口腔骨组织生物学

1、口腔骨组织生物学1.掌握骨组织的生物学特征及细胞成分。2.掌握牙槽骨的生物特性及组织形态特点。3.熟悉骨基质成分。4.熟悉牙周膜及牙骨质。5.了解研究骨组织代谢在口腔医学中的意义。 骨的生物学基础第一节骨细胞成骨细胞骨衬里细胞破骨细胞 源自局部骨组织源自局部骨组织骨表面骨表面 造血组织造血组织包被于钙化骨基质包被于钙化骨基质一、骨组织的细胞一、骨组织的细胞一、成骨细胞 负责骨基质形成和矿化的细胞成骨细胞的形态n成骨细胞在骨基质沉淀活跃部位呈单层排列，立方状，单核，胞质嗜碱性。n成熟的成骨细胞含大量线粒体，高尔基复合体和粗面内质网。成骨细胞的功能n合成膜结合型碱性磷酸酶，参与矿化及跨膜的信号传导

2、n合成骨基质分子 I型胶原 非胶原蛋白 骨钙素 骨涎蛋白 骨桥蛋白 蛋白多糖 激素 生长因子受体成骨细胞的来源与归宿n来源于多潜能间充质干细胞n包埋于骨基质中者，退化为骨细胞；覆盖在骨表面者，退化为骨衬里细胞。二、破骨细胞（一）破骨细胞的形态n多核巨细胞n无定形，胞核从几个到上百个，胞质嗜酸性。n电镜下，可见特殊结构：皱褶缘，清晰区。n高表达的抗酒石酸酸性磷酸酶（tartrate resistant acid phosphatase)和组织蛋白酶K（cathepsin K)是破骨细胞主要标志。n皱褶缘：破骨细胞行使骨吸收功能时与骨表面相对的部分细胞膜高度折叠形成皱褶状，这部分胞膜上有质子泵等结

3、构，主要承担细胞内外的物质交换。n清晰区：行使骨吸收功能的破骨细胞胞质内存在一个没有细胞器的区域，在电镜下由于电子密度低，故称之。在破骨细胞及其所附着的骨面之间通过整合素形成一个封闭区。破骨细胞细胞膜分区 1) When an osteoclast is not resorbing bone, it shows no signs of polarized membrane domains. 2) Once the osteoclast starts the resorbing, it quickly polarizes its membrane into distinct domains. R

4、uffled border (RB) is a membrane domain facing the bone surface, where the actual resorption takes place. Sealing zone (SZ) forms a tight contact to the bone, sealing the proteolytic enzymes and acid into the forming resorption lacuna. Basolateral membrane (BL) faces towards the bone marrow. 3) When

5、 the osteoclast is actively resorbing bone, a fourth domain arises into the basolateral membrane, the functional secretory domain (FSD), which acts as a route of osteoclasts to exocytose the resorbed material. SZ(sealing zone)密封区，即清晰区 RB(ruffled border)褶皱区 BL(basolateral membrane)基底外侧膜 FSD(functiona

6、l secretory domain)功能性分泌区（二）破骨细胞的来源破骨细胞来源于造血系统的单核细胞破骨细胞来源于造血系统的单核细胞（三）破骨细胞的功能n破骨细胞的主要功能：1.吸收骨、牙本质和钙化的软骨1.Osteocyte 2.bone surface骨吸收步骤 与骨表面附着 细胞极性化 形成封闭区 形成骨吸收陷窝 脱离骨面或细胞死亡对矿物质的降解低pH状态溶解羟磷灰石。质子泵、破骨细胞膜上碳酸脱氢酶（CA II）及氯离子通道等对骨基质中矿化的降解产生影响。对有机质的降解溶酶体半胱氨酸蛋白酶和基质金属蛋白酶（MMPs）The resorbing bone surface at the w

7、all of the lacuna is rough and reveals a network of collagen fibers like that observed on the surface of Howships lacunae. Many osteocytes are extensively surrounded by spherules which obscure their surface.（1）成骨细胞参与破骨细胞在骨表面附着的调节n骨衬里细胞离开矿化骨表面n分泌蛋白酶消化类骨质n合成的非胶原蛋白含有特殊氨基酸序列，提供破骨细胞与骨基质附着的位点（三）破骨细胞的功能 2.

