本实验结果表明，小鼠骨髓细胞源性前脂肪细胞3T3-L1在一定的条件下，通过诱导表达不同的转录分化因子基因，分别诱导其去分化，前脂肪细胞可以转分化为成骨细胞。本实验进一步表明，源于同一多能干细胞的骨髓脂肪细胞和成骨细胞二者之间存在着可塑型，在一定的条件下，可以互相转分化，由一种细胞模式去分化转分化为另外一种细胞模式。基于源于骨小梁的骨细胞在体内可以形成新骨和软骨
[14]，同样在体内可以转分化为脂肪细胞
[13，16-18]。因此本实验采用小鼠骨髓细胞源性前脂肪细胞3T3-L1研究同源于BMSCs的脂肪细胞和成骨细胞之间的可塑型，以及在一定的条件下二者之间相互转分化的能力，为分析激素诱导股骨头坏死和骨质疏松的发病机制、探索新的治疗途径提供一种全新的研究方法。
3.1 3T3-L1细胞用于体外脂肪细胞研究 体内研究已经表明，成熟脂肪细胞和成骨细胞不能经过有丝分裂。因此，脂肪细胞数量增加的惟一可能机制就是通过前脂肪细胞分化成为成熟的脂肪细胞。这一过程称之为成脂。通过对前脂肪细胞如3T3-L1、3T3-F442A细胞的研究，可以清楚地表明前脂肪细胞的分化和生长机制[19-20]。3T3-L1细胞系的研究结果表明，3T3-L1系是研究脂肪细胞分化成熟的模式。具有成纤维细胞样特性的3T3-L1细胞，在地塞米松、3-异丁醇-1-甲基黄嘌呤和胰岛素的作用下，可以促进细胞内脂类积聚即成脂[20]。因此，前脂肪细胞系3T3-L1是体外研究各种因素调节脂肪细胞增殖和代谢的最佳途径[15]。另外，由于缺乏人脂肪细胞系，而阻碍了对人脂肪细胞方面的研究。因此许多研究都采用小鼠源性脂肪细胞系如3T3-L1或人原代培养的前脂肪细胞来研究脂肪细胞的代谢和分化[21]。
3.2 细胞间转分化 BMSCs可以分化为几种分化程度较高、特异性较强的细胞，这些细胞包括成骨细胞、脂肪细胞、软骨细胞和肌细胞[22-24]。以前认为这种细胞分化模式是不可改变逆转的，通常细胞经过几个阶段最终分化成熟为终末细胞。但近年来随着对BMSCs分化研究的不断深入，使以往对细胞分化模式的认识已经发生了根本的改变。目前认为源自同一多能干细胞的不同的终末细胞之间存在着很强的可塑性，在一定的条件下可以互相转分化，即由一种终末分化细胞模式去分化转分化为另外一种终末分化细胞模式[13-15，25]。这种同源细胞间相互转分化研究已经成为研究的热点之一。
人BMSCs是一种多分化潜能细胞，可以分化为成骨细胞、脂肪细胞[26]。特别是在骨髓，BMSCs作为细胞储存库，可以为骨的塑型和组织的修复提供动力，维持骨结构和促进新骨再生[27]。但是，骨髓内组织随着年龄的增大，骨髓内脂肪组织量逐渐增多，而与此同时成骨细胞数量减少[28]。这种改变可能与骨质疏松和骨量减少等疾病密切相关[29]。Klein等[30]研究表明12/15脂类氧化酶的过度表达间接刺激小鼠脂肪生成而导致骨质疏松。以上原因再加上人BMSCs分化为成骨细胞的能力下降，以及成骨细胞转分化为脂肪细胞等成脂以及与年龄相关的骨改变密切相关[13]。说明骨髓成骨细胞和脂肪细胞二者之间由于同源性的特点，相互之间存在着可塑型，在一定的条件下可以互相转分化，由一种细胞形式转分化为另一种细胞形式。
3.3 细胞转分化的基因调控 在细胞转分化过程中，一种细胞类型按特定的方向分化，在转分化过程中在转分化相关基因的调控下，该细胞向特定的细胞类型转分化。成骨分化的启动、继续需要Runx2[30]。成骨标志物包括碱性磷酸酶表达增强和骨钙素表达增强；成骨细胞成熟的标志是基质的矿化[29，31]。同样成脂分化的启动和继续需要C/CAAT增强子粘连蛋白(C/EBPs)和PPARγ2的激活[32]。成脂分化的早期标志是脂蛋白脂酶和PPARγ2的表达，而胞浆内脂滴积聚则是脂肪细胞分化成熟的标志[33-34]。本实验结果表明，3T3-L1在含有小剂量地塞米松(1 nmol/L)和β-磷酸甘油的成骨诱导液培养，5 d后与成脂分化培养比较，成骨细胞分化早期标志物Runx2、骨钙素和ColⅠ mRNA 的表达均增强，而PPARγ2 mRNA的表达则明显降低。21 d时，成骨标志物Runx2、骨钙素和ColⅠ mRNA 的表达进一步增强，而且相关蛋白表达增加，出现钙结节，只有散在的部分细胞胞浆内存在脂滴积聚。说明在含有小剂量地塞米松(1 nmol/L)和β-磷酸甘油成骨培养条件下培养，小鼠骨髓源性前脂肪细胞3T3-L1可以去分化转分化为有生物活性的成骨细胞。
3.4 细胞转分化与股骨头坏死 糖皮质激素是目前应用非常广泛的、有效的抗炎和免疫抑制剂。但是应用糖皮质激素会导致骨质疏松、股骨头坏死等疾病，特别是长期应用糖皮质激素，激素对骨代谢的影响是多方面的。长期应用糖皮质激素最严重的一个并发症就是股骨头坏死。股骨头坏死多发生于中青年人群，病程进展常导致股骨头塌陷，继发髋关节骨关节炎，最终不得不接受人工关节置换。糖皮质激素诱发股骨头坏死确切的发病机制仍不清楚。许多动物实验研究提示可能的机制是在糖皮质激素作用下，BMSCs成脂肪细胞分化并且脂肪细胞增殖肥大，导致局部骨内压增加、血循环障碍，骨缺血坏死[1-2]。而另一方面，由于BMSCs在糖皮质激素作用下成脂肪细胞分化，成骨细胞的分化减少甚至完全停滞，结果使成骨细胞数量减少甚至消失，无足够数量的成骨细胞完成对死骨的修复、塑型，最终发生股骨头坏死。由于导致股骨头发生缺血坏死的骨髓脂肪细胞来源于糖皮质激素作用下的BMSCs，而骨髓成骨细胞和脂肪细胞共同来源于BMSCs，因此理论上讲二者之间存在着一定程度的可塑型，在一定的条件下可以互相转分化。
本实验结果表明，来源于BMSCs的脂肪细胞和成骨细胞之间在一定的条件下通过表达不同的基因模式，可以互相转分化。股骨头坏死的发生与BMSCs成脂肪细胞分化相关，而骨髓脂肪细胞和成骨细胞之间在一定的条件下可以互相转分化。
由此设想，如果能改变细胞微环境或改变细胞分化过程中基因表达方式，使骨髓脂肪细胞能够去分化，转分化为有生物活性的成骨细胞，产生足够数量的成骨细胞，由此完成对坏死骨组织的修复、塑型，达到治疗股骨头坏死的目的。
