基本介紹
內容簡介
本書為讀者深層次了解骨骼疾病發病機制提供了重要的參考價值，適合於骨科研究所研究人員、臨床骨科醫師及相關人員參考閱讀。
作者簡介
作者：（美國）布朗納（Felix Bronner） （美國）法拉奇—卡森（Mary C.Farach—Carson） （英國）羅奇（Helmtrud I.Roach） 譯者：羅卓荊 楊柳
圖書目錄
第1章 骨發育的遺傳學與表觀遺傳學
一、引言
二、人類骨發育遺傳疾病概述
三、骨發育
四、成骨細胞發育中的基因表達
五、破骨細胞發育中的基因表達
六、骨骼發育中的類固醇激素受體
七、影響骨發育的主要遺傳缺陷
八、發育中的表觀遺傳調控
九、總結和結論
第2章 長骨發育中的組織相互作用
一、緒論
二、早期骨發育過程中細胞命運的決策
三、軟骨發生和骨發生的內在調控
四、軟骨和骨之間的相互作用
五、軟骨、骨、血管及基質消融細胞四者之間的相互作用
六、是否這些組織相互作用在出生後仍然持續
七、結論及展望
第3章 骺生長板
一、引言
二、生長板的結構、布局和融合
三、生長板的詳細解剖和細胞動力學
四、生長板發育和功能的調節
五、生長板礦化的機制
六、生長板中軟骨細胞的代謝
七、骨骺生長板中軟骨細胞的去除
八、軟骨細胞存活vs死亡：自噬的誘導
九、生長板的疾病
十、小結
第4章 在生長板和骨的生長中的Hedgehog信號通路
一、介紹
二、Hedgehog信號通路
三、人類遺傳學與發育模式中的Hh
四、骨骼和顱面發育中的Hh
五、軟骨內成骨中的Ihh
六、Hh與關節形成
七、骨骼穩態中的Hh信號
第5章 microRNA在骨骼發育中的作用
一、micro RNA概述
二、骨發育和MSCs簡介
三、Dicer酶失活模型早期肢體間質和生長板內micro RNA活性
四、骨發育信號通路中micro RNA的作用研究
五、miRNAs在肢體發育中的作用總結
第6章 骨發育不良中的FGF/FGFR信號
一、緒論
二、FGF信號通路在生長板中的作用
三、FGF/FGFR信號轉導在軟骨發育異常的意義
四、頭蓋骨中FGF信號通路的研究
五、FGF/FGFR在顱縫早閉症中的意義
六、小結與結論
第7章 缺氧誘導因子的作用
一、缺氧與Hif轉錄因子家族
二、Hifs和軟骨細胞的關係
三、Hifs和成骨細胞的關係
四、Hifs和破骨細胞的關係
五、總結
第8章 BMP信號
一、概述
二、BMP信號通路
三、間充質細胞聚集和轉化為軟骨系細胞中的BMP信號
四、軟骨發生中的BMP信號通路
五、骨發生中的BMP信號通路
六、脂肪形成和能量代謝中的BMP信號通路
七、展望
第9章 Wnt信號通路與骨發育
一、前言
二、LRP5與LRP6在骨形成與發育中的作用
三、DKKS對骨形成和發育的影響
四、Kremens對於骨形成與發育的影響
五、SOST/硬化蛋白（sclerostin）對於骨形成與發育的影響
六、Wnts對於骨形成與發育的影響
七、SFRPS對於骨形成與發育的影響
八、Wnts下游基因對於骨形成與發育的影響
九、小結與結論
第10章 顱面複合體的發育
一、前言
二、顱面骨骼的發育
三、下頜骨的發育
四、顳下頜關節
五、齶的發育
六、牙齒髮育
七、展望
第11章 牙本質與骨組織：相似的膠原礦化組織
一、牙齒髮生
二、骨形成
三、培養成骨細胞和成牙本質細胞的細胞系和細胞模型
