骨骼（skeleton）是一种特殊的结缔组织（connective tissue）。骨骼及其附属构件与骨骼肌一道组成机体的运动系统（locomotor system），主要完成以下功能：
- 在神经系统的调节下，完成各种运动动作。骨骼系统和骨骼肌一道维持运动的整体协调性。
- 骨髓（bone marrow）是主要的造血系统和机体免疫系统的组成部分，也是成骨性谱系细胞（osteoblastic lineage cells）和破骨性谱系细胞（osteoclastic lineage cells）的来源。
- 维持机体的矿物质（mineral）代谢平衡（metabolic balance）。骨骼作为钙、磷、镁等无机矿物质的贮存库和缓冲库，在骨代谢调节激素的作用下，维持矿物质的内环境稳定（mineral homeostasis）。
在宫内，胚胎的最初几周，经过囊胚期（blastula stage）和原肠胚期（gastrula stage）逐渐产生雏形，出现头、躯干和肢芽（limb bud）的外隆凸。各骨骼发育的调节机制和发育方式不尽相同，例如下颌髁突（condylar process）软骨（为一种次级软骨）与一般初级软骨的肢芽发育是不同的。在外胚层和内胚层之间，有一层弥散疏松的间充质（mesenchyme）组织，间充质逐渐分化为骨（bone）、软骨（cartilage）、筋膜（fascia）和肌肉（muscles），其中间充质细胞密集处是形成肌肉与骨骼的原始胚胎组织。间充质雏形将逐步分化为各种骨组织。
骨生成（osteogenesis）和骨生长（bone growth）同时进行，结缔组织细胞分化形成骨骼。软骨生成（chondrogenesis）和骨生成（osteogenesis）的干细胞分裂为成软骨细胞（chondroblast）和成骨细胞（osteoblast）。在软骨膜（perichondrium）和类骨质（osteoid）期，细胞外基质（extracellular matrix）增加，逐渐发育为骨和软骨。
骨骼细胞来源于胚原细胞谱
骨骼组织中的细胞来源于3种不同的胚原细胞谱系（embryonic cell lineages）：①神经嵴细胞（neural crest cells，形成颅-面部骨骼）；②生骨节细胞（sclerotome cells，形成中轴骨）；③中胚层细胞（mesoblastema，形成骨的附件）。这3种胚胎细胞均参与了骨组织的生成过程。
骨骼生成（skeletogenesis）可分为4期：
- 胚胎细胞向骨骼生成部位移行期；
- 上皮细胞-间充质细胞相互作用期；
- 致密体（condensations）形成期；
- 成软骨细胞（chondroblasts）和成骨细胞（osteoblasts）分化与增殖期。
由软骨板起源发育成骨骼的过程称为软骨内成骨（endochondral ossification），其过程十分复杂，包括了多个成骨步骤。软骨内成骨不但生成骨骼，而且还是出生后个体骨构塑（bone modeling）和骨折修复的重要方式之一。膜内成骨（intramembranous osteogenesis）与上述方式不同，其成骨过程无软骨胚基（cartilaginous blastema）的参与，直接由骨化中心（ossification center）的间充质细胞致密化并转型为成骨细胞而形成骨组织。骨骼生成和骨骼发育的过程实际上是骨的细胞和细胞外基质之间相互作用，并互相诱导、分化的过程，这一过程由基因网络调节。因此，软骨组织工程（osteochondral tissue engineering）是将来治疗许多代谢性骨病尤其是退变性骨病的理想途径。
骨组织中的两种主要细胞系（即破骨性谱系细胞和成骨性谱系细胞）的来源不同，破骨性谱系细胞来源于生血干细胞（hematogenic stem cells，HSC），而成骨性谱系细胞来源于间（充）质干细胞（mesenchymal stem cells，MSC）。分化、增殖并发育成为机体各种组织的干细胞主要包括结缔组织干细胞、基质干细胞（stromal stem cells）和MSC。MSC经过非对称性分裂、增殖，生成各种类型的间充质前身细胞，最后形成成骨细胞、成脂肪细胞（adipoblasts）、成软骨细胞（chondroblasts）、成肌细胞（myoblasts）和成纤维细胞（fibroblasts）。
软骨内成骨和膜内成骨相互交叉
膜内成骨
