样具备提供钙盐沉积及骨形成所必需的条件。在从纤维性骨痂到骨性骨痂的演变过程中，成纤维细胞也随之演变为骨细胞，与成骨细胞的归宿相一致。但二者在演变过程中的

表现又不尽相同，主要有以下几点可资鉴别［9，13］：①成纤维细胞及其细胞核均呈不规则的椭圆形或长方形，而成骨细胞及其细胞核则为边缘比较光整的椭圆形；②成纤维细胞均单独存在，细胞之间有众多的胶原纤维相隔，成骨细胞则以连续排列的形式出现；③成纤维细胞的细胞质内溶酶体少见，而成骨细胞的细胞质内则常有溶酶体可见；④成纤维细胞四周的骨组织都由丛毛球状钙球或针状钙盐结晶组成，成骨细胞则都有一面紧贴比较成熟与致密的骨组织；⑤成骨细胞是一个一个地被骨组织(类骨质)包围变为骨细胞，而成纤维细胞则可以是两个或两个以上同时被骨组织包围在一个陷窝内，然后再随着细胞之间基质的钙化而分隔为各占一个骨陷窝。

对成纤维细胞的成骨作用，有学者认为这是成纤维细胞的固有特性在骨折这一特定情况下得以表达的结果［9，11］。骨折局部活的和失活的骨组织及软骨组织，以及骨基质中的某些大分子都有可能诱导成纤维细胞表达其成骨作用进而演变为骨细胞［14，15］。较早在骨基质中发现的骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein， BMP)即对成纤维细胞有一定的诱导作用。对骨折愈合中BMP作用的研究［16，17］，表明创伤使内源性BMP呈阶段性合成与释放，并诱导周围软组织中的间充质细胞或/和成纤维细胞等向成骨方向转化。应用PAP法发现［16］，骨折后第3、5天局部纤维肉芽组织中的成纤维细胞样间充质细胞内以及第14天新生骨小梁间纤维组织中的成纤维细胞样间充质细胞内，都与成骨细胞、软骨细胞和骨基质一样存在BMP，表明这些成纤维细胞样间充质细胞已被诱导为可合成分泌BMP、具有成骨作用的细胞。而Sampath［15］从牛骨基质中分离提纯得到的成骨素对成纤维细胞的骨诱导能力更是超过了BMP和当时已知的其它骨生长因子。

成纤维细胞在其成骨作用得以表达后，可能通过两种方式成骨：①膜内成骨；②在环绕软骨的纤维层内成骨。开始分泌胶原纤维后，参与成骨的成纤维细胞只有两个归宿［4，5，9，13］：①变性、死亡、碎裂直至消失，这种演变发生早、范围广，故从纤维性骨痂形成开始，就逐渐有基质成分发生钙化，进而转变为骨基质；②演变为骨细胞，这一过程出现较晚，并穿插在前一过程之中，故在形成骨组织的细胞成分的同时，还使丰富的纤维骨痂演变为骨性骨痂，形成骨组织。但这种由成纤维细胞演变成的骨细胞，其结局如何、其生物学特性与由成骨细胞演化而来的骨细胞是否相同仍不清楚。例如，骨细胞从骨陷窝脱离后，可恢复为功能活跃的成骨细胞，再次参与骨组织的形成；而由成纤维细胞演变成的骨细胞在脱离骨陷窝后，是成为成骨细胞还是恢复为成纤维细胞、此时是否还具备成骨作用等一系列问题尚缺乏研究。

5　成纤维细胞体外培养的生物学特性［18］

成纤维细胞的分离培养一开始并不涉及成骨作用，而主要是用于研究细胞的老化、各种外来因子对细胞的损伤、细胞在体外条件下的恶性转化、以及某些先天性代谢异常、酶缺陷等。由于皮肤成纤维细胞易于获取，又易于在体外生长，故目前皮肤成纤维细胞培养已在基础医学和临床医学研究中得到较广泛的运用，其分离培养技术已相对成熟，对其体外生长规律也有了较全面的认识。

