多核細(xì)胞的形成機(jī)理及其運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)意義

1、多核細(xì)胞的形成機(jī)理及其運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)意義第23卷第6期體育成人教育學(xué)刊JournalofSportsAdultEducation2007年12月Dec,2007多核細(xì)胞的形成機(jī)理及其運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)意義戚正本(武漢體育學(xué)院健康科學(xué)學(xué)院,湖北武漢430079)摘要:綜述了多核細(xì)胞骨骼肌細(xì)胞和破骨細(xì)胞形成的機(jī)理;從運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)的角度,闡述了多核細(xì)胞在運(yùn)動(dòng)為體育運(yùn)動(dòng)實(shí)踐提供更多更好的服務(wù).關(guān)鍵詞:運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué);多核細(xì)胞;骨骼肌細(xì)胞;破骨細(xì)胞中圖分類號(hào):G804.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1672.268X(2007)06004903Formationmechanismofcoenocyteanditssignifican

2、ceinsportsmedicineffQIZhengbenAbstractThepaperexpatiatesontheformationmechanismofskeletalmusclecellandosteoclastcellanddiscussesthepracticalsignificanceofcoenocyteintreatingtheosteoporosis,exerciseinducedskeletalfatigueandmuscularinjuryrecovery.Keywordsexercisemedicine;coenocyte;skeletalmusclecell;o

3、steoclastcellAuthor'SaddressHealthSeienceDept.,WuhanInst.ofP.E,Wuhan430079,China骨骼肌細(xì)胞和破骨細(xì)胞是含有至少3個(gè)細(xì)胞核的成熟細(xì)胞,特稱為多核細(xì)胞.關(guān)于多核細(xì)胞的生物學(xué)意義,是近20年來開始被人們關(guān)注的課題.在經(jīng)典的生物學(xué)教科書中,對(duì)只含有一個(gè)核的一般細(xì)胞的形態(tài),功能論述較多;但對(duì)含有多文旨在就多核細(xì)胞進(jìn)行綜述性探討,期待為運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)提供理論依據(jù),從而更好地為體育實(shí)踐服務(wù).1多核細(xì)胞形成的機(jī)理孟文等人在實(shí)驗(yàn)性大鼠隱睪術(shù)后,觀察到伴隨精子發(fā)生過程的紊亂和障礙,出現(xiàn)了多核細(xì)胞,并認(rèn)為多核細(xì)胞形成方式可與:(1)核

4、分裂而胞質(zhì)不分裂;(2)核分裂受阻,多個(gè)細(xì)胞的胞質(zhì)發(fā)生融合;(3)退變的生精細(xì)胞互相聚集粘連;(4)巨噬細(xì)胞吞噬變質(zhì)的生精細(xì)胞有關(guān).有文獻(xiàn)指出,在不同器官組織中可出現(xiàn)多核細(xì)胞的情況有以下幾種:(1)在組織發(fā)生過程中,常有多核細(xì)胞的形成.(2)多核細(xì)胞的出現(xiàn)是組織生理性再生和修復(fù)性再生的表現(xiàn)之一.(2)當(dāng)組織受到不利的內(nèi)在或外在因素作用時(shí),以無絲分裂形式形成多核細(xì)胞.(4)當(dāng)有絲分裂活動(dòng)降低時(shí)可出現(xiàn)多核細(xì)胞.(5)常見于染色體損傷較嚴(yán)重的組織中.(6)在低痘病毒在雞胚絨毛作囊膜及雞胚成纖維細(xì)胞交替?zhèn)鞔?可以明顯誘發(fā)細(xì)胞融合,使雞胚成纖維細(xì)胞融合形成多量多核細(xì)胞.孟文等人認(rèn)為目前對(duì)多核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)

5、研究較少,而對(duì)其形成及生物學(xué)意義爭論較多.并認(rèn)為,異常環(huán)境所形成的多核細(xì)胞,屬于機(jī)體組織一種抗損傷的遺傳性防御反應(yīng).2骨骼肌細(xì)胞和破骨細(xì)胞形成的機(jī)理2,1骨骼肌細(xì)胞形成的觀點(diǎn)傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)觀點(diǎn)認(rèn)為有3條途徑:(1)骨骼肌損傷時(shí):肌衛(wèi)生細(xì)胞(分裂)一(變成紡錘形的)成肌細(xì)胞一(多個(gè)成肌細(xì)胞融合成管狀的)多核細(xì)胞(稱為肌管)一(變成)骨骼肌纖維.(2)有實(shí)驗(yàn)表明,破碎骨骼肌纖維的細(xì)胞核及其周圍的肌漿可變?yōu)槌杉〖?xì)胞.(3)也有實(shí)驗(yàn)表明,結(jié)締組織中的某種細(xì)胞也可分化為成肌細(xì)胞.2.1.2骨骼肌肌纖維(細(xì)胞)的數(shù)量以往的觀點(diǎn)認(rèn)為,骨骼肌細(xì)胞屬于永久性細(xì)胞,出生后不能分裂,一旦受損不能再生.因此,人在出生后4

