骨細胞

骨細胞
骨の横断面
単一の骨細胞を示す図
詳細
位置	骨
識別子
ラテン	骨細胞
メッシュ	D010011
TH	H2.00.03.7.00003
ＦＭＡ	66779
微細解剖学の解剖学用語 [Wikidataで編集]

骨細胞は、樹状突起を持つ扁平な形の骨細胞で、成熟した骨で最も一般的に見られる細胞です。生物自体と同じくらい長く生きることができます。 ^[1]成人の体内には約420億個の骨細胞があります。^[2] 骨細胞は分裂せず、平均半減期は25年です。骨細胞は骨前駆細胞に由来し、その一部は活性骨芽細胞（さらに骨細胞に分化する場合もあります）に分化します。^{[1]骨芽細胞/骨細胞は}間葉系で発達します。

成熟した骨では、骨細胞とその突起は、それぞれラクナ（ラテン語で「くぼみ」の意味）と小管と呼ばれる空間の中に存在します。^[1]骨細胞は、分泌するマトリックスに閉じ込められた骨芽細胞です。 それらは、ギャップ結合を介して栄養素と老廃物の交換に使用される小管と呼ばれる小さな管を占める長い細胞質伸展を介して互いにネットワーク化されています。

骨細胞は合成活性が低下しており、（骨芽細胞のように）有糸分裂ができないものの、さまざまな機械感覚機構を介して骨基質の日常的な代謝回転に積極的に関与しています。骨細胞は、破骨細胞に比べて急速で一時的な骨溶解と呼ばれる機構を介して骨を破壊します。ハイドロキシアパタイト、炭酸カルシウム、リン酸カルシウムが細胞の周囲に沈着します。

骨細胞は星形で、深さと幅は約 7 マイクロメートル、長さは 15 マイクロメートルです。^[3]細胞体のサイズは直径 5～20 マイクロメートルで、細胞あたり 40～60 個の細胞突起を含み、^[4]細胞間の距離は 20～30 マイクロメートルです。^[3]成熟した骨細胞には、血管側に位置する単一の核と、1 つまたは 2 つの核小体と膜があります。^[5]また、細胞は、小胞体、ゴルジ体、ミトコンドリアのサイズが縮小しており、細胞突起は、円周方向のラメラでは骨表面に向かって、同心円状のラメラ骨では骨単位に典型的なハバース管と外側のセメント線に向かって大きく放射状に伸びています。^[5]骨細胞は、石灰化したI型コラーゲンマトリックス内に広範な小腔管ネットワークを形成し、細胞体は小腔内に存在し、細胞/樹状突起は小管と​​呼ばれるチャネル内に存在する。^[6]

化石記録によると、4億～2億5千万年前の無顎魚の骨には骨細胞が存在していたことが分かっています。^{[7]骨細胞の大きさはゲノムの大きさと}相関関係にあることが示されており、この関係は古ゲノム研究で利用されてきました。^[8]

骨形成の過程で、骨芽細胞は「類骨骨細胞」として骨基質に残され、埋め込まれます。類骨骨細胞は、長い細胞プロセスを通じて他の骨芽細胞との接触を維持します。^[9]最近、血管平滑筋細胞が骨細胞の分化を促進することが示されましたが^[10]、骨細胞形成のほとんどの側面は依然としてほとんどわかっていません。さまざまな分子が関与していると報告されています。例として、マトリックスメタロプロテアーゼ（MMP）、象牙質マトリックスタンパク質1（DMP-1）、骨芽細胞/骨細胞因子45（OF45）、クロトー、TGF-β誘導因子（TIEG）、リゾホスファチジン酸（LPA）、E11抗原、酸素などがあります。^[6]骨芽細胞の10～20％が骨細胞に分化します。^[6] 骨表面にある骨芽細胞は骨細胞として埋没する運命にあり、マトリックスの産生を遅くし、活発にマトリックスを産生し続ける近隣の骨芽細胞によって埋没する。^[11]