成纤维细胞的原代培养可用酶消化法或组织块法，其中组织块法又因其操作简便、条件易于控制而应用更为普遍。通常，以酶消化法获得的成纤维细胞悬液在接种后5～10min即可见细胞以伪足初期附着，与底物形成一些接触点；然后细胞逐渐呈放射状伸展，胞体的中心部分亦随之变扁平；最快者大约在接种后30min，细胞贴附底物即较为完全，呈现成纤维细胞的形态。采用组织块法则大约在接种后2～3天［2，3］到1周左右，在接种的皮肤组织块周围长出细胞。待细胞融合成片，铺满培养容器底壁大部分时即可进行传代。一般都采用胰蛋白酶(trypsin)，将成纤维细胞从底壁消化下来后分瓶作传代培养。成纤维细胞在体外培养条件下能保持良好的分裂增殖能力。细胞分裂时变为球形；分裂后又平铺在附着物的表面成为有突起的扁平细胞。体外培养的成纤维细胞，其生命期限与物种等因素有关。例如：人胚成纤维细胞约可培养50代；恒河猴皮肤成纤维细胞能传代超过40代；鸡胚成纤维细胞则只有少数能培养30代；而小鼠成纤维细胞多数只能生长8代左右。另外，从老年个体取得的成纤维细胞的寿命要比取自年轻者短。由于在细胞传代和进行体外培养时，细胞的生物学特性会逐渐发生一些不同于体内的改变，故通常只将前10代视这正常细胞，可在此时将生长旺盛的成纤维细胞冻存起来，以备将来复苏使用，这在将培养的细胞由动物实验向人体实验过渡的过程中必须给予足够的重视。

6　成纤维细胞在体外培养中的成骨作用

徐荣辉［2］等通过体外培养家兔皮肤成纤维细胞发现，经传代培养的成纤维细胞至第8天时，其细胞集落中有不透光的骨小结节形成；到37天时，小结节扩大、延伸，形成骨小梁样结构。经活体四环素标记显示，所形成的结构为新生骨组织。他们还注意到，成纤维细胞在参与骨形成的过程中并无分化为成软骨细胞或成骨细胞的明确迹象，故推测并未发生此种分化，而成纤维细胞之所以能发挥成骨作用，很可能是受某些诱导因素作用的缘故。他们认为用以培养成纤维细胞的中厚皮片中混杂存在的上皮细胞(或/与内皮细胞)，可能是诱导成纤维细胞形成骨组织的一种诱导因素。而Friedenstein［6，19］较早的实验则认为，属于诱导性骨祖细胞之一种的成纤维细胞，在上皮细胞(如膀胱上皮)或脱钙骨基质等诱导因子作用下，可以分化为成骨细胞进而形成骨组织。邓廉夫［20］等分离培养取自关节内的损伤性和晚期骨关节炎性的滑膜细胞，发现其中的成纤维细胞样细胞增殖迅速，呈束状或交叉铺展并可形成多层结构，细胞表面有其分泌物形成的不透光结节，经四环素标记、ARS(Alizarinred s)和甲苯胺蓝(Toluidine blue)染色，显示结节为新生骨组织。在缺乏常规的诱导因子——上皮细胞的作用下，取自滑膜的成纤维细胞样细胞也能发生成骨作用，他们推测是在关节损伤后或骨关节炎的发生与发展过程中，改变的关节微环境(如TNF样活性物质增多等)可能会触发滑膜的成纤维细胞与骨形成相关的多基因表达，使其向成骨型细胞分化，这样，滑膜成纤维细胞样细胞在体内时即已具备成骨性能，故在培养条件下可发挥成骨作用。Dodda［21］等的研究则

指出，变性滑膜细胞多种细胞因子和生长因子的表达、关节液内多种细胞因子的出现，可能是滑膜成纤维细胞样细胞成骨表型表达的重要始动因素。这些相关的研究表明成纤维细胞成骨表型的表达可能存在着较复杂的调控机制，而其诱导因素也是多样的。

