成纖維細胞

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成纖維細胞(fibroblast)成纖維細胞是疏鬆結締組織的主要細胞成分細胞呈梭形或扁的星狀

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,具有突起。根據不同的功能活動狀態,將細胞分為成纖維細胞和纖維細胞二型:成纖維細胞乃是功能活動旺盛的細胞,細胞和細胞核較大,輪廓清楚,核仁大而明顯,細胞質嗜鹼性,具明顯的蛋白質合成和分泌活動;纖維細胞(fibrocyte)功能活動不活躍,細胞輪廓不明顯,核小著色深,核仁不明顯,細胞質少。此二型細胞可互相轉化。  

目錄

來源及特徵

成纖維細胞:數目最多,胞體大,為多突的紡錘形或星形的扁平細胞,細胞核呈規則的卵圓形,細胞輪廓不清。

成纖維細胞攝取所需的胺基酸,如脯氨酸賴氨酸等,在粗面內質網核蛋白體上合成前α多肽鏈(proalpha polypeptide chain),多肽鏈輸送到高爾基複合體後,組成前膠原分子(procollagen)。前膠原分子由分泌囊泡帶到細胞表面,然後通過胞吐作用釋放到細胞外。在前膠原肽酶催化下,將每一前α多肽鏈的尾段除去,成為原膠原分子(tropocollagen)。許多原膠原分子成行平行排列,結合成具有周期性橫紋的膠原原纖維。由膠原原纖維互相結合形成膠原纖維

結締組織中最常見的細胞,由胚胎時期的間充質細胞(mesenchymal cell)分化而來。在結締組織中,成纖維細胞還以其成熟狀態—纖維細胞(fibrocyte)的形式存在,二者在一定條件下可以互相轉變。 不同類型的結締組織含成纖維細胞的數量不同。通常,疏鬆結締組織中成纖維細胞的數量比同樣體積的緻密結締組織中所含成纖維細胞的數量要少,故分離培養成纖維細胞多以真皮等緻密結締組織為取材部位〔2,3〕。 成纖維細胞形態多樣,常見的有梭形、大多角形和扁平星形等,其形態尚可依細胞的功能變化及其附著處的物理性狀不同而發生改變。成纖維細胞胞體較大,胞質弱嗜鹼性,胞核較大呈橢圓形,染色質疏鬆著色淺,核仁明顯。電鏡下,其胞質可見豐富的粗面內質網、游離核糖體和發達的高爾基複合體,表明它具有合成和分泌蛋白質的功能。成纖維細胞尚可合成和分泌膠原纖維、彈性纖維網狀纖維及有機基質。它合成的前膠原蛋白分子經內切酶作用,聚合和重排,可形成與成骨細胞合成分泌的膠原原纖維一樣具有64nm(640Å)周期橫紋的膠原原纖維,膠原原纖維經互相粘合形成膠原纖維。經檢測,這兩種細胞合成分泌的膠原纖維均是Ⅰ型膠原纖維,在形態和生化結構上完全相同〔4,5〕。 處於成熟期或稱靜止狀態的成纖維細胞,胞體變小,呈長梭形,粗面內質網和高爾基複合體均不發達,被稱為纖維細胞。在外傷等因素刺激下,部分纖維細胞可重新轉變為幼稚的成纖維細胞,其功能活動也得以恢復,參與組織損傷後的修復。另外,在結締組織中,仍保留著少量具有分化潛能的間充質細胞,它們在創傷修復等情況下可增殖分化為成纖維細胞。  

創傷修復

一般創傷修復

各種創傷均會造成不同程度的細胞變性、壞死和組織缺損,必須通過細胞增生和細胞間基質的形成來進行組織修復。在此修復過程中,成纖維細胞起著十分重要的作用。以傷口癒合過程為例,成纖維細胞通過有絲分裂大量增殖,並從4~5天或6天開始合成和分泌大量的膠原纖維和基質成分,與新生毛細血管等共同形成肉芽組織,填補傷口組織缺損,為表皮細胞的覆蓋創造條件。在傷口癒合中,成纖維細胞主要來源於真皮乳頭層的局部成纖維細胞和未分化的間充質細胞,以及血管周圍的成纖維細胞和周細胞內臟損傷時,參與修復過程的成纖維細胞多來自間質和包膜,以及粘膜下或漿膜下層的結締組織。有人認為創傷癒合過程中傷處聚集的大量成纖維細胞,一方面是由成纖維細胞通過分裂增殖而來,另一方面,更多地是由鄰近的間充質細胞、纖維細胞和毛細血管周細胞等演變或遊走到傷處。在創傷修復的後期,成纖維細胞通過分泌膠原酶參與修復後組織的改建。在某些病理條件下,以成纖維細胞為主要細胞成分的肉芽組織或增生組織塊還可以在非骨組織內發生鈣化,引起異位骨化(ectopic ossification)。但對於異位骨化的參與細胞及其機制尚不十分清楚,未分化間充質細胞、成纖維細胞、內皮細胞和毛細血管周細胞等可劃歸為誘導性骨祖細胞的細胞都有可能參與這一過程  

