作者：河南省洛阳正骨医院（河南省骨科医院）髋关节科     骆聪聪

骨骼是人体内部的支撑系统，在维持运动功能、造血功能、保护内脏器官和神经系统等方面发挥着重要作用。骨骼有很强的再生能力，即在部分骨组织丢失后能重新形成具有基本形状和功能的骨组织。一般情况下，骨骼损伤可在无干预情况下自行修复，但如果是严重的骨缺损，例如骨缺损长度＞2cm或骨周长损失超过50％时，骨再生机制会被打乱，从而发生骨折不愈合。造成骨折不愈合的原因有很多种，包括损伤引起的骨丢失、血管损伤、免疫反应失调、感染和骨髓炎等。目前，骨折不愈合以手术治疗为主，应用广泛的是植骨手术，即将异体骨或自体骨作为移植物实现骨骼修复，但异体骨可能引发自身免疫排异反应，自体骨移植也有感染、神经损伤、术后疼痛等并发症风险。研究显示，单核细胞不仅可在特定条件下分化为多种细胞，如血管内皮细胞（EC）、破骨细胞等，还可通过多种细胞因子影响其他细胞而为成骨活动提供条件。本文从单核细胞概述、分化为EC、分化为破骨细胞、去分化机制与促成骨细胞作用等方面进行综述，以期为临床提供参考。

单核细胞概述

单核细胞是白细胞的一个亚群，在维持机体稳态、识别和清除病原体中发挥关键作用，依据各自细胞簇状分化（CD）表达抗原的不同通常分为3个亚群：经典型（CD14＋CD16－）、非经典型（CD14dimCD16＋）和中间型（CD14＋CD＋）。单核细胞曾一度被认为是简单的阿米巴样细胞，仅具有吞噬异物和病原体的功能。但随着研究的深入，研究者们认识到，单核细胞在细胞因子的作用下可以实现细胞种类之间的转变，发挥调控细胞分化、修复骨缺损的作用。研究显示，在骨移植物中植入自体单核细胞，利用单核细胞的多种促成骨作用可以提高骨移植物的成活率及其长期活力。另有学者们在面颌骨重建手术中分别使用异体颗粒骨和自体髂骨进行骨缺损修补，并以是否在植骨的同时应用单核细胞和内皮前体细胞为条件，将异体骨植骨患者再次分组，术后CT检查结果显示，使用自体骨配合细胞移植的患者骨缺损愈合良好，植入的骨块体积在后续的跟踪中均有所增大。但此临床应用的成熟性还未得到进一步的证实，还需要更多的临床观察加以佐证。

单核细胞分化为EC

单核细胞的血管再生功能      单核细胞在内皮生长因子（VEGF）作用下，既可调控EC，又可自身分化为EC，为保障骨缺损部位良好的血液灌注发挥积极作用。Zhangetal研究显示，单核细胞可分泌富含转化生长因子-β3、VEGF-A和趋化因子配体12（CXCL-12）的大囊泡作用于毛细血管生成区域，发挥促血管再生功能，还可以通过CXCL-12介导的趋化作用，招募并迁移更多的单核细胞，快速形成毛细血管网。Arderiuetal研究显示，小鼠缺血组织中缺氧的EC释放富含组织因子的细胞外微囊泡（EMV），EMV中含有高水平的mir-126分子可促进血管生成，同时可诱导单核细胞聚集到缺血区并分化为EC样细胞，增加组织血液灌注。Lopes-coelhoetal也通过体外模型（colony-formingunits培养基加入基底膜基质和VEGF以及单核细胞）和小鼠在体模型（使用健康男性捐赠者的人单核细胞与基底膜基质混合植入小鼠皮下）证实，单核细胞有向EC分化的途径，且具有促进血管生成的作用。