为获取大量具有成骨表型的成纤维细胞并了解其转化机制，邓廉夫［22］等将分离纯化的人皮肤成纤维细胞置于加有不同浓度EGF、IL-6、TNF-α、BMP-2的培养液中进行体外培养，采用生物化学、组织化学和电镜观察等方法检测成纤维细胞成骨性标记物的形成状况，发现TNF-α和BMP-2联合应用，可使成纤维细胞分泌碱性磷酸酶、骨钙素及胶原纤维的量增加；成纤维细胞可由梭形向圆形或多突形转化，蛋白分泌旺盛；细胞外基质中，丰富的胶原纤维定向或杂乱排列，其间散在较多的钙颗粒；细胞可重叠交织形成多层结构，其表面有分泌颗粒和钙盐结晶堆积，并不断融合扩大成骨结节，表明TNF-α和BMP-2可以诱导成纤维细胞成骨。但这种完全由成纤维细胞经诱导而形成的骨组织，在缺乏典型的成骨细胞参与下是否能在体外或植入体内后经改建成为成熟的板层骨及其改建过程如何?仍有待进一步研究。

7　展望

尽管成纤维细胞受哪些因素诱导可以产生成骨作用、这些因素的诱导方式及其机制如何以及成纤维细胞在骨形成中是否分化为成骨细胞等等问题尚未完全解决，但成纤维细胞经诱导可以形成骨组织这一现象已逐渐为广大科学工作者所接受。由于成纤维细胞直接参与了骨折愈合过程中纤维性骨痂的形成，其自身又具备被诱导成骨的能力，可以设想，利用成纤维细胞分布广泛、取材方便、对机体损伤较小、体外培养容易成活、增生繁殖较快等较其它具有成骨作用的细胞(如骨膜成骨细胞、骨髓基质细胞等)优越之处，在体外大量培养扩增成纤维细胞，并施以有效的诱导因素(如上皮细胞、TNG-α和BMP等)使其具备成骨效能，然后与合适的生物材料载体复合，同时使该复合体在体外或体内保持良好的成骨能力并进行一定程度的成骨，则有望获得具有一定的生物力学支撑强度而成骨作用又保持活跃的“活骨”复合体，用以替代自体骨或异体骨回植体内治疗难以自身修复的较大的骨缺损，这无疑将为骨缺损的修复治疗开辟一条新的有辉煌前景的道路。在组织工程技术和生物材料科学已有较大发展的今天，这一设想是极有可能实现的。当然，从目前所处的实验阶段过渡到临床应用尚有很大一段距离，需要解决的问题还很多，而且随着研究的展开和深入，问题可能还会越来越多，但这确实是一项很有临床应用价值和社会、经济效益的重大课题，值得广大基础医学工作者和临床科研人员为之而努力。

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篇3

添加到美容护肤品中的各种生物活性多肽，都是与存在于靶细胞上的特异受体相结合而发挥作用，其主要生物学效应为：趋化诱导炎症细胞，刺激靶细胞增殖和分化，促使靶细胞合成分泌细胞外基质如胶原等。生物活性多肽对胚胎发育、组织再生以及创伤愈合的作用远不止促进细胞分裂和分化作用，还涉及到生物活性物质的合成和分泌、免疫应答，甚至在细胞生长的抑制方面也起重要作用。近年来的研究发现，多种活性多肽在体内皆可诱导血管形成，它们可直接与上皮细胞膜表面特异性受体结合而刺激血管上皮游走和有丝分裂，也可间接通过巨噬细胞介导分泌活性物质促进内皮细胞复制和趋化游走，诱导血管增生。

生物活性多肽具有调节T细胞、B细胞、组织细胞、郎格罕氏细胞和真皮树突的形成、发育、代谢等功能，并影响它们的迁移和生长速率。同时也刺激结缔组织、角化细胞、成纤维细胞和巨噬细胞等分泌细胞因子、淋巴因子、血清蛋白、胞外蛋白和基质多糖。在胚胎发育期，活性多肽通过调节相同或不同类型细胞的活动而参与组织器官形成的调节；对于发育成熟的组织器官，创伤后引发的器官受损、功能削弱，或由于缺少促生长多肽而引起的细胞活力减弱及衰老，活性多肽有显著的修复重建功能。