骨創傷修復

最簡單和常見的骨創傷即是骨折,其癒合過程須經過炎性反應、清掃、纖維骨痂和骨性骨痂4個階段。不同階段參與的細胞主體不同。成纖維細胞從骨折第3天起就出現於骨折局部血腫中,骨折後5天即在機化血腫及骨折斷端的間隙及其周圍大量存在,是參與纖維骨痂階段的主要細胞成分。在此階段成纖維細胞一方面大量分裂增殖,一方面又合成和分泌大量Ⅰ型膠原,使肉芽組織逐步變成疏鬆的結締組織,將骨斷端包圍起來,形成接合兩骨折斷端的巨大的纖維骨痂。然而,這種由無數成纖維細胞和豐富的肉芽組織為主體構成的纖維結締組織卻不會演變為在其它組織創傷修復時常見的瘢痕組織,而是通過鈣鹽結晶在其內部不斷沉積,逐漸演變為骨性骨痂,使骨折局部的修復達到骨性癒合,恢復骨組織的結構。此時,骨折癒合部只有骨組織而不再存在成纖維細胞。  

培養

成纖維細胞的分離培養一開始並不涉及成骨作用,而主要是用於研究細胞的老化、各種外來因子對細胞的損傷、細胞在體外條件下的惡性轉化、以及某些先天性代謝異常、酶缺陷等。由於皮膚成纖維細胞易於獲取,又易於在體外生長,故目前皮膚成纖維細胞培養已在基礎醫學和臨床醫學研究中得到較廣泛的運用,其分離培養技術已相對成熟,對其體外生長規律也有了較全面的認識。

成纖維細胞的原代培養可用酶消化法或組織塊法,其中組織塊法又因其操作簡便、條件易於控制而應用更為普遍。通常,以酶消化法獲得的成纖維細胞懸液在接種後5~10min即可見細胞以偽足初期附著,與底物形成一些接觸點;然後細胞逐漸呈放射狀伸展,胞體的中心部分亦隨之變扁平;最快者大約在接種後30min,細胞貼附底物即較為完全,呈現成纖維細胞的形態。採用組織塊法則大約在接種後2~3天[2,3]到1周左右,在接種的皮膚組織塊周圍長出細胞。待細胞融合成片,鋪滿培養容器底壁大部分時即可進行傳代。一般都採用胰蛋白酶(trypsin),將成纖維細胞從底壁消化下來後分瓶作傳代培養。成纖維細胞在體外培養條件下能保持良好的分裂增殖能力。細胞分裂時變為球形;分裂後又平鋪在附著物的表面成為有突起的扁平細胞。體外培養的成纖維細胞,其生命期限與物種等因素有關。例如:人胚成纖維細胞約可培養50代;恆河猴皮膚成纖維細胞能傳代超過40代;雞胚成纖維細胞則只有少數能培養30代;而小鼠成纖維細胞多數隻能生長8代左右。另外,從老年個體取得的成纖維細胞的壽命要比取自年輕者短。由於在細胞傳代和進行體外培養時,細胞的生物學特性會逐漸發生一些不同於體內的改變,故通常只將前10代視這正常細胞,可在此時將生長旺盛的成纖維細胞凍存起來,以備將來復甦使用,這在將培養的細胞由動物實驗向人體實驗過渡的過程中必須給予足夠的重視。  

展望

儘管成纖維細胞受哪些因素誘導可以產生成骨作用、這些因素的誘導方式及其機制如何以及成纖維細胞在骨形成中是否分化為成骨細胞等等問題尚未完全解決,但成纖維細胞經誘導可以形成骨組織這一現象已逐漸為廣大科學工作者所接受。由於成纖維細胞直接參与了骨折癒合過程中纖維性骨痂的形成,其自身又具備被誘導成骨的能力,可以設想,利用成纖維細胞分布廣泛、取材方便、對機體損傷較小、體外培養容易成活、增生繁殖較快等較其它具有成骨作用的細胞(如骨膜成骨細胞、骨髓基質細胞等)優越之處,在體外大量培養擴增成纖維細胞,並施以有效的誘導因素(如上皮細胞、TNG-α和BMP等)使其具備成骨效能,然後與合適的生物材料載體複合,同時使該複合體在體外或體內保持良好的成骨能力並進行一定程度的成骨,則有望獲得具有一定的生物力學支撐強度而成骨作用又保持活躍的「活骨」複合體,用以替代自體骨或異體骨回植體內治療難以自身修復的較大的骨缺損,這無疑將為骨缺損的修復治療開闢一條新的有輝煌前景的道路。在組織工程技術和生物材料科學已有較大發展的今天,這一設想是極有可能實現的。當然,從目前所處的實驗階段過渡到臨床應用尚有很大一段距離,需要解決的問題還很多,而且隨著研究的展開和深入,問題可能還會越來越多,但這確實是一項很有臨床應用價值和社會、經濟效益的重大課題,值得廣大基礎醫學工作者和臨床科研人員為之而努力。

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