四、成骨細胞和成牙本質細胞分化的轉錄控制
五、成骨細胞和成牙本質細胞中基質的組成成分
六、遺傳性綜合徵和疾病
七、骨組織和牙本質的共同特徵
第12章 骨蛋白的進化
一、緒論
二、基因複製
三、膠原
四、骨γ羥基谷氨酸蛋白（骨鈣素、BGP）和基質γ羥基谷氨酸蛋白（MGP）
五、分泌型鈣結合磷蛋白
六、小型富含亮氨酸的蛋白聚糖類
七、磷灰石結合肽的定向進化
八、進化研究的價值和套用
九、結論
第13章 成骨不全
一、引言
二、疾病分類學和生物學
三、臨床處理
四、鑑別診斷
五、成骨不全的檢驗
六、生物化學
七、影像學
八、組織形態測定法
九、藥物療法
十、嚴重受累嬰兒的管理
十一、成年後的問題
十二、展望未來
第14章 進行性纖維異常增殖性骨化症：一種新變形基因對發育理解的啟發
一、引言
二、典型FOP的臨床表現
三、FOP的診斷和誤診
四、FOP的流行病學、遺傳學和環境因素
五、FOP與BMP信號傳導通路
六、FOP基因
七、FOP基因新突變引起的非典型FOP表型
八、FOP基因的蛋白同源譜
九、FOP和形態發生
十、FOP和變形
十一、FOP和癌變
十二、FOP和退行性關節疾病
十三、預防和治療FOP患者的骨骼變形
十四、結論
第15章 骨鹽平衡及相關病理學
一、概述
二、骨鹽平衡的生理學特徵
三、骨鹽平衡的病理學特徵
四、維生素D和鈣缺乏相關疾病的發病機制
五、結論
第16章 骨和其他組織的內在聯繫：腦—骨軸和骨—脂肪組織軸
一、概述
二、瘦素與骨
三、瘦素對骨重建的調控
四、人體中的瘦素與骨重建
五、瘦素、交感神經系統與骨重建
六、交感神經系統與骨重建：臨床暗示
七、影響食慾的神經肽類對骨重建的調節：Cart和MC4R
八、黑皮質素4受體
九、神經調節肽U
十、Npy
十一、骨骼細胞葡萄糖代謝的調控
十二、作為糖尿病潛在治療方法的骨鈣素
十三、瘦素經由交感神經系統通過成骨細胞調節葡萄糖代謝
十四、骨骼調節糖代謝的臨床意義
十五、總結
第17章 骨發育的力學生物學和計算仿真
一、骨功能和形態
二、骨生長的力學生物學調節和仿真
三、骨重建的力學生物學調節和重建仿真
四、骨折癒合的力學生物學調節和仿真
五、總結
附錄 縮略詞表
序言
該書是《骨生物學主題》系列的第6卷，主要講解骨從生長到礦化的生成過程。了解組織的生成過程就需要將胚胎學和組織學的信息與分子和遺傳方面的知識相結合。在每一個發育階段，都有一些基因得到表達而另一些則沉默。疾病，尤其是疾病的進展也有基因表達改變後傳給子代細胞的特點。在這兩種情況下，基因的表達與其部分或者完全沉默的調控常常是基因組與表觀基因組相互作用的結果，就像一種很穩定的結構與快速變化環境因子之間的關係。
O′Connor, Farach-Carson和Schanen編寫的第1章是該領域和論題的概述，這些論題將在後續章節里有更詳細的討論。就膜內成骨和軟骨內成骨方面對骨的生成進行討論之後，本章描述了在成骨細胞和破骨細胞中，骨細胞的交聯作用與類固醇激素的調控作用中的基因表達情況。對導致多種骨科疾病——馬方綜合徵、Pater病和青少年骨質疏鬆症等主要基因缺陷進行了分析。本章以骨生成的表觀基因調控這一部分為結尾，包括甲基化作用、組蛋白修飾和印記。本章與其他章節一樣，有豐富的文獻圖片來說明基本觀點。