2．与皮肤有关的生物活性多肽

到目前为止，研究发现的生物活性多肽有几十种，其中有不少已被添加到美容护肤品中，与美容护肤及皮肤软组织损伤修复关系密切的主要有：

成纤维细胞生长因子(FGF)：包括酸性 (aFGF)和碱性 (bFGF)两种。酸性成纤维细胞生长因子(aFGF)属于成纤维细胞生长因子(FGF)家族的成员，是一种多功能的细胞生长因子，对中胚层来源的多种细胞有营养和促分裂、分化作用。上皮细胞、真皮细胞、成纤维细胞、血管内皮细胞、神经细胞、成肌细胞、成骨细胞等均有aFGF的受体，aFGF对这些细胞都可以发挥作用。来源于中胚层和神经外胚层的多功能细胞因子，是作用极强的有丝分裂原，对血管内皮细胞、成纤维细胞、成肌细胞、造骨细胞等都有促分裂作用，并通过其趋化作用和促细胞迁移作用使巨噬细胞、间充质细胞、内皮细胞、成纤维细胞等向创伤部位聚集，启动创伤愈合过程；修复肽直接作用于受损的细胞组织，能促进成纤维细胞生长，促进胶原细胞、角质细胞分裂、增殖，使皮肤深层损伤组织迅速修复，加速伤口愈合，对皮肤组织的各种创伤（包括晒后紫外线灼伤，痤疮，换肤后的脱皮、发红，果酸等导致的皮肤灼伤及磨削后深层肌肤损伤等）的修复具有突出的效果。同时，生物活性肽(aFGF)在延缓皮肤衰老及提供皮肤养分、促进皮肤细胞新生、消除皮肤皱纹等方面有着重要的作用。另外，生物活性肽还可以调节细胞分泌，高效为肌体提供营养，提高肌体免疫力，补充肌肤养分供应，在皮肤受到外界刺激时，自动释放激活人体防御系统，抑制黑色素生成，控制油脂分泌，在使肌肤细胞维持正常状态、保持肌肤活力等方面起着重大作用。

经临床试验证明，aFGF可使皮肤白里透红、滋润光泽、减少皱纹。其综合美容效果评价达92%以上，对祛色斑、粉刺，增强皮肤弹性，修复受损皮肤等综合效果评价达93%以上。该产品具有在人体皮肤环境（pH值为5.8）下稳定性高、活性强，与人体皮肤100%的亲和性等特点，较bFGF更能高效、持久地发挥综合美容养颜效果，其高科技含量使之成为当今最具竞争力的生物美容制品。

3．生物活性多肽的护肤机理

3.1延缓皮肤衰老

皮肤老化是人体衰老的外在表现，是由于内源性和外源性等综合因素共同作用的结果。随着年龄的增长，皮肤的老化越来越明显，主要表现为皮肤干燥、粗糙、皱纹、无光泽、无弹性、苍白、松弛，甚至出现皮肤萎缩、皱裂和老年斑等。阳光照射或其它环境因素也能引起皮肤衰老和受损，降低皮肤细胞活性。皮肤的老化不仅影响了人体的容貌和形象，而且还严重妨碍了人体皮肤的生理功能，甚至还会造成皮肤严重的病理性改变。生物活性多肽是皮肤护理的最佳活性成分，能够控制或调节皮肤老化进程，保护受损皮肤，延缓皮肤老化，对保持正常皮肤的结构和功能、维持机体的正常生理活动和代谢具有重要意义。

