钙化结节中钙磷酸盐的结构及其转变——内、外源性金属离子的作用

钙磷酸盐是骨矿物相和血管钙化斑块的主要无机成分，它在体内最早出现的位点是在细胞调控下形成的钙化结节。我们在前期工作中发现，镧离子可通过成骨细胞和钙化血管细胞影响钙化结节的形成，钆(III)离子则可通过促进钙磷酸盐沉淀影响巨噬细胞功能；而在化学体系中，首先产生无定形矿物相，它随后转变成热力学更稳定的晶体。基于以上发现，本项目拟以体外培养的钙化血管细胞或成骨细胞为模型，研究钙化结节中钙磷酸盐的结构及其转变过程，重点考察初始矿物相，以及内、外源性金属离子对相转变的影响；以便在细胞层次发现生物矿化过程中可能出现的无定形相或其它前驱相，进一步理解钙磷酸盐形成的基本规律和金属离子的调控方式。采用"细胞-钙化结节"体系既比溶液体系和膜体系更接近生物状态，又比动物模型更易于观察反应过程。本项目的实施将有助于更深入地认识金属离子生物效应的化学基础，从而为骨矿物代谢和血管钙化的有效调控提供理论依据。

钙磷酸盐是骨矿物相和血管钙化斑块的主要无机成分，它在体外细胞模型中出现的位置是钙化结节。我们以细胞-钙化结节体系为模型，研究其中矿物相的转变过程和内、外源性金属离子对相转变的影响，寻找在细胞层次的生物矿化过程中可能出现的无定形相或其它前驱相；以钙磷酸盐混悬液体系为模型，研究金属离子对无定形相形成和转化的影响，进一步探索钙磷酸盐形成的基本规律和金属离子的调控方式。研究工作所取得的主要成果是：（1）在成骨细胞-钙化结节体系的矿物相中，不仅存在热力学稳定的羟基磷灰石晶体，而且有类似于水合磷酸氢钙和磷酸八钙特征的晶体相；前者通常并不在中性介质中形成。随着矿化过程的推进，这些前驱相呈现出转变为羟基磷灰石的趋势。一些细胞外基质蛋白参与并调控了这些前驱相的转变过程。（2）在血管钙化细胞-钙化结节体系中，未能分离出足够多的矿物相用于检测，但是发现了LaCl3依其浓度不同影响矿物相含量的2种方式：0.10 微摩尔/升 LaCl3通过激活钙感应受体抑制钙化，而50微摩尔/升LaCl3则通过引发钙磷酸盐沉淀、诱导细胞凋亡途径促进钙化。（3）在钙磷酸盐混悬液体系中，根据同步辐射X-射线近边光谱和X-射线衍射实验结果，提出了“磷酸钙离子簇”新模型，并从配位化学的角度提出了钙磷酸盐固相形成和转化所涉及的3类化学反应；（4）根据同步辐射X射线小角散射实验结果，发现纳米微晶聚集体的分形结构变化可用Logistic方程描述。鉴于前驱矿物相是非经典结晶模型的核心概念，上述结果可能为在细胞层次研究与病生理相关的生物矿化提供新思路，并推进人们对于钙磷酸盐形成的基本规律的认识。