在不同成熟时期，成骨细胞在体内表现为4种不同形态，即前成骨细胞(preosteoblast)、成骨细胞(osteoblast)、骨细胞(osteocyte)和队形细胞(bonesliningcell)。前成骨细胞是成骨细胞的前体，由基质干细胞分化，沿着成骨细胞谱系发育而成，位于覆盖骨形成表面的成骨细胞的外侧。成熟的成骨细胞是位于骨表面的单层细胞，承担着合成骨基质的重要功能。
骨细胞是在成骨细胞系谱中成熟和终极的分化细胞。骨细胞包埋于矿化骨组织中，浅表骨细胞仍然保留部分成骨细胞结构。队形细胞是排列于成体大部分骨表面的一层形态扁平或呈长方形的细胞。活跃的成骨细胞为梭形、锥形或立方形，胞浆嗜碱性。细胞核位于细胞的一端，核仁明显，表面有短的突起与相邻细胞连接。电镜下胞浆内具有典型的蛋白合成结构——丰富的粗面内质网及核糖体，高尔基体较发达。
在生物化学和组织化学上，成骨细胞富含碱性磷酸酶(alkalinephosphatase，ALP)，并有糖元存在。成骨细胞可被不同种类的激素(如甲状旁腺激素和前列腺素E2)及生长因子(如胰岛素样生长因子、转化生长因子-β、骨形态发生蛋白)激活，提高胞浆cAMP的水平，刺激DNA和胶原的合成(Aronow等，1990)。
成骨细胞是骨形成的主要功能细胞，负责骨基质的合成、分泌和矿化。人类及动物体骨组织不断地进行着重建，骨重建过程包括骨的分解吸收与新骨的形成。破骨细胞负责骨分解与吸收，而成骨细胞负责新骨形成。破骨细胞贴附在旧骨区域，分泌酸性物质溶解矿物质，分泌蛋白酶消化骨基质，形成骨吸收陷窝；其后，成骨细胞移行至被吸收部位，分泌骨基质，骨基质矿化而形成新骨。破骨与成骨过程的平衡是维持正常骨量的关键。
成骨细胞在骨形成过程中要经历成骨细胞增殖、细胞外基质成熟、细胞外基质矿化和成骨细胞凋亡4个阶段(童安莉等，1999)。在体外培养系统中成骨细胞表型发育与其体内的发育分化较相似，都要经历细胞增殖、细胞外基质成熟和基质矿化3个时期。Ⅰ型腔原和一些非胶原蛋白是成骨细胞分化的标记物，能反映成骨细胞分化表型特征。
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