以微小颗粒形式或通过特殊传递系统(脂质体、包裹脂质体、微球)，将生物活性多肽添加到霜剂、凝胶、精华素或乳液中，可对衰老皮肤发挥重要的分子生物学效应。生物活性多肽的作用为：(1)在表皮水平上：影响角化细胞的活性和生长，激活角化细胞迁移和上皮化，刺激表皮细胞分化和新生，强烈促进表皮修复和愈合，抑制疤痕形成；(2)在真皮水平上：刺激成纤维细胞活性，增强细胞外基质的结构，提供皮肤养分，促进皮肤伤口愈合和功能再生；(3)在皮肤整体水平上：增强对环境侵害、紫外线照射、污染物、刺激物、致敏剂、和炎性物质的抵抗力，巩固、增强皮肤张力，增加皮肤弹性，促进疤痕组织减退，减少瘢痕形成，延缓皮肤衰老。其主要机制有：（1）促进表皮和真皮层细胞（特别是成纤维细胞、上皮细胞、内皮细胞）增殖、分裂、分化，新生细胞增多20，使皮肤增厚，逐渐恢复皮肤正常结构和生理功能；（2）促进胶原纤维、网状纤维、弹性纤维的形成，调节胶原蛋白和粘多糖的生成，维持皮肤组织中水分含量和电解质代谢平衡，改善干枯皮肤的缺水状态，滋润皮肤组织；（3）通过对血管内皮细胞的作用，促进皮肤组织不断形成新的毛细血管。

4．目前AFGF的临床应用前景

4.1在医学上的应用前景

目前，aFGF的临床应用前景主要是外用于创口的愈合。aFGF可以促进受损部位血管的恢复和重建，恢复和重建受损部位组织功能，增强受损部位抗感染能力，提高受损部位愈合后的强度和弹性，减少疤痕的形成，显著缩短伤口愈合时间。aFGF可以应用于烧伤、外科创伤、难愈性体表溃疡、口腔粘膜糜烂等疾病中。aFGF内服对于胃溃疡等疾病也有很好的疗效。

4.2.在美容上的应用前景

aFGF能平衡色素分布，改善肤色肤质，使皮肤光滑红润；加速各种美容整形手术后皮肤创伤的修复；平皱保湿，增加皮肤弹性，在美容业有潜在的巨大市场。

篇4

[中图分类号] R782.2 [文献标识码] B [文章编号] 1673-9701（2013）15-0053-03

溶胶-凝胶生物活性玻璃是一种含有硅、钠、钙和磷等成分的透明生物活性材料[1]，医用开发的生物活性玻璃具有与天然骨类似的组成，生物相容性好，可与生物组织产生直接的化学结合，植入人体后可参加新陈代谢使骨组织生长，是一类可以与骨组织良好键合的骨修复材料[2]。已发现生物活性玻璃能够促进人成骨细胞增殖[3]。

磁力在20世纪70年代后期被引入正畸学领域以来，就备受关注[4]。研究表明， 0.062 T的静磁场可以促进成骨细胞的增殖[5]。由于以往多为单独研究生物活性玻璃或静磁场对成骨细胞的影响，本研究初次探讨静磁场结合溶胶-凝胶生物活性玻璃同时对成骨细胞的作用，观察成骨细胞在两者共同作用下的增殖性，推断其对牙槽骨改建的潜在影响[6]，为正畸临床医生矫治错畸形患者寻找更好的治疗方法提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 静磁场的设计 参考仇丽鸿等[7]的方法，将两块钕铁硼永磁体（15 cm×9 cm×2 cm）充磁后分别固定于特制的长方形盒子（15 cm×9 cm×2 cm）内。在长方形盒子的间位置可放置96孔细胞培养板，调节96孔细胞培养板及两块钕铁硼永磁体之间的位置关系， 应用特斯拉测定仪测定培养板底部的磁场强度， 使其磁场强度为 0.062 T。

1.1.2 生物活性玻璃 采用溶胶-凝胶法制备的生物活性玻璃58S，由华南理工大学材料学院提供。

1.1.3 实验细胞 Wistar大鼠成骨细胞株由上海拜力生物科技有限公司提供。

1.2 方法

1.2.1 溶胶-凝胶生物活性玻璃的配制 将粉末状的溶胶-凝胶生物活性玻璃 58 S高温高压灭菌后，按1 mg/mL浓度配入培养基，静置24 h后，用0.22 μm过滤膜过滤，最后将其浸提液按1：9稀释10倍待用。

