Хондроциты ( / ˈkɒ n d r ə s aɪ t , -d r oʊ -/ , [1] от греческого χόνδρος, chondros = хрящ + κύτος, kytos = клетка) — единственные клетки , обнаруженные в здоровом хряще . Они производят и поддерживают хрящевой матрикс, состоящий в основном из коллагена и протеогликанов . Хотя слово «хондробласт» обычно используется для описания незрелых хондроцитов, этот термин неточен, поскольку предшественники хондроцитов (которые представляют собой мезенхимальные стволовые клетки ) могут дифференцироваться в различные типы клеток, включая остеобласты .
Хондроцитарная линия от наименее до окончательно дифференцированной:
Мезенхимальные ( мезодермальные ) стволовые клетки недифференцированы, то есть они могут дифференцироваться в различные генеративные клетки, обычно известные как остеохондрогенные (или остеогенные, хондрогенные, остеопрогениторные и т. д.) клетки. Что касается кости или, в данном случае, хряща, первоначально недифференцированные мезенхимальные стволовые клетки теряют свою плюрипотентность , пролиферируют и собираются вместе в плотный агрегат хондрогенных клеток (хрящ) в месте хондрификации. Эти хондрогенные клетки дифференцируются в так называемые хондробласты, которые затем синтезируют хрящевой внеклеточный матрикс (ВКМ), состоящий из основного вещества (протеогликанов, гликозаминогликанов при низком осмотическом потенциале) и волокон. Хондробласт теперь представляет собой зрелый хондроцит, который обычно неактивен, но все еще может секретировать и разрушать матрикс, в зависимости от условий.
Исследования клеточных культур на избыток витамина А ингибируют синтез хондроитинсульфата хондроцитами и вызывают ингибирование хондрогенеза в развивающемся эмбрионе, что может привести к порокам развития конечностей. [2]
Хондроциты подвергаются терминальной дифференцировке, когда они становятся гипертрофическими , что происходит во время эндохондрального окостенения . Эта последняя стадия характеризуется серьезными фенотипическими изменениями в клетке.
Хондроцит в хрящевой матрице имеет округлую или полигональную структуру. Исключение составляют границы тканей, например суставные поверхности суставов, где хондроциты могут быть уплощенными или дискоидными. Внутриклеточные особенности характерны для синтетически активной клетки. Плотность клеток полнослойного хряща мыщелка бедренной кости человека, взрослого человека сохраняется на уровне 14,5 (±3,0) × 10 3 клеток/мм 2 в возрасте от 20 до 30 лет. Хотя старение хондроцитов происходит с возрастом, в нормальном суставном хряще взрослого человека фигуры митоза не наблюдаются. Структура, плотность и синтетическая активность взрослого хондроцита различны в зависимости от его положения. Уплощенные клетки ориентированы параллельно поверхности вместе с коллагеновыми волокнами в поверхностной зоне, области наибольшей плотности клеток. В средней зоне хондроциты крупнее, более округлые и имеют хаотичное распределение, при этом волокна коллагена также расположены более хаотично. В более глубоких зонах хондроциты вместе с коллагеновыми волокнами образуют столбики, ориентированные перпендикулярно поверхности хряща. Хондроциты могут проявлять различное поведение в зависимости от их положения в разных слоях. В первичных культурах хондроцитов эти зональные различия в синтетических свойствах могут сохраняться. Первичные реснички важны для пространственной ориентации клеток в развивающейся ростовой пластинке и являются сенсорными органеллами в хондроцитах. Первичные реснички работают как центры передачи сигналов бескрылого типа (Wnt) и hedgehog и содержат механочувствительные рецепторы. [3]
На количество создаваемых хондроцитов и процесс их созревания могут влиять множество различных генов и белков. Было замечено , что два белка, костный морфогенетический белок 4 (BMP-4) и фактор роста фибробластов 2 (FGF2), влияют на степень дифференцировки в хондроциты. [4] Известно, что оба белка играют роль в дифференцировке эмбриональных стволовых клеток в мезодермальные клетки посредством передачи сигналов с помощью BMP-4 и в качестве FGF2, действующего в качестве стимулятора. Из мезодермального зародышевого листка клетки продолжают дифференцироваться во множество различных типов клеток. Было показано, что помимо BMP-4 и FGF2, стимулирующих мезодермальный зародышевый слой, обработка этими белками также увеличивает количество клеток, которые дифференцируются в хондрогенные и остеогенные клетки при культивировании в хондрогенных и остеогенных средах соответственно. [4] Для хондрогенных клеток лечение показало повышенную экспрессию транскрипционного фактора Sox9 , который играет ключевую роль в хондрогенезе , процессе образования хряща из конденсированных мезенхимных тканей, которые затем дифференцируются в хондроциты.
