Факторы роста и дифференцировки остеогенных клеток

Дифференцировка и количество остеобластов, участвующих в процессе остеогенеза и костного ремоделирования, регулируется несколькими ростовыми факторами белкового происхождения. Последние путем аутокринной и паракринной регуляции стимулируют миграцию предшественников остеобластов к поверхности кости, их созревание и остеогенез.

Инсулиноподобный фактор роста-1 (ИФР-1) вырабатывается остеобластами, стимулирует пролиферацию и дифференцировку остеобластов. В период роста и развития организма наблюдается наиболее высокое его содержание. При остеопорозе секреция ИФР-1 снижается.

Трансформирующий фактор роста-β (ТФР-β) также вырабатывается остеобластами, активирует пролиферацию остеобластов и дифференцировку преостеобластов по аутокринному механизму. Он участвует в регуляции процесса репарации и ремоделирования костной ткани, стимулирует синтез коллагена I типа и щелочной фосфатазы, которая повышает концентрацию ионов PO₄^3-, способствуя образованию центров кристаллизации и росту ГАП.

Фактор роста тромбоцитов (ФРТ), взаимодействуя с рецепторами остеогенных клеток, активирует их, что приводит к повышению скорости синтеза ДНК, РНК, белков и митозу. Количество этого фактора роста возрастает при переломах костей.

Протеогликаны кости

Это сложные белки, простетическая группа которых представлена ГАГ, из которых наибольшее значение имеют хондроитинсульфат и кератансульфат. Их сульфатные группы (SO₄)^2- способствуют активному связыванию ионов Са²⁺ и формированию кристаллов ГАП - Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂. При разрушении цепей ГАГ под действием протеаз происходит высвобождение Са²⁺ в зоне минерализации (рис. 17).

Рис. 17. Катаболизм хондроитинсульфатов в костной ткани [1]

Остеобластами синтезируются и другие протеогликаны (тромбоспондин, декорин, бигликан), которые не являются специфическими белками только костной ткани. Они взаимодействуют с молекулами фибронектина и коллагена, регулируя в последних размер и расположение фибрилл.

Ферменты костной ткани

Щелочная фосфатаза связан с клеточной мембраной остеобластов и проявляет активность только на стадии минерализации (рН_опт. 10,5). Щелочная фосфатаза осуществляет гидролиз органических эфиров фосфорной кислоты с освобождением ионов PO₄^3- в щелочной среде. Участвует в минерализации костной ткани.

Кислые фосфатазы – группа кислых (рН_опт. 4,8) лизосомальных ферментов. Проявляет активность в области «щеточной» каемки, обращенной в сторону резорбируемой поверхности кости. Осуществляет гидролиз органических эфиров фосфорной кислоты с освобождением ионов PO₄^3- в кислой среде. Участвует в резорбции костной ткани.

Таким образом, все белки в костной ткани выполняют следующие функции:

- минерализующую - у всех млекопитающих минерализация осуществляется только на белковой матрице, позже на их основе протекают реакции деминерализации и реминерализации;

- регуляторную:

- стимулируют митозы клеток твердых тканей (являются митогенами);

- обеспечивают дифференцировку и созревание клеток (являются морфогенами);

- осуществляют межклеточное взаимодействие и обеспечивают связь органического матрикса с минеральными компонентами (являются адгезинами);

- обеспечивают направленное движение клеток и рост кристаллов (обеспечивают хемотаксис);

- защитную – белки эмали (аналогичные неколлагеновым белкам костной ткани), окружающие апатиты, образуют тонкую сетку, смягчая воздействие неблагоприятных факторов, например, кислот на кристаллы ГАП, обеспечивая кариесрезистентность эмали (см. главу 3).