在第2章中，Colnot 和Alliston描述了控制胚胎髮育過程中骨骼定型和形態發生中細胞和分子複雜的相互作用。本章首先講述軟骨細胞和成骨細胞的分化、相互作用和軟骨膜的調節作用。然後轉入描述促進軟骨膜成熟和軟骨膜細胞募集成為合成基質成骨細胞的信號通路。筆者們討論了血管生成和吸收基質細胞的作用，並提出關於出生後組織繼續相互作用的問題。他們在結尾部分號召對於動物模型和基因方法方面的關注。
在第3章中，由Anderson 和Shapiro討論撰寫了組成骨骺生長板的複雜結構。他們描述了生長板的結構、詳細的解剖和細胞動力學，許多調節因子如甲狀旁腺激素相關蛋白、甲狀腺素、糖皮質激素和瘦素的作用，並詳細分析了礦化的過程。軟骨細胞在生長板上起到重要的代謝作用，但其最終從該器官清除。這一過程的發生或通過部分Bcl-2基因家族調節的內源性途徑引發凋亡，或通過細胞死亡配體受體作用的外源性途徑引發細胞死亡來實現。另一方面，自噬也可造成細胞成分的降解。本章最後一部分討論一些疾病，包括佝僂病、軟骨發育不全和內生軟骨瘤。
在果蠅中發現並在人類高度保守的Hedgehog蛋白信號通路，影響著細胞的行為，包括增殖、分化和存活。在第4章里，Regard, Mak, Gordon和Yang描述了組成脊椎動物Hedgehog蛋白家族的3種基因——Sonic Hedgehog蛋白、Indian Hedgehog蛋白和Desert Hedgehog蛋白中兩種的效應，其中後者的表達局限於生殖腺。本章詳細講述Hedgehog蛋白信號通路與其在人類遺傳學和骨骼發育，包括顱面發育中的作用。筆者們也描述了Sonic Hedgehog蛋白的作用，尤其是在指（趾）形成、四肢生長中的作用，並且指出Sonic Hedgehog蛋白是早期胚胎形成和顱面部形態發生的主要調節因子，而Indian Hedgehog蛋白是軟骨成骨生長和骨化的關鍵調節因子。本章最後討論了Hedgehog蛋白在關節形成和骨骼內穩態中的作用。
micro RNA構成了基因組轉錄後調節中最豐富的調節類型。它們在發育和分化中起著重要作用。在第5章中，Gradus 和Hornstein總結了這些分子的生物學基礎與micro RNA是控制骨骼和四肢發育基因譜的必需組分的證據。micro RNA涉及Hedgehog蛋白通路，並像筆者們討論的那樣，特異的micro RNA214是由轉錄因子Twist調節的，其不足會引起塞-科綜合徵。micro RNA與骨形態發生蛋白和成纖維細胞生長因子信號相關，其中軟骨特異的micro RNA140調節血小板衍生生長因子。最後筆者們指出，對這些分子調節作用的了解不斷增多，會使我們對於發育，以及由micro RNA表達突變所引起的疾病有更好的認識。
在第6章中，Pierre J. Marie詳細討論了成纖維細胞生長因子/成纖維細胞生長因子受體信號通路。包括該通路在生長板、軟骨發育不全和引發這些疾病突變中的情況。在顱骨中，成纖維細胞生長因子信號上調成骨作用，其受體中的錯義突變會導致顱縫提前融合和許多骨骼紊亂，包括Apert-Crouzon綜合徵。Marie總結到，目前需要研究成纖維細胞生長因子受體信號誘導的基因和發育不良發病機制中牽涉到的基因。