8、与成骨细胞相互作用（2）成骨细胞合成破骨细胞吸收刺激因子nPGEnPDGF（3）成骨细胞参与破骨细胞分化成熟的调节n破骨细胞前体分化成熟过程中，与成骨细胞胞体接触是必不可少的。（4）破骨细胞影响成骨细胞（三）破骨细胞的功能n3.免疫细胞骨细胞n存在于矿化的骨基质陷窝内n由成骨细胞退化而来n与相邻细胞、骨衬里细胞及新骨形成部位表面的成骨细胞通过细长的细胞质突起相连接。n感应机械刺激，并将其转化为化学信号。骨细胞与骨基质附着机械信号化学信号整合素 整合素与细胞骨架复合体整合素通过纽带蛋白、talin、肌动蛋白原与细胞骨架相连，参与到骨组织中应力信号向细胞内的传递。二、骨基质 （一）胶原主要为型胶原

9、 骨钙素 (Osteocalcin)n骨基质中最丰富的非胶原蛋白。骨基质中最丰富的非胶原蛋白。n三个三个- 羧基谷氨酸残基，提供钙结合位点参与骨基质矿羧基谷氨酸残基，提供钙结合位点参与骨基质矿化或调节晶体增长。化或调节晶体增长。n由成骨细胞分泌，是其最晚表达的一个特征标志，也是其由成骨细胞分泌，是其最晚表达的一个特征标志，也是其活性的一个指标。前成骨细胞不合成骨钙素。活性的一个指标。前成骨细胞不合成骨钙素。The secondary structure of osteocalcin. Gla residues are present at positions 17, 21 and 24 and

10、 a disulphide bridge is present between residues 23 and 29.（二）非胶原蛋白nRGD序列，可与细胞表面的整合素结合n存在于矿化骨基质骨涎蛋白（bone sialoprotein）骨桥蛋白（osteopontin）n与骨涎蛋白是姐妹蛋白，表达于分化骨细胞，并非骨组织特有。nRGD序列n在骨的矿化及成骨细胞和破骨细胞与骨基质的黏附过程中起作用n细胞介导的免疫反应骨黏连蛋白（osteonectin）n与钙和胶原结合的区域n参与骨基质矿化的开始过程（五）生长因子骨形成蛋白转化生长因子-集落刺激因子-1颗粒细胞集落刺激因子碱性成纤维细胞生长因子胰

11、岛素样生长因子 调节成骨/破骨第二节 牙槽骨组织的生物学特点一、牙槽骨的组织形态特点牙槽骨是颌骨包围牙龈的突起部分，又称之为牙槽突。按解剖部位可分为n固有牙槽骨n密质骨n松质骨（一）固有牙槽骨 alveolar bone proper 牙槽窝的内壁，又称筛状板筛状板，围绕于牙根周围，与牙周膜相邻。其结构致密，属于密质骨。X线下为围绕牙周膜外侧的一条阻射线，称硬骨板硬骨板。 牙周组织出现炎症或承受咬合创伤时， 硬骨板首先受累。 近牙周膜侧束状骨 近骨髓侧哈弗系统（二）密质骨 cortical bone 位于牙槽骨的外层，密质骨。 外表面平行骨板 深部哈弗系统（三）松质骨 sponge bone

12、固有牙槽骨和密质骨之间，内由骨小梁和骨髓构成，骨髓腔为神经，血管所在部位。二、牙槽骨的生物特征n化学成分：矿化物，蛋白质，水n形态上：密质骨机械支持，保护 松质骨代谢n胚胎发育：膜内化骨n特性：高度可塑性（临床应用，生理调节）n其他：不同部位，结构有差异三、牙周膜n位于牙根和牙槽骨之间的结缔组织n由细胞，纤维和基质组成n内有血管，淋巴， 神经，上皮剩余n悬韧带作用胶原纤维人体各部都有大量胶原纤维。 到目前为止，只确认了29种不同的胶原蛋白，其中90%以上是一型胶原蛋白。nCollagen one：皮肤，腱，血管，韧带，骨nCollagen two：软骨nCollagen three：网状纤维n

