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| 軟骨細胞 | |
|---|---|
 | |
| 詳細 | |
| 位置 | 軟骨 |
| 関数 | 軟骨基質の生成と維持 |
| 識別子 | |
| ラテン | コンドロキトゥス |
| メッシュ | D019902 |
| TH | H2.00.03.5.00003 |
| ＦＭＡ | 66782 |
| 微細解剖学の解剖学用語 [Wikidataで編集] | |
軟骨細胞（/ ˈ k ɒ n d r ə s aɪ t , - d r oʊ -/、[1]ギリシャ語 の χόνδρος (chondros) 「軟骨」と κύτος (kytos) 「細胞」に由来）は、健康な軟骨にのみ存在する細胞です。軟骨細胞は、主にコラーゲンとプロテオグリカンからなる軟骨基質を生成し、維持します。軟骨芽細胞という言葉は未熟な軟骨細胞を表すのによく使用されますが、この用語は正確ではありません。なぜなら、軟骨細胞の前駆細胞（間葉系幹細胞）は、骨芽細胞を含むさまざまな種類の細胞に分化できるためです。
発達
軟骨細胞の系統は、最も分化度の低いものから最も分化度の高いものまで次のようになります。
- コロニー形成単位 -線維芽細胞
- 間葉系幹細胞/骨髄間質細胞
- 軟骨細胞
- 肥大軟骨細胞
間葉系（中胚葉由来）幹細胞は未分化であり、一般に骨軟骨形成（または骨形成、軟骨形成、骨前駆細胞など）細胞として知られるさまざまな生殖細胞に分化できることを意味します。骨、またはこの場合は軟骨について言えば、もともと未分化であった間葉系幹細胞は多能性を失い、増殖して、軟骨化部位で軟骨形成細胞（軟骨）の密集した集合体として密集します。これらの軟骨形成細胞は、いわゆる軟骨芽細胞に分化し、次に基質（低浸透圧ポテンシャルの場合はプロテオグリカン、グリコサミノグリカン）と繊維からなる軟骨細胞外マトリックス（ECM）を合成します。軟骨芽細胞は、通常不活性である成熟した軟骨細胞ですが、条件によってはマトリックスを分泌して分解することができます。
細胞培養研究によると、過剰なビタミンAは軟骨細胞によるコンドロイチン硫酸の合成を阻害し、発育中の胎児の軟骨形成を阻害し、四肢の奇形を引き起こす可能性がある。[2]
軟骨細胞は、軟骨内骨化の過程で肥大化すると最終分化を起こします。この最終段階は、細胞における 大きな表現型の変化を特徴とします。
構造
軟骨基質内の軟骨細胞は、丸みを帯びた構造または多角形の構造をしています。例外は組織境界、たとえば関節の関節面にあり、そこでは軟骨細胞は平らであったり円盤状であったりします。細胞内の特徴は、合成活性細胞の特徴です。ヒト成人大腿骨顆軟骨の全層における細胞密度は、20 歳から 30 歳まで 14.5 (±3.0) × 10 3細胞/ mm 2に維持されます。加齢とともに軟骨細胞の老化が起こりますが、正常な成人関節軟骨では有糸分裂像は見られません。成人軟骨細胞の構造、密度、合成活性は、その位置によって異なります。平らな細胞は、細胞密度が最も高い領域である表層で、コラーゲン繊維に沿って表面と平行に配向しています。中間層では、軟骨細胞はより大きく、より丸みを帯びており、ランダムな分布を示し、コラーゲン繊維もよりランダムに配列されている。より深い層では、軟骨細胞はコラーゲン繊維とともに軟骨表面に対して垂直に配向した柱を形成する。軟骨細胞は、異なる層内の位置に応じて異なる挙動を示す可能性がある。一次軟骨細胞培養では、合成特性におけるこれらの層間の違いが持続する可能性がある。一次繊毛は、成長板の発達における細胞の空間的配向に重要であり、軟骨細胞の感覚器官である。一次繊毛は、無翼型（Wnt）およびヘッジホッグシグナル伝達の中心として機能し、機械受容性受容体を含む。[3]
遺伝学
生成される軟骨細胞の数とその成熟プロセスは、複数の異なる遺伝子とタンパク質の影響を受ける可能性があります。骨形成タンパク質4（BMP-4）と線維芽細胞増殖因子2（FGF2）という2つのタンパク質は、軟骨細胞への分化の量に影響を与えることが確認されています。[4]両方のタンパク質は、BMP-4によるシグナル伝達と刺激因子としてのFGF2を介して、胚性幹細胞の中胚葉細胞への分化に役割を果たすことが知られています。中胚葉から、細胞は多くの異なるタイプの細胞に分化していきます。中胚葉を刺激するBMP-4とFGF2に加えて、これらのタンパク質を処理すると、それぞれ軟骨形成培地と骨形成培地で培養した場合に、軟骨形成細胞と骨形成細胞に分化する細胞の数が増幅されることも示されています。[4]軟骨形成細胞の場合、この治療により、軟骨形成（凝縮した間葉組織から軟骨を形成し、軟骨細胞に分化するプロセス）において重要な役割を果たす転写因子Sox9の発現が増加したことが示された。