6、5個(gè)月,肌肉內(nèi)肌纖維的數(shù)量就已確定.近年來,這種觀點(diǎn)發(fā)生了變化.1990年Fisher等建立了大鼠鈍挫傷模型,傷后2448h出現(xiàn)了許多肌細(xì)胞核,形態(tài)類似衛(wèi)星細(xì)胞,30天后原損傷處肌肉愈合,未見異常.過家興也認(rèn)為:訓(xùn)練后肌肉肥大,除肌纖維增粗外,還由于肌纖維的"縱向分裂作用",造成了肌纖維數(shù)量的增加.早在1873年Kolliker就報(bào)道了破骨細(xì)胞(OC),然而OC為高代謝的分化終末細(xì)胞,組織含量極少又非常脆弱,體外培外培養(yǎng)的方法,使體外研究OC成為可能.有關(guān)破骨細(xì)胞的來源,至今仍無定論.主要觀點(diǎn)有:(1)破骨細(xì)胞的骨源性起源學(xué)說.(2)破骨細(xì)胞骨外血源性起源學(xué)說,(3)破骨細(xì)

7、胞與單核巨噬細(xì)胞系統(tǒng)的關(guān)系,(4)破骨細(xì)胞來源于造血干細(xì)胞的粒巨噬細(xì)胞集落形成單位.多數(shù)學(xué)者認(rèn)為:破骨細(xì)胞是由造血干細(xì)胞分化而成,在骨?49?戚正本:多核細(xì)胞的形成機(jī)理及其運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)意義髓中,單核細(xì)胞融合成多核巨形的破骨細(xì)胞,無增殖能力,且數(shù)量較少.成熟破骨細(xì)胞的生成有賴于兩種細(xì)胞因子:單核一巨噬細(xì)胞集落刺激因子(MCSF)和破骨細(xì)胞分化因子(RANKL).近年來對(duì)誘導(dǎo)破骨細(xì)胞分化因子的研究表明破骨前體細(xì)胞膜上的特異性受體細(xì)胞核因子B受體活化因子(RANK)NKKB受體活化因子配體(RANKL)表達(dá)至關(guān)重要.可以這樣推斷:不論處于何種分化水平的前體細(xì)胞,只要有條件激活它的RANK信號(hào)傳導(dǎo)通路,就

8、可以實(shí)現(xiàn)破骨細(xì)胞的分化.這也許能解釋無論是骨髓單核細(xì)胞,外周血單核細(xì)胞,還是組織中成熟的巨噬細(xì)胞,都可在一定條件下轉(zhuǎn)化為能會(huì)為繼續(xù)探討破骨細(xì)胞起源提供一個(gè)新視點(diǎn).3骨骼肌細(xì)胞和破骨細(xì)胞的細(xì)胞核功能細(xì)胞生物學(xué)認(rèn)為,細(xì)胞核是真核細(xì)胞內(nèi)最大,最重要的細(xì)胞器,其主要成分是核酸和蛋白質(zhì).細(xì)胞核載有全部基因組,既是遺傳信息儲(chǔ)存的場所,也是細(xì)胞內(nèi)基因復(fù)制,RNA轉(zhuǎn)錄的中心,對(duì)細(xì)胞代謝,生長,分化,繁殖,衰老,死亡等生命活動(dòng)起重要的調(diào)控作用.因此,細(xì)胞的"核"在形態(tài)上只是核物質(zhì)的集中區(qū)域,在功能上是遺傳信息傳遞的中樞,是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的控制臺(tái).從體育實(shí)踐的角度,骨骼肌細(xì)胞的細(xì)胞核可以具有合成

9、更多的蛋白質(zhì),以滿足骨骼肌細(xì)胞活動(dòng)時(shí),收縮蛋白和調(diào)節(jié)蛋白新陳代謝的需要.從運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)損傷的角度,破骨細(xì)胞的細(xì)胞核可以合成含有多種水解酶的細(xì)胞器溶酶體,溶解掉多余的骨膠原纖維,以達(dá)到滿足骨組織形成過程中骨痂的改建,使骨折部位的等人觀察到,骨痂中的破骨細(xì)胞則出現(xiàn)在新生骨小粱及礦化胞對(duì)骨組織的吸收過程為激活的破骨細(xì)胞以清亮區(qū)密接于骨面而形成一個(gè)封閉的吸收區(qū),推測其脫鈣過程為破骨細(xì)胞皺折緣上的質(zhì)子泵將細(xì)胞內(nèi)碳酸酐酶解離碳酸形成的H泌出細(xì)胞外,造成局部低pH值而使骨脫鈣,并完成骨鹽的吸收.吸收完成后,吸收區(qū)為成骨細(xì)胞的成骨活動(dòng)所替代.影響破骨細(xì)胞功能的主要因素有激素,破骨細(xì)胞活化因子,破骨細(xì)胞抑制因子如轉(zhuǎn)