Palumbo ら (1990) は、骨芽細胞から成熟骨細胞までの 3 つの細胞タイプを区別しています。タイプ I 前骨細胞 (骨芽細胞)、タイプ II 前骨細胞 (類骨細胞)、タイプ III 前骨細胞 (部分的にミネラル マトリックスに囲まれている) です。^[11]埋め込まれた「類骨細胞」は、ミネラル化の調節と、コラーゲンやその他のマトリックス分子の切断を必要とする結合樹状突起の形成という 2 つの機能を同時に実行する必要があります。^[12]運動性骨芽細胞から閉じ込められた骨細胞への変換には約 3 日かかり、この間に細胞は自身の細胞体積の 3 倍の量の細胞外マトリックスを生成します。その結果、成熟骨細胞の細胞体は元の骨芽細胞の体積と比較して 70% の体積減少になります。^[13] 細胞は多角形から石灰化前面に向かって樹状突起を伸ばし、続いて血管腔または骨表面まで伸びる樹状突起を持つ細胞へと劇的な変化を遂げます。^[12]骨芽細胞が骨細胞に移行すると、アルカリホスファターゼが減少し、カゼインキナーゼIIが増加し、オステオカルシンも増加します。^[12]

骨細胞は低酸素状態に耐性のあるタンパク質が豊富に含まれており、これは骨細胞が埋め込まれた位置にあり、酸素供給が制限されているためだと思われます。^[14] 酸素圧は骨芽細胞から骨細胞への分化を制御し、骨細胞の低酸素状態は非使用性骨吸収に役割を果たしている可能性があります。^[14]

骨細胞は比較的不活性な細胞ですが、神経系と同様に分子の合成と修正、長距離での信号伝達が可能です。^[6]骨細胞は骨の中で最も一般的な細胞タイプです（牛の骨では1立方ミリメートルあたり31,900個、ラットの骨では1立方ミリメートルあたり93,200個）。 [ ^6] 骨の機能に重要な役割を果たす受容体活性のほとんどは、成熟した骨細胞に存在します。^[6]

骨細胞は骨量の重要な調節因子である。^{[15] [16]}骨細胞には骨折後に神経成長因子を産生するグルタミン酸トランスポーターが含まれており、これは感知および情報伝達システムの証拠である。^[6]骨細胞を実験的に破壊すると、骨吸収の顕著な増加、骨形成の減少、海綿骨の損失、および除荷に対する反応の喪失が示された。^[6]

骨細胞は、骨のリモデリングが起こる一時的な解剖学的構造である基本多細胞単位（BMU）内の骨芽細胞と破骨細胞の活動を制御する機械感覚細胞です^[16] 。[17] 骨細胞は、骨形成を可能にするために骨芽細胞にリクルートするために、細胞突起を介して骨芽細胞に伝達される抑制シグナルを生成します。^{[ 18]}

骨細胞は、リン酸などのミネラルの代謝における重要な内分泌調節因子でもある。^[15]骨細胞特異的タンパク質であるスクレロスチンは、ミネラル代謝において機能することが示されており、また、骨細胞によって高度に発現され、リン酸とバイオミネラリゼーションを調節するPHEX、DMP-1、MEPE、FGF-23などの他の分子も同様である。 ^{[12] [16]} 骨細胞の調節は疾患と関連している可能性がある。例えば、リンダ・ボーンウォルドは、骨細胞が FGF23 を生成し、これが血流を介して移動し、腎臓によるリンの放出を誘発することを突き止めた。十分なリンがないと、骨や歯が柔らかくなり、筋肉が弱くなり、X連鎖性低リン血症となる。^{[15] [19] [16] [14]}

骨細胞は、LRP5/LRP6共受容体に結合してWntシグナル伝達を鈍らせることで骨形成を阻害する分泌タンパク質であるスクレロスチンを合成する。 ^{[16] [7]} SOST遺伝子産物であるスクレロスチンは、骨形成骨芽細胞と骨吸収破骨細胞の間のコミュニケーションの最初のメディエーターであり、骨リモデリングに重要である。^[20]骨細胞のみがスクレロスチンを発現し、これは傍分泌的に骨形成を阻害する。^[20]スクレロスチンは、副甲状腺ホルモン（PTH）と機械的負荷によって阻害される。^[20] スクレロスチンは、骨と軟骨の形成を誘導するサイトカインであるBMP（骨形成タンパク質）の活性に拮抗する。^[17]