軟骨内骨化は、ほとんどの脊椎動物の軸骨格が軟骨から硬化した骨に形成される過程である。この過程は軟骨原基から始まり、そこで軟骨細胞が集まり成熟過程を開始する。軟骨細胞が所望の速度で完全に成熟すると、軟骨組織は骨に硬化する。[5]この過程はほとんどの脊椎動物で同様であり、生存における骨格の重要性が大きいため厳密に制御されている。逸脱、誤調節、突然変異は生物にとって有害または致命的となることが多いため、生物にはほとんど見られない。これが、軟骨細胞の成熟が厳密に制御されている理由である。軟骨細胞の成熟が速すぎたり遅すぎたりすると、生物が妊娠期または幼児期を生き延びられない可能性が高くなります。骨格形成に密接に関与する遺伝子の1つがXylt1である。[6]通常、この遺伝子は、細胞の成長、増殖、接着などのプロセスを制御するための細胞シグナル伝達中に使用されるプロテオグリカンへのグリコサミノグリカン（GAG）側鎖の付加を触媒する役割を担っています。 [7]このプロセスで使用される2つの主要なプロテオグリカンは、ヘパラン硫酸プロテオグリカン（HSPG）とコンドロイチン硫酸プロテオグリカン（CSPG）であり、これらは軟骨細胞外マトリックスに高レベルで存在し、軟骨細胞の成熟の調節に不可欠です。 GAG鎖が適切に機能すると、軟骨細胞の成熟速度が制御され、十分な細胞が軟骨原基に集まるようになります。 Xylt1は、軟骨細胞と適切な骨格形成に不可欠な遺伝子であり、成熟の厳密な調節における重要な要素です。しかし、2014年にマウスでXylt1遺伝子の変異pugが研究され、軟骨細胞の早期成熟を引き起こすことが判明しました。ホモ接合pug対立遺伝子を持つ動物は小人症を示し、野生型の動物と比較して骨がかなり短くなります。[6]これらの生物は、典型的な Xylt1 遺伝子の活性の低下と GAG 鎖レベルの低下を示します。この変異により、HSPG と CSPG に追加される GAG 鎖が少なくなり、軟骨細胞の成熟を厳密に制御できる複合体が少なくなります。GAG 鎖とプロテオグリカン複合体が適切に機能できず、軟骨原基の軟骨細胞に誤った信号が送られ、軟骨細胞が急速に成熟して骨化します。適切な量の軟骨細胞が軟骨原基に集まることができないため、骨化に必要な軟骨が不足し、最終的に骨が短くなります。
pug変異は軟骨細胞の未成熟に関係していますが、他の複数の変異は軟骨細胞の増殖を変化させます。その一例である線維芽細胞増殖因子受容体3（FGFR-3）遺伝子にある点変異G380Rは、小人症の一種である軟骨無形成症を引き起こします。[8]軟骨無形成症は、自然突然変異によって引き起こされるか、常染色体優性遺伝します。ホモ接合優性遺伝子型とヘテロ接合性遺伝子型の両方が軟骨無形成症の症状を示しますが、ヘテロ接合性遺伝子型の方が症状が軽い場合が多いです。変異した対立遺伝子を持つ人は、近位長肢の短縮や中顔面低形成など、軟骨内骨化障害のさまざまな症状を示します。変異していない FGFR-3 遺伝子は線維芽細胞増殖因子(FGF) の発現に関与しており、軟骨細胞の増殖が適切に起こるように一定レベルを維持する必要があります。G380R 変異により、FGFR-3 は FGF を過剰発現し、軟骨細胞外マトリックス内のバランスが崩れます。軟骨細胞は急速に増殖し、軟骨原基での組み立てを妨げ、骨の形成に悪影響を及ぼします。この変異は用量様式で作用します。つまり、1 つのコピーのみが存在する場合でも FGF 発現の取り込みはありますが、変異のコピーが 2 つある場合よりも少なくなります。[8]
軟骨細胞初代培養
軟骨細胞は、プロナーゼとコラーゲナーゼによる軟骨の連続酵素消化によって調製され、DMEM-F12細胞培養培地で培養される。[9]
医療用途
オーストラリアでは、培養された自己軟骨細胞の懸濁液であるOrtho-ACIが、膝、膝蓋骨、足首に関連する軟骨病変の治療に適応されています。 [10] [11]
ギャラリー
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硝子軟骨中の軟骨細胞 -
参照
参考文献