单核细胞血管再生功能的初步应用     单核细胞的血管修复和再生机制是当下的研究热点，其用于骨缺损部位的血管构筑、保证骨重建过程的营养供应前景广阔。Nasirietal将融合蛋白固定在血管移植物表面，在静态或流动条件下以剪应力依赖的方式捕获血源性单核细胞，将固定有融合蛋白的无细胞组织工程血管植入小鼠主动脉后，可形成能够表达单核细胞特异性蛋白的内皮细胞，这说明在正确的化学和生物力学信号下，单核细胞能够直接促进无细胞血管移植物的内皮化和血管壁的形成。Smithetal将肝素和VEGF修饰的无细胞人工血管植入小鼠主动脉，1个月后将小鼠安乐死后取植入部位的组织进行检查，结果显示，移植物重建了管腔和血管壁，采用特异性免疫染色法检测发现，再生的管腔和血管壁表面显示出单核细胞标志物，说明单核细胞有可能通过其表面的VEGF受体捕获被移植腔上的VEGF后分化为m2-巨噬细胞，再通过旁分泌作用产生纤维细胞生长因子、血小板衍生生长因子、转化生长因子-β、基质细胞衍生物和VEGF等细胞因子促使EC向内生长，从而改善骨缺损部位血供，促进骨缺损修复。

单核细胞分化为破骨细胞

单核细胞除了可以分化为EC，促进新生血管形成，增加局部组织的血液灌注，为骨缺损区域提供必要的营养物质和氧气之外，还可以向破骨细胞分化。破骨细胞作为骨吸收的主要功能细胞，其过度活化会导致骨吸收与骨形成之间的动态平衡被打破，从而影响骨缺损的修复进程。因此，通过抑制单核细胞向破骨细胞分化，可以为骨缺损的修复带来积极影响。

单核细胞分化为破骨细胞的机制研究     破骨细胞在旧骨组织的溶解和吸收中发挥主要作用，有助于进行基本的骨维护、骨修复和骨重塑，在骨稳态的维持中扮演着关键角色。此外，破骨细胞还可以通过促进成骨细胞功能的发挥和血管生成来促进骨形成。单核细胞分化为破骨细胞的机制以及涉及的相关细胞通路，为修复骨缺损提供了新的思路。ＫAmiyAetAl利用白细胞介素（Il）-35与核因子-KB（NF-KB）配体受体激活剂（RANKL）诱导单核细胞分化为破骨细胞，结果显示，Il-35和RANKL可协同诱导单核细胞分化为破骨细胞，细胞外调节蛋白激酶（ERK）信号通路可能是RANKL／Il-35介导的破骨细胞形成的主要因素。Riedlovaetal先从人的全血中分离出外周血单个核细胞（PBMC），再使用人CD14＋筛选试剂盒从PBMC中浓缩并收集了CD14＋阳性的单核细胞，最后将单核细胞置于含巨噬细胞集落刺激因子（M-CSF）和RANKL的培养基诱导培养，成功将单核细胞分化为破骨细胞。M-CSF和RANKL是诱导单核细胞分化为破骨细胞的关键性因子，RANKL与体内成骨细胞和基质细胞分泌的NF-KB配体受体相互作用，通过诱导肿瘤坏死因子受体相关因子6（TRAF6）的泛素化，上调了NF-KB转录活性，促使单核细胞分化为破骨细胞。因此，抑制TRAF6受体，可以减少单核细胞向破骨细胞分化，促进骨缺损修复。Readetal从健康志愿者外周血中分离出单核细胞，并对单核细胞中的ItCh基因进行抑制，发现破骨细胞标志物抗酒石酸酸性磷酸酶阳性率上升，说明ItCh基因可以减少单核细胞向破骨细胞分化，其有可能成为促进骨缺损修复的潜在靶点。但单核细胞向破骨细胞的分化通路研究多集中在动物或体外实验，在人体内的机制通路尚需进一步验证。

单核细胞分化为破骨细胞的初步应用      当前，研究者们试图通过利用一种炎症的内源性促分解介质（RVD1）抑制RANKL以阻止单核细胞向破骨细胞分化，达到骨保护的目的。Kleinetal向骨缺损小鼠体内注射RVD1，以注射生理盐水的骨缺损小鼠为对照，通过对组织形态学染色、免疫荧光染色进行镜下观察以及Ｘ线分析，结果显示RVD1通过下调RANKL可直接减少破骨形成，且无细胞毒性作用。Vasconcelosetal将RVD1包埋入壳聚糖（Ch）多孔三维支架之中并植入大鼠股骨缺损模型，2个月后新骨形成增加，骨小梁厚度增加，Ⅰ型胶原和Ⅲ型胶原蛋白比值增加，说明植入RVD1的Ch支架能够诱导新骨形成及增加骨小梁厚度。以上应用提示，抑制破骨细胞分化是另一个具有潜力且有效的骨缺损修复思路。