膜内成骨（intramembranous ossification）见于颅骨（calvarial bones），如额骨、顶骨、颞骨等扁骨和不规则骨，如锁骨（clavicle）。在将来要成骨的部位，间充质首先分化为原始结缔组织膜，然后，间充质细胞依次分化为骨祖细胞（osteoprogenitor cells）和成骨细胞，成骨细胞在此生成骨组织。首先形成骨的部位为骨化中心，随着骨化的不断进行，骨小梁（trabeculae）逐步形成并增长加粗。其后，其外侧区域改建为密质骨（compact bone）。成骨区周围的结缔组织转变为骨膜。
膜内成骨形成颅骨、颞骨、锁骨和下颌骨。间叶和结缔组织膜先形成颅骨和颞骨的原始雏形，然后膜内成骨在1个或数个骨化中心开始。骨化中心的成骨细胞沉积在骨小梁网中，呈放射状向各处扩散。外周间叶组织分化成为纤维鞘（骨膜），纤维鞘内壁分化出成骨细胞，成骨细胞沉积于矿化的基质中，并形成平行而致密的骨板（bone plates，即板层骨）。在颅骨，膜内成骨构成了颅骨的内板和外板，骨小梁则沿应力线（stress line）排列。某些中轴骨（axial skeleton）和四肢骨（limb bone）也与膜内成骨有关，骨干（diaphyses）和干骺端（metaphysis）、皮质骨（cortical bone）来自内衬软骨雏形的特殊间叶组织（骨膜）。
软骨内成骨
最先形成的软骨雏形逐渐被骨化组织代替，称为软骨内成骨（endochondral ossification），见于四肢长骨、躯干骨和部分颅底骨等。软骨内成骨的方式与膜内成骨不同，是在预先形成的软骨雏形的基础上，使软骨逐步被替换为骨。主要过程分为：
- 软骨雏形形成：在将要成骨的部位，间充质细胞聚集、分化为成软骨细胞与软骨细胞。软骨细胞分泌软骨基质（cartilage matrix），逐步形成一块与将要形成的长骨相似的软骨雏形（cartilage model）。
- 骨干与骨骺端形成：在软骨雏形中段，先形成原始骨领（primary osseous collar），其后血管侵入，形成初级骨化中心（primary ossification center），并由初级骨化中心生成骨干和干骺端。
- 骨骺（epiphysis）形成：骺部血管组织间接地骨化（ossification），形成次级骨化中心（secondary ossification center），最终由骨组织代替软骨，形成骨骺。
骨骺与骨干交界处称为生长板（growth plates），在初级和次级骨化中心之间的细胞生长具有较快的横向和纵向生长能力。较成熟的生长板可分为静止层（quiescent layer）、增生层（hyperplasic layer）和肥大层（hypertrophic layer）3层，其中肥大层又可区分为成熟层（mature layer）、衰退层（degenerative layer）和临时钙化层（temporary calcified layer）。生长板的生长和发育主要受生长因子（growth factors）、维生素D（VD）、甲状旁腺素（parathyroid hormone，PTH）、降钙素（calcitonin，CT）、局部细胞因子（cytokines）和转录因子如Sox9、Gli2/3、Runx2等的调节，其中以FGF/FGFR最为重要。
软骨内成骨是软骨雏形结构由周围骨替代并出现骨生长的过程。这一过程涉及两个步骤：①软骨内成骨，即从软骨骨化中心开始成骨；②软骨膜下和骨膜下成骨，即从软骨膜下或骨膜下自外周开始成骨。
上皮细胞/间充质细胞序贯分化生成骨-软骨
骨和软骨的生成类型主要包括：①膜内成骨；②软骨内成骨；③膜内成骨加软骨内成骨；④异位骨（heterotopic bone）和软骨生成（cartilage formation）；⑤次级软骨生成（secondary cartilage formation）。
早在胚胎第5周，间（充）质细胞逐渐增大而密集，并分化为一层前软骨（precartilage）细胞。然后，基质沉积在细胞之间。这种基质含有原纤维（fibril），原纤维构成软骨特有的功能特征。通过软骨内和软骨外生长，可使软骨的厚度增加。软骨内生长通过软骨细胞的增殖，产生新的基质；软骨外生长（周围生长）通过软骨膜的内层细胞转化为软骨细胞。骨的发生和生成机制尚未阐明，但目前可以肯定的一点是，成骨的原始干细胞在许多定向分化因子的作用下，使干细胞向骨和软骨表型方向分化（differentiation）。软骨发育、胚胎发育和出生后个体的生长发育有密切关系，凡影响软骨发育的遗传性疾病都存在软骨的生长发育障碍，这些疾病在临床上相对较常见，主要表现为身材矮小（microsomia）、骨骼畸形（skeleton malformation）、骨代谢异常（disorder of bone metabolism）和易于骨折（fractures）。