- ^ “Chondrocyte”. Lexico.com . 2019年10月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ Lewis CA、Pratt RM、Pennypacker JP 、Hassell JR (1978年5月)。「ビタミンAによる体外四肢軟骨形成の阻害：細胞表面特性の変化」。発達生物学。64 (1): 31–47。doi :10.1016/0012-1606(78)90058-1。PMID 566229 。
- ^ Goldring SR、Goldring MB (2017)。「正常関節の生物学」。Firestein GS、Budd RC、Gabriel SE、McInnes IB、O'Dell JR (編)。Kelley and Firestein's Textbook of Rheumatology (第10版)。Elsevier Health Sciences。pp. 1–19。ISBN 978-0-323-41494-4。
- ^ ab Lee TJ、Jang J、Kang S、Jin M、Shin H、Kim DW、Kim BS (2013 年 1 月)。「BMP-4 および FGF2 処理による中胚葉系誘導によるヒト胚性幹細胞の骨形成および軟骨形成分化の促進」。生化学および生物物理学的研究通信。430 (2): 793–7。doi :10.1016/ j.bbrc.2012.11.067。PMID 23206696 。
- ^ Mackie EJ、Ahmed YA、 Tatarczuch L、Chen KS、Mirams M (2008-01-01)。「軟骨内骨化：発達中の骨格で軟骨が骨に変わる仕組み」。国際生化学・細胞生物学誌。40 (1): 46–62。doi :10.1016/ j.biocel.2007.06.009。PMID 17659995 。
- ^ ab Mis EK、Liem KF、Kong Y、Schwartz NB、Domowicz M、Weatherbee SD（2014年1月）。「フォワード遺伝学は、Xylt1を初期の軟骨細胞の成熟と骨格長の重要な保存された調節因子として定義しています」。発達生物学。385 （1 ）：67–82。doi ：10.1016/ j.ydbio.2013.10.014。PMC 3895954。PMID 24161523 。
- ^ Lavery B, Stevenson RL (2014-12-04). 宝島劇（レポート）. doi :10.5040/9780571352654.00000004.
- ^ ab Segev O, Chumakov I, Nevo Z, Givol D, Madar-Shapiro L, Sheinin Y, et al. (2000年1月). 「ヒトFGFR-3(G380R)トランスジェニックマウスにおける軟骨細胞の増殖と成熟の抑制、および異常な成長板の血管新生と骨化」. Human Molecular Genetics . 9 (2): 249–58. doi : 10.1093/hmg/9.2.249 . PMID 10607835.
- ^ Ahmad, Nashrah; Ansari, Mohammad Y.; Bano, Shabana; Haqqi, Tariq M (2020-08-01). 「Imperatorinは、初代ヒトOA軟骨細胞におけるERK-MAPK/AP1シグナル伝達を阻害することにより、IL-1β誘導性iNOS発現を抑制する」。国際免疫薬理学。85 :106612。doi : 10.1016/j.intimp.2020.106612。ISSN 1567-5769。PMC 8418334 。
- ^ 「処方薬および生物学的製剤：TGA年次概要2017」。医薬品・医療品管理局（TGA）。2022年6月21日。 2024年3月31日閲覧。
- ^ 「細胞療法」.医薬品・医療品管理局 (TGA) . 2022年8月12日. 2024年3月31日閲覧。
さらに読む
- Dominici M、Hofmann TJ、Horwitz EM (2001)。「骨髄間葉系細胞：生物学的特性と臨床応用」。生物学的調節因子および恒常性因子ジャーナル。15 (1): 28–37。PMID 11388742 。
- Bianco P、Riminucci M、 Gronthos S、 Robey PG (2001)。「骨髄間質幹細胞：性質、生物学、潜在的応用」。幹細胞。19 (3): 180–92。doi : 10.1634/ stemcells.19-3-180。PMID 11359943。S2CID 12197415 。
外部リンク
- 組織学画像: 03317loa – ボストン大学の組織学学習システム
- 幹細胞情報