1.2.2 分组方法 复苏Wistar大鼠成骨细胞株，并传代培养至第4代后随机分为四组： ①空白组：成骨细胞培养组；②溶胶-凝胶生物活性玻璃实验组：溶胶-凝胶生物活性玻璃溶剂内成骨细胞细胞生长组；③静磁场作用下成骨细胞实验组：0.062 T静磁场作用下成骨细胞生长组；④静磁场作用下溶胶-凝胶生物活性玻璃实验组：0.062 T静磁场作用下，溶胶-凝胶生物活性玻璃溶剂内成骨细胞生长组。

1.2.3 细胞增殖（MTT）的测定 用含 5%胎小牛血清得培养液配成单个细胞悬液，以每孔 104个细胞接种到 96 孔板，每孔体积 100 μL，每个样本做 3 个复孔。37℃、5 mL/L CO2培养箱中培养24 h、48 h、72 h、120 h。每孔加 MTT 溶液（5 mg/mL用 PBS 配制，pH=7.4）20 μL。继续孵育4 h，终止培养，小心吸取孔内培养上清液。每孔加 150 μL DMSO，振荡 10 min，使结晶物充分溶解。选择 490 nm 波长，在酶联免疫监测仪上测定各孔光吸收值，记录结果，以时间为横坐标，吸光值为纵坐标绘制细胞生长曲线。

1.3 统计学方法

所有数据采用SPSS 13.0 统计软件处理。差异分析应用方差分析和t检验，P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

见表1。随着细胞培养时间的增加，各组细胞出现不同程度的增殖，通过任意两组组间比较t值在24 h、48 h、72 h、120 h时间点的比较，可知四组间成骨细胞在24 h、48 h、72 h、120 h各个时间点的增殖性存在显著性差异。本研究结果表明，与空白组相比，三个实验组的增值率在48 h之前均呈现递增趋势，48 h之后均呈现递减趋势，在48 h达到最高点；并且成骨细胞的增殖率在48 h时，58 S溶胶-凝胶生物活性玻璃与0.062 T静磁场共同作用组最高。

3 讨论

随着生物磁技术与人工材料的发展，有关磁场、人工材料作用与生物学效应的研究，取得了积极的成果，各类磁场强度治疗及生物活性玻璃在医学中的基础和临床应用研究越来越广泛。但是有关静磁场和生物活性玻璃对骨组织作用和相关代谢机制的研究较少[8]。课题组首次应用体外研究探讨静磁场加生物活性玻璃同时对成骨细胞增殖的影响，为今后进一步基础及临床研究打下基础。

本研究结果表明，与空白组相比较，0.062 T磁感应强度的静磁场、溶胶-凝胶法制备的生物活性玻璃58S、以及二者共同作用，在这三种因素作用下，成骨细胞增殖率均在48 h之前呈现递增趋势，48 h之后均呈现递减趋势，在48 h时达到最高点；58S溶胶-凝胶生物活性玻璃与0.062 T静磁场共同作用组的成骨细胞增殖率在任何时间点均高于其余三组。由本实验研究可得出，磁感应强度为0.062 T的静磁场与溶胶-凝胶法制备的生物活性玻璃58S相互协调、共同作用，对成骨细胞的增殖起到相互加强的作用。

成骨细胞不仅是骨形成的主要效应细胞，而且对破骨细胞的分化和成熟具有重要调控作用，因此在骨改建的过程中处于一个中心调控的地位。牙-牙槽骨独特的生物学特性是正畸牙得以移动的基础。0.062 T磁感应强度的静磁场与溶胶-凝胶法制备的生物活性玻璃58 S相互协调、共同作用时，更强地促进成骨细胞的增殖。而增殖是生物体最根本的生命活动，对于骨缺损、骨吸收等骨性疾病，促增殖作用显得尤为重要，由此静磁场加生物活性玻璃可更好地促进牙槽骨的改建，这为今后静磁场加生物活性玻璃在临床正畸治疗上的应用研究奠定基础。

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