在循環系統建立之前，胚胎髮育在低氧狀態下持續進行。在第7章中，Schipani和Khatri討論了低氧誘導因子1是細胞對低氧適應的主要調節轉錄因子。低氧誘導因子1α可作用於另外兩個感知氧壓變化的因子。筆者們討論了它們的互相作用和低氧誘導因子1α的其他靶基因及其與能量代謝、血管形成和自噬的關係。更進一步的討論則是關於其與軟骨細胞生存、增殖和分化的關係。低氧誘導因子1α還在關節發育、關節軟骨，以及筆者們之前分析的成骨細胞、破骨細胞和骨形成、重建中起作用。
骨形態發生蛋白在40多年前被發現，但是較晚才被確認和提純，其在發育模式、牙齒髮育和自噬的調節等方面發揮主要作用。在第8章中，Estrada和Lyons描述了這些蛋白的信號通路，它們在導向軟骨發生間充質凝聚中的作用，骨形態發生蛋白的表達對所有軟骨原基中都表達的轉錄因子Sox9的作用，及與其他信號通路如Indian Hedgehog蛋白、甲狀旁腺激素相關蛋白和成纖維細胞生長因子之間的對話聯繫。這些蛋白同樣在成骨發生、調節RANKL-骨保護素路徑方面起信號傳導作用。筆者們指出經典的骨形態發生蛋白信號通路涉及轉錄因子Runx2、脂肪形成和能量代謝的調節。
在第9章中，Bodine描述了另一個重要的信號通路，就是Wnt信號通路，它是一個在胚胎髮生、器官發生和形態發生中起到關鍵信號作用的多肽大家族。本章講述了作為人類Wnt共同受體的LRP5功能突變的喪失與獲得，然後繼續說明了Dickkopf在成骨細胞功能和骨形成中的表達情況。Bodine分析了SOST/骨硬素的效應，其可通過骨形態發生蛋白和Wnt阻斷信號。顯然，骨硬素是通過使經典Wnt通路鈍化來抑制骨形成。本章描述了幾種Wnt蛋白、Dickkopf因子和分泌的捲曲相關蛋白等對骨形成發育的影響。另外也討論了腺瘤樣息肉基因產生的β-catenin、T細胞特異轉錄因子在骨骼發生中的情況。
顱面複合體，包括頭、臉和口，彰顯個人特徵，因此是人身上最獨特的部位。在第10章中，D′Souza, Ruest, Hinton和Svoboda詳述了這個複合體的結構和其構成部分的發育。他們從涉及的基因和信號通路出發，描述了下頜骨的發育、其分子層面的調節和下頜骨神經嵴細胞的發育模式。之後，本章描述了顳下頜關節，包括形態發生、出生後生長和成熟過程。接著討論了上齶發育的形態發生和分子機制，重點放在多種多樣的信號通路上；隨後還分析了上齶的骨化和上齶畸形。最後一部分是關於牙齒髮育、信號相互作用和胞外基質在牙形態發生和細胞分化中所起的作用。
在第11章，MacDougall和Javed完善了之前的章節，並比較了牙本質和骨的礦化過程。在關於牙的發生和牙本質發生的第一、第二期的討論之後，本章描述並比較了成骨細胞和成牙質細胞的細胞分化，分析了通過生長因子和激素對分化和調節的轉錄調控，機制因子的效應。最後，通過骨和牙本質的對比，對重建、修復、遺傳綜合徵和疾病的討論做一總結。
在第12章中，Wang和Lee討論了骨蛋白的演化。重點是胞外基質蛋白的基因，其中許多對於礦化組織來說是特異的，在非礦化生物體組織中沒有相似物。在回顧了基因複製的過程後，出於對更高級生物體發育的重要性，筆者們討論了膠原、骨鈣素、基質Gla蛋白和它們之間進化上的聯繫。之後，本章討論了分泌鈣結合蛋白。它們僅有有限的序列同源性，但其基因結構和生化特性決定了它們之間進化上的關係。其他討論的話題包括小富亮氨酸蛋白聚糖類、磷灰石結合肽的進化等。本章結尾處評估了骨形成和骨化的演變過程。