13、Collagen four：基底板nCollagen five：头发，胎盘原胶原三螺旋结构示意图（一）牙周纤维n 牙周膜的纤维主要由胶原纤维和Oxytalan纤维组成，其中胶原纤维汇集成粗大的纤维束，并有一定的排列方向，称为 主纤维主纤维 n 主纤维一端埋入牙骨质，另一端埋人牙槽骨，埋在牙骨质和牙槽骨中的纤维称穿通纤维或沙比纤维（沙比纤维（sharpeys fiber）（二）牙周膜中的重要细胞成分n成纤维细胞n来源于牙囊组织，属于外胚间充质细胞n增殖能力更强，表达碱性磷酸酶活性和环磷酸腺苷更强n牙周膜中的主要细胞1.分泌胶原，合成基质未分化干细胞（undifferentiated stem c

14、ell）具有分化为成骨细胞，成牙骨质细胞和成纤维细胞的能力。基质基质n黏蛋白，糖蛋白n牙周膜中的胶原纤维，蛋白糖原和组织液在牙齿承受咀嚼力时构成缓冲系统。Neural Interconnect and Cellular MatrixNote nerves and nerve bundles (yellow), extracellular supporting matrix (red), and ganglion cells (blue).牙周膜的生物学特性n成纤维细胞胶原生成和更新n成骨细胞产生新骨，保持牙齿与牙周的正常联系n成牙骨质细胞产生新牙骨质，修复牙骨质 口腔骨改建第三节第三节包括骨吸

15、收与骨形成一、花生四烯酸代谢产物在骨改建中的作用（一）影响前列腺素产生的因素1、许多影响组织改建的激素、生长因子和细胞激肽都可以促进骨组织中PG的产生2、PG存在自身放大作用3、机械力可以导致骨组织中PG的产生（二）前列腺素和骨吸收的关系1、前列腺素促进破骨细胞的产生和骨组织改建2、前列腺素是机械力引起细胞代谢变化的重要介质3、前列腺素是其他细胞激肽、生长因子引起骨吸收的中间介质（三）前列腺素与骨形成的关系n前列腺素对骨代谢作用的浓度依赖性n前列腺素受体存在于成骨细胞表面二、第二信号系统在骨改建中的作用目前公认的第二信使cAMPcGMP三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DG）Ca2+三、骨改建

16、的调节因子（一）白细胞介素-1对骨组织的作用n一种多功能的细胞激肽，有IL-1和IL-1两型n全身多种细胞都可以产生n目前发现最强的骨吸收促进因子 IL-1 前列腺素 骨吸收 吲哚美辛成骨细胞胶原酶成骨细胞胶原酶胶原降解（二）肿瘤坏死因子对骨组织的影响n可以直接作用于破骨细胞，促进破骨细胞前体向破骨细胞的分化n促进成熟破骨细胞作用必须通过成骨细胞介导（三）转化生长因子-1对骨组织的作用 TGF- 1通过促进基质蛋白的形成、蛋白酶抑制剂的生成及减少基质金属蛋白酶的合成达到促进组织基质生成的目的。a polypeptide member of the transforming growth fac

17、tor beta superfamily of cytokines. It is a secreted protein that performs many cellular functions, including the control of cell growth, cell proliferation, cell differentiation and apoptosis. In humans, TGF-1 is encoded by the TGFB1 gene.（四）胰岛素样生长因子对骨组织的作用 IGF的主要作用是促进DNA合成和蛋白质合成，促进成骨细胞增殖，加强成骨细胞活性。

18、IGF间接作用于破骨细胞。机械力 刺激 IGF mRNAIGF蛋白质合成成骨细胞骨基质 合成（五）成纤维细胞生长因子对骨组织的作用n多种生物学功能的多肽n骨吸收的局部调节因子 FGFs, are a family of growth factors involved in angiogenesis, wound healing, and embryonic development. The FGFs are heparin-binding proteins and interactions with cell-surface associated heparan sulfate proteoglycans have been shown to be essential for FGF signal tra