Эндохондральное окостенение — это процесс, в ходе которого осевые скелеты большинства позвоночных формируются из хряща в затвердевшие кости. Этот процесс начинается с закладки хряща , где клетки хондроцитов собираются вместе и начинают процесс созревания. Как только хондроциты полностью созреют с желаемой скоростью, хрящевая ткань затвердеет и превратится в кость. [5] Этот процесс аналогичен у большинства позвоночных и тщательно регулируется из-за большой важности скелета для выживания. В организмах обнаруживается мало отклонений, неправильной регуляции и мутаций, поскольку они часто губительны или смертельны для организма. Вот почему созревание хондроцитов так жестко регулируется. Если они созревают слишком быстро или медленно, существует большая вероятность того, что организм не переживет беременность или младенчество. Одним из генов, который активно участвует в формировании скелета, является Xylt1 . [6] Обычно этот ген отвечает за катализацию добавления боковых цепей гликозаминогликанов (ГАГ) к протеогликанам , которые используются во время передачи сигналов клеткам для контроля таких процессов, как рост клеток, пролиферация и адгезия. [7] Двумя основными протеогликанами, которые используются в этом процессе, являются протеогликаны гепарансульфата (HSPG) и протеогликаны хондроитинсульфата (CSPG), которые присутствуют в больших количествах во внеклеточном матриксе хондроцитов и играют решающую роль в регуляции созревания хондроцитов. Когда цепь ГАГ функционирует правильно, она контролирует скорость созревания хондроцитов и обеспечивает сбор достаточного количества клеток в хрящевой закладке. Xylt1 является важным геном, отвечающим за хондроциты и правильное формирование скелета, а также является ключевым фактором в тщательной регуляции созревания. Однако мутация pug гена Xylt1 была изучена на мышах в 2014 году и было обнаружено, что она вызывает преждевременное созревание хондроцитов. Животные с гомозиготными аллелями мопса демонстрируют карликовость и имеют значительно более короткие кости по сравнению с животными дикого типа . [6]Эти организмы демонстрируют снижение типичной активности гена Xylt1, а также снижение уровней цепи GAG. Эта мутация приводит к добавлению меньшего количества цепей GAG к HSPG и CSPG, а это означает, что становится меньше комплексов, доступных для точной регуляции созревания хондроцитов. Неправильные сигналы посылаются хондроцитам в зачатке хряща, поскольку цепь ГАГ и протеогликановые комплексы не могут работать должным образом и вызывают слишком быстрое созревание и окостенение хондроцитов. Правильное количество хондроцитов не может собраться в хрящевой закладке, что приводит к нехватке хряща для окостенения и, в конечном итоге, к укорочению костей.
В то время как мутация мопса связана с преждевременным созреванием хондроцитов, множество других мутаций изменяют пролиферацию хондроцитов. Один из таких примеров: точечная мутация G380R, расположенная в гене рецептора фактора роста фибробластов 3 (FGFR-3), приводит к ахондроплазии , типу карликовости. [8] Ахондроплазия либо возникает в результате спонтанной мутации, либо наследуется по аутосомно-доминантному типу. Как гомозиготные доминантные , так и гетерозиготные генотипы проявляют симптомы ахондроплазии, но гетерозиготы часто более легкие. У лиц с мутировавшим аллелем(ями) наблюдаются разнообразные симптомы нарушения эндохондрального окостенения, включая укорочение проксимальных длинных конечностей и гипоплазию средней части лица . Немутированный ген FGFR-3 отвечает за экспрессию факторов роста фибробластов (FGF), которые должны поддерживать определенный уровень, чтобы гарантировать соответствующую пролиферацию хондроцитов. Мутация G380R приводит к избыточной экспрессии FGFR-3, и баланс во внеклеточном матриксе хряща нарушается. Хондроциты будут пролиферировать слишком быстро, нарушая сборку хрящевой закладки и пагубно изменяя формирование кости. Эта мутация действует дозированно, то есть, когда присутствует только одна копия, экспрессия FGF все еще сохраняется, но в меньшей степени, чем при наличии двух копий мутации. [8]
Хондроциты можно получить путем последовательного ферментативного расщепления хряща проназой и коллагеназой и культивировать в среде для культивирования клеток DMEM-F12. [9]