成骨不全是一種遺傳紊亂，發生於約0.02%的新生兒，可導致早夭，倖存者則骨質脆弱。在第13章中，Arundel和Bishop討論了該疾病的生物學、動物模型和其引發的脆骨症，然後詳述了臨床治療方法。作者討論了病人的病史和體格檢查，包括牙齒表現、鑑別診斷和疾病的檢驗。這些包括生化分析、放射成像和組織形態測定法。評估降鈣素、生長激素和雙磷酸鹽療效，分析成年人發生的問題，即聽力損傷、心血管疾病和呼吸疾病。
在第14章中，Kaplan，Groppe，Seemann，Pignolo和Shore討論了進行性骨化性纖維發育不良，是由骨形態發生蛋白的一個受體，即活化素Ⅰ型受體的反覆雜合錯義突變引起的。該突變會導致異常骨骼形態發育和組織損傷、骨骼結締組織的變形、退變性關節病和良性骨骼腫瘤。本章描述了該病的臨床和分子特點，診斷與誤診，信號通路和基因，隨後討論了由這種形態基因引發的形態發生、變形、腫瘤形成和關節功能的調節異常。進行性骨化性纖維發育不良既無成熟的療法，也無治癒的可能，但是作者討論了可行的方案，如干預信號通路或阻斷炎症的啟動。
骨的礦物質內穩態來自於維生素D和甲狀旁腺激素調節系統的相互作用。在第15章中，Peterlik從分子角度詳述了1,25-二羥維生素D3和胞外的鈣離子是如何作為共同調節因子，在許多器官和細胞系統的細胞增殖、分化和功能中發揮調節作用的，以及在發育過程中骨的礦物質內穩態是如何被甲狀旁腺激素和甲狀旁腺激素相關蛋白的協同作用所維持的。而出生後，維生素D內分泌系統通過CYP24A1編碼的25-羥基-D3-24-羥化酶強力介入這一過程。Peterlik討論了礦物質代謝短期、長期調節的功能失常，重點在於維生素D的狀態和鈣的攝入。隨後他就兩個內分泌調節系統所起的作用和它們在細胞膜鈣受體上的效應分析了佝僂病和骨軟化症、骨質疏鬆、癌症、1型糖尿病（胰島素依賴型糖尿病）、高血壓、慢性血管性疾病和慢性腎病。
在第16章，Takeda號召大家關注現已認識到的骨骼與能量和糖代謝之間的重要關係。他討論了瘦素在調節骨量和骨重建方面的作用，指出動物實驗已表明瘦素在食慾和骨代謝上作用明顯不同，後者是由腹內側下丘腦內瘦素受體所介導的。這提示了交感神經系統的作用。隨後討論了影響食慾的神經肽、神經介素、melacortin、神經肽γ及其相互聯繫對骨量的影響，而本章的最後一節致力於說明骨細胞的糖代謝調節和骨鈣素作用。
在有充足信息的情況下，模仿一個系統並通過實驗證明來預測相互關係成為可能。Chen, Schuetz和Pearcy在第17章中描述和模擬了骨生長、重建和骨折癒合的生物動力學調節。他們描述了骨的功能和形式，並提供了一個方程，通過乘以骨的外徑將應力與彎曲時間/彎曲阻力分數相聯繫。這還不僅僅是一個模型，還可以預測出在面積保持不變的情況下，如果內徑增加，應力就會減小。根據已有的證據，作者提出了成骨指數的概念，並提出定義曲解應力和流體靜力學應力的公式。如果骨密度被視作內部結構的特徵，那么就可描述網狀骨和皮質骨的重建。本章最後一部分講述骨折的癒合及有骨折癒合方面推薦模型的出版物。
本書如這個系列的前幾本書一樣，反映了醫學科學與醫學實踐之間在概念上的相互聯繫，及有效的實踐如何得益於知識的進步，還讓我們明白了我們距離完全了解骨骼和其作為器官系統的功能還有多遠。我們感謝所有作者，因其對各自主題的貢獻，感謝擁有此次機會來整合這一部分龐大而又令人興奮的知識。我們感激我們的出版商Springer，因其在保證知性和美學品質上的幫助。
