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科研進(jìn)展

鄒衛(wèi)國組合作鑒定骨折修復(fù)專職干細(xì)胞類群

來源: 時間:2026-01-15

1月8日,國際學(xué)術(shù)期刊Cell Research在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心(生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所)核糖核酸功能與應(yīng)用全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄒衛(wèi)國研究組與同濟(jì)大學(xué)樂融融團(tuán)隊的合作研究成果:“Fibrous-layer resident Angptl7+ periosteal stem cells sense injury inflammation to orchestrate fracture repair。該研究發(fā)現(xiàn)在骨外膜纖維層中駐留著一群特異性表達(dá)Angptl7的靜息態(tài)骨骼干細(xì)胞亞群。這群細(xì)胞在出生后的骨骼發(fā)育及維持中幾乎不發(fā)揮直接成骨作用,但在響應(yīng)骨折損傷后迅速激活,通過軟骨內(nèi)成骨途徑介導(dǎo)骨再生。

骨折是人體最常見的開放性損傷之一,臨床上有相當(dāng)比例的患者面臨骨折愈合不良(骨不連)的風(fēng)險,尤其常見于老年、糖尿病群體,容易導(dǎo)致嚴(yán)重并發(fā)癥。骨骼系統(tǒng)的發(fā)育、穩(wěn)態(tài)維持與損傷修復(fù)均依賴于骨骼干細(xì)胞的參與。然而近年來的研究表明骨骼干細(xì)胞并非是高度均一性的細(xì)胞群體,骨骼不同部位定植的骨骼干細(xì)胞展現(xiàn)出明確的功能分工,例如生長板靜息區(qū)的骨骼干細(xì)胞通過軟骨內(nèi)成骨介導(dǎo)骨骼縱向生長,而骨外膜中的骨骼干細(xì)胞在穩(wěn)態(tài)下主要通過膜內(nèi)成骨參與皮質(zhì)骨形成。值得注意的是,當(dāng)骨折發(fā)生時,骨外膜來源的骨骼干細(xì)胞是修復(fù)主力軍,但其卻轉(zhuǎn)而主要通過軟骨內(nèi)成骨途徑驅(qū)動再生。這一成骨方式的轉(zhuǎn)換引出了核心科學(xué)問題,即骨外膜骨骼干細(xì)胞是否具備適應(yīng)不同生理需求的成骨可塑性?抑或骨外膜中本就存在功能特定的骨骼干細(xì)胞亞群?目前,對骨外膜骨骼干細(xì)胞異質(zhì)性與命運(yùn)可塑性的認(rèn)知仍十分有限,這嚴(yán)重制約了對骨折修復(fù)機(jī)制的深入解析,也阻礙了相關(guān)再生治療策略的開發(fā)。

針對這一科學(xué)問題,研究人員首先借助單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)揭示了骨外膜骨骼干/祖細(xì)胞的異質(zhì)性,發(fā)現(xiàn)其存在著兩個不同亞群。其中一群特異性高表達(dá)Angptl7Cdkn1c,而另一群則高表達(dá)PostnSp7。通過對這兩群細(xì)胞的差異基因富集分析,發(fā)現(xiàn)Angptl7+細(xì)胞更高表達(dá)干細(xì)胞維持相關(guān)基因,而Postn+細(xì)胞更高表達(dá)成骨分化、骨形成相關(guān)基因。因此,研究人員推測Postn+細(xì)胞是負(fù)責(zé)穩(wěn)態(tài)骨維持的細(xì)胞類群,而Angptl7+細(xì)胞的功能及命運(yùn)則引起了他們極大的興趣。

為了檢測Angptl7+細(xì)胞在骨骼上的分布及命運(yùn)轉(zhuǎn)歸,研究人員構(gòu)建了Angptl7-mScarlet實(shí)時熒光報告小鼠及Angptl7-CreER;Rosa26-Ai9誘導(dǎo)型譜系示蹤小鼠,兩種小鼠模型都表明Angptl7+細(xì)胞特異性定位于骨外膜纖維層,并不存在于皮質(zhì)骨、骨小梁、骨髓、生長板等其他骨骼部位。此外,轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)合流式細(xì)胞術(shù)表明Angptl7+細(xì)胞表達(dá)骨骼干細(xì)胞相關(guān)細(xì)胞表面標(biāo)志物。體外克隆形成實(shí)驗(yàn)、三系誘導(dǎo)分化實(shí)驗(yàn)及體內(nèi)標(biāo)簽保留實(shí)驗(yàn)也證明Angptl7譜系細(xì)胞滿足骨骼干細(xì)胞的基本特性。然而,基于Angptl7-CreER;Rosa26-Ai9;Col1a1-GFP工具小鼠的不同時期譜系示蹤實(shí)驗(yàn)都表明Angptl7譜系細(xì)胞幾乎不參與穩(wěn)態(tài)下的骨形成,而是長期駐留在骨外膜。

研究人員接下來對骨折損傷修復(fù)過程中的Angptl7譜系細(