单核细胞的去分化机制与促成骨细胞作用

骨缺损修复是一个复杂的生物学过程，其核心在于维持骨形成与骨吸收的动态平衡。在此过程中，成骨细胞的骨形成活性必须显著高于破骨细胞的骨吸收活性，才能实现有效的骨组织再生。因此，抑制单核细胞向破骨细胞分化固然是一种选择，然而，单核细胞可以通过去分化获得成骨能力，还可以诱导间充质干细胞（MSC）向成骨细胞分化，因此，强化单核细胞的成骨功能也不失为一种有效的手段。

单核细胞去分化为可编程细胞（PCMO）而具成骨分化特性    单核细胞并没有直接分化为成骨细胞的能力，但是其在体外经生长因子等诱导下可去分化而获得新的细胞特性，这些新的细胞被称为单核细胞来源的PCMO。PCMO具有多向分化的潜能，可以被诱导分化为成骨细胞。Açiletal将PCMO用骨形态发生蛋白（BMP-2和BMP-7）和胰岛素样生长因子（igf-1或igf-β1）刺激7d和14d后，通过实时荧光定量Pcr分析及酶联免疫吸附剂测定可知，成骨细胞标志物表达呈强阳性，证实Pc-mo可以分化为表型与成骨细胞相似的细胞。Kiretal采集健康献血者的外周血分离出单核细胞并去分化培养出PCMO，然后用甲状旁腺激素培养基继续培养，结果验证了甲状旁腺激素对PCMO的成骨作用。目前，探索治疗骨缺损的方向多是向骨折或骨缺损处输送具有成骨潜能的细胞和生长因子，而相对于获取MSC，单核细胞去分化得到的PCMO更为简便，且异体PCMO并不会引起机体的排异反应。

单核细胞诱导MSC的成骨分化     单核细胞可以促进MSC分化为成骨细胞，为体内成骨的发生创造更好的微环境。Andreevaetal将脐血单核细胞与MSC体外共培养72h，结果显示，早期成骨分化标志物如碱性磷酸酶（ALP）转录活性在骨MSC中显著升高，骨桥蛋白和骨保护素水平升高，骨钙素和硬化蛋白水平降低，造血调节因子如粒细胞－巨噬细胞集落刺激因子、粒细胞集落刺激因子、干扰素诱导蛋白10、巨噬细胞炎性蛋白-1α、单核细胞趋化蛋白3浓度均明显升高。因此，脐带血单核细胞可在体外诱导MSC早中期成骨细胞表型的形成，为骨骼再生提供了必要的微环境条件。Svens-sonetal将单核细胞和脂肪来源的MSC在含脂多糖（LPS）和焦磷酸盐（PPi）的培养基中共同培养后的结果显示，在LPS条件培养基中单核细胞显著上调受体MSC中的成骨基因ALP和runt相关转录因子2，并下调成脂基因和成软骨基因，PPi的加入导致受体MSC中性别决定区y框蛋白1转录因子显著下调2.2～9倍，说明单核细胞可以在LPS和PPi的促进下诱导MSC早期发生成骨细胞的分化。

单核细胞促进成骨细胞分化的初步应用     研究团队正试图利用单核细胞促进MSC分化成为成骨细胞的特点，将其与生物支架结合用于修复骨缺损。Songetal采用在硅酸锌／纳米羟基磷灰石／胶原（ZS/HA/Col）支架上加入单核细胞悬液，以观察能否促进骨髓间充质干细胞（BMSC）迁移、分化和血管形成，结果显示，ZS/HA/Col支架单核细胞条件培养液能够显著增加BMSC和EC的迁移，且BMSC内ALP活性、骨形态发生蛋白BMP-2、运行结合蛋白runt相关转录因子2、ALP和i型胶原α1的表达显著，为成骨创造了有利的微环境，小鼠骨缺损状态得到了极大改善。

结语

虽然单核细胞在骨缺损修复上的应用仍有许多问题需要解决，但其分化方向的多样性可提供多种骨缺损治疗方案，如利用单核细胞向EC分化构建血管，为骨缺损部位增加血液供给，或通过抑制单核细胞破骨分化的关键基因靶点而限制破骨细胞的产生，还可以在体外将单核细胞去分化为PCMO植入骨缺损处。我们相信，随着时代和科技的发展与进步，单核细胞在骨缺损修复中的作用机制将会进一步明确，必将在临床治疗中发挥切实作用。

来源：临床骨科杂志2025年6月第28卷第3期

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