骨壊死は、細胞死と複雑な骨形成および骨吸収のプロセスの典型的なパターンを指します。骨細胞壊死 (ON) は、造血細胞および脂肪細胞の壊死とともに間質性骨髄浮腫で始まります。ON は、約 2 ～ 3 時間の無酸素状態後に発生します。骨細胞壊死の組織学的徴候は、低酸素状態から約 24 ～ 72 時間経過するまで現れません。ON は、最初に核の濃縮を特徴とし、続いて中空の骨細胞小腔が続きます。壊死部位の周辺で毛細血管の再血行と反応性充血がわずかに発生し、続いて骨吸収と骨形成を組み合わせた修復プロセスが起こり、死骨が生きた骨に不完全に変化します。死んだ骨の断片的な吸収とともに、死んだ骨梁の上に新しい骨が重なります。骨吸収が骨形成を上回り、骨の完全な除去、軟骨下骨梁の構造的完全性の変形、関節不適合、軟骨下骨折を引き起こす。^[21]

ヒトCD34 + 幹細胞の骨芽細胞形成能に関する、臨床的に重要なゲルベースのin vitro 3Dモデル研究が報告されている。この結果から、ヒトCD34 + 幹細胞は独自の骨形成分化能を有し、損傷した骨の早期再生に使用できることが確認された。 ^{[22]骨細胞は、}老化、変性/壊死、アポトーシス（プログラム細胞死）、および/または破骨細胞の取り込みの結果として死滅する。 ^[1]骨中の死んだ骨細胞の割合は、出生時の1％未満から80歳以降では75％まで加齢とともに増加する。 ^{[23]骨細胞のアポトーシスは、おそらく}骨粗鬆症 の発症につながるメカノトランスダクションの減少に関連していると考えられている。^[24]アポトーシスを起こした骨細胞は、破骨細胞をリクルートするためにRANKLを発現するアポトーシス小体を放出する。^[12]

機械的負荷は、 in vitro で骨細胞の生存率を高め、骨のラクノ-小管系を介した溶質輸送に寄与し、酸素と栄養素の交換と骨細胞への拡散を促進します。^{[24]骨格の除荷は、} in vivo で骨細胞低酸素症 を誘発することが示されており、これは骨細胞がアポトーシスを起こし、骨を再吸収するために破骨細胞を動員するときです。^[24] 骨の微小損傷は、周期的な負荷の反復イベントの結果として発生し、アポトーシスによる骨細胞の死と関連しているようで、アポトーシスは、損傷部位でリモデリングを実行するために破骨細胞を標的とするシグナルを分泌するようです。^[24]正常な状態では、骨細胞はTGF-βを大量に発現し、骨吸収を抑制しますが、骨が老化するとTGF-βの発現レベルが低下し、RANKLやM-CSFなどの破骨細胞刺激因子の発現が増加し、骨吸収が促進され、骨粗鬆症につながります。^[24]

骨細胞を機械的に刺激すると、ヘミチャネルが開き、PGE2 や ATP などの生化学的シグナル分子が放出されます。これらは、骨形成と骨吸収のバランスを維持する上で重要な役割を果たします。^{[25]骨細胞の細胞死は、骨粗鬆症や}変形性関節 症などの病態に伴って発生する可能性があり、骨の脆弱性が高まり、微小損傷を感知したり修復を知らせたりする能力が失われます。^{[12] [26]}固定（床上安静）の結果として起こる酸素欠乏、グルココルチコイド治療、酸素の除去はすべて、骨細胞のアポトーシスを促進することが示されています。^[12]現在では、骨細胞がインプラント生体材料の存在に対してさまざまな方法で反応することが認識されています。^[27]

• 胚葉由来のヒト細胞タイプのリスト
• 成人の体内の異なる細胞タイプのリスト

ウィキメディア・コモンズには、骨細胞に関連するメディアがあります。

• 組織学画像: 02003loa – ボストン大学の組織学学習システム – 「軟骨と骨および骨の組織形成: 細胞」* 組織学画像: 02705loa – ボストン大学の組織学学習システム – 「軟骨と骨および骨の組織形成: 緻密骨」* =D ou.edu の組織学