10、移生長因子p,x干擾素,二磷酸要.骨保護(hù)素由成骨細(xì)胞或基質(zhì)細(xì)胞分泌,能抑制破骨細(xì)胞的形成.給正常小鼠注入骨保護(hù)素,可引起破骨細(xì)胞減少,活骨細(xì)胞增多,骨小梁減少,骨質(zhì)丟失加快,骨密度降低.4研究多核細(xì)胞在運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)中的理論與實(shí)踐意義多核細(xì)胞是在生物學(xué)科課程特別是人體解剖學(xué)課程學(xué)習(xí)?50?過程中,與體育運(yùn)動(dòng)以及運(yùn)動(dòng)損傷聯(lián)系最多的細(xì)胞骨骼肌細(xì)胞和破骨細(xì)胞;前者是人體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力器官,后者是人骨折時(shí)康復(fù)過程中骨改建的重要細(xì)胞.關(guān)于多核細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)意義,有學(xué)者認(rèn)為,異常環(huán)境下生和修復(fù)性再生條件下多核細(xì)胞形成方式有無區(qū)別,以及出現(xiàn)的生物學(xué)意義,近20年來開始被人們所關(guān)注.(1)治療骨質(zhì)疏松骨質(zhì)疏松是一種以全

11、身性骨量減少和骨組織微細(xì)結(jié)構(gòu)破壞為特征,導(dǎo)致骨脆性增加和骨折危險(xiǎn)性增高的骨骼疾病,其發(fā)病機(jī)制尚未完全明了.現(xiàn)已知其發(fā)病與多種因素有關(guān):如常分為原發(fā)性和繼發(fā)性兩型,前者包括絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥和(OPG)有著密切的關(guān)系.因此,人們正嘗試將OPG的抗骨吸oPG有刺激正常鼠骨密度增加和改善去卵巢鼠骨丟失的作用,因而人們?cè)诮^經(jīng)后女性腹部皮下注射0PG,亦顯示出肯骨質(zhì)疏松癥的臨床診斷.有學(xué)者認(rèn)為破骨細(xì)胞凋亡與骨轉(zhuǎn)換進(jìn)程密切相關(guān),細(xì)胞凋亡過早,骨吸收的深度過淺,不能有效去除損傷的骨組織,而細(xì)胞凋亡過晚,則骨吸收深度過深,造成骨密度下降和骨微藥物,如雌激素,雙膦酸鹽等均對(duì)破骨細(xì)胞凋亡有作用,可見通過調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞

12、凋亡來改變骨吸收與骨形成的失衡狀態(tài)是治療骨代謝疾病,尋找新藥的又一新的思路.(2)治療運(yùn)動(dòng)性骨疲勞運(yùn)動(dòng)性骨疲勞是由于過勞性損傷所致的運(yùn)動(dòng)性疾病,介頻繁超負(fù)荷的下肢,常見于田徑運(yùn)動(dòng)員和舞蹈演員.陳佑學(xué)等人運(yùn)用高電壓,低電流動(dòng)物刺激儀,刺激實(shí)驗(yàn)兔進(jìn)行主動(dòng)跑跳訓(xùn)練,成功地模擬出運(yùn)動(dòng)性骨疲勞的動(dòng)物模型.結(jié)果顯示:2周訓(xùn)練后,x線及核素骨顯像均呈陰性,血甲狀旁腺素和血骨鈣素顯著高于正常組,血睪酮顯著低于正常組,脛骨皮質(zhì)骨吸收腔顯著增加,組織學(xué)表現(xiàn)為破骨細(xì)胞增加;電鏡觀察骨細(xì)胞呈吸收相.繼續(xù)跑跳訓(xùn)練34周可使疲勞向損傷轉(zhuǎn)化,x線出現(xiàn)輕微骨膜反應(yīng),核素骨顯像呈現(xiàn)陽性,血生化及組織學(xué)出現(xiàn)應(yīng)力性損傷的變化.并認(rèn)

13、為:運(yùn)動(dòng)性骨疲勞的發(fā)生是一個(gè)由骨細(xì)胞直接參與的破骨細(xì)胞性重吸收大于成骨細(xì)胞性骨再生的生理過程,僅表現(xiàn)為Howship's陷凹增多和少量顯微裂紋的出現(xiàn);高血甲狀旁腺素,高血骨鈣素和低血睪從形態(tài)學(xué)上證實(shí),運(yùn)動(dòng)性骨疲勞的發(fā)生是由于多種骨的細(xì)胞變化的共同作用.因此,根據(jù)影響破骨細(xì)胞活性的因素,特別是破骨細(xì)胞抑戚正本:多核細(xì)胞的形成機(jī)理及其運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)意義制因子中的骨保護(hù)素等因子的比例,改變破骨細(xì)胞的活性等方法,對(duì)于改善和恢復(fù)運(yùn)動(dòng)性骨疲勞是有積極意義的.骨骼肌損傷是運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)的常見損傷之一,其發(fā)生率從10%55%不等,傷后愈合時(shí)間長且愈合質(zhì)量不可靠,容易疼痛,僵硬,再次損傷和肌萎縮,直至肌肉疤痕形成,

14、導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)能力喪失.因此,如何防治骨骼肌損傷,加快愈合速度和提高愈合質(zhì)量,成為困擾運(yùn)動(dòng)員,教練員和醫(yī)生的難題之一.在小鼠急性骨骼肌鈍挫傷修復(fù)過程中,注射轉(zhuǎn)基因成肌細(xì)胞能提高損傷后lIb型肌球蛋白重鏈mRNA表達(dá)水平,促進(jìn)肌纖維的增生,加速骨骼肌愈合進(jìn)程.同時(shí),損傷局部注射轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)人類胰島素樣生長因子I基因的成肌細(xì)胞后,使得損傷局部波形蛋白mRNA表達(dá)降低,在一定程度上抑制了骨骼肌的纖維化程度,有助于提高肌肉的質(zhì)量.此外,干細(xì)胞研究是當(dāng)前醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn),肌肉干細(xì)干細(xì)胞.肌肉干細(xì)胞增殖使得肌肉組織形成和發(fā)展;成人體內(nèi)存在兩類具有干細(xì)胞樣特性的細(xì)胞,一類稱為衛(wèi)星細(xì)胞,另一類稱為肌源干細(xì)胞.在正常條件下

15、,衛(wèi)星細(xì)胞處于靜止?fàn)顟B(tài),沿著肌纖維分布.當(dāng)肌肉出現(xiàn)損傷時(shí),衛(wèi)星細(xì)胞可發(fā)育分化為成肌細(xì)胞,成肌細(xì)胞可互相融合成為多核的肌纖維,形成內(nèi),體循環(huán)的中性白細(xì)胞增加,同時(shí),損傷的組織會(huì)引起巨噬細(xì)胞歸巢運(yùn)動(dòng),并釋放趨向因子和細(xì)胞因子,伴隨出現(xiàn)單核白的細(xì)胞因子,會(huì)引起衛(wèi)星細(xì)胞的增殖.也有人觀察到,體外培養(yǎng)條件下,白細(xì)胞抑制因子進(jìn)入骨骼肌會(huì)引起衛(wèi)星細(xì)胞的增它災(zāi)害,肌肉遭到嚴(yán)重?fù)p傷無法修復(fù)時(shí),必須借助移植的成人肌肉干細(xì)胞來促進(jìn)肌肉的恢復(fù),這一研究也是各國醫(yī)學(xué)界研究的重點(diǎn).近年來,有文獻(xiàn)報(bào)道骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在一定條件下向成骨細(xì)胞,軟骨細(xì)胞,肌細(xì)胞等分化,并被認(rèn)為是一種非常有l(wèi)5代骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞分別注入用無水酒精

16、損傷的裸鼠腿部肌肉和正常對(duì)照的裸鼠腿部,結(jié)果注入損傷處人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞分化為骨骼肌而對(duì)照組人骨髓問充質(zhì)干細(xì)胞被吸收.實(shí)驗(yàn)組在術(shù)后12d病理檢查顯示,由人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞定向分化肌細(xì)胞的胞漿可見明顯的橫紋,用抗人MyoD1標(biāo)記細(xì)胞核呈現(xiàn)陽性.在發(fā)育成熟的骨骼肌中,因?yàn)榧〖?xì)胞已肉受到損傷時(shí),雖然可以激活肌衛(wèi)星細(xì)胞并參與受損組織的問充質(zhì)干細(xì)胞體外培養(yǎng)和擴(kuò)增,再進(jìn)行自體移植是恢復(fù)損傷肌肉組織的理想途徑.5參考文獻(xiàn)1孟文,高佩安,王新成,等,人工隱睪術(shù)后大鼠生精上皮反應(yīng)性變化過程中多核細(xì)胞的形態(tài)學(xué)觀察J.泰山醫(yī)學(xué)院,1990,ll(1):1822.2肖履中.雞痘病毒誘發(fā)細(xì)胞融合現(xiàn)象的觀察J.黑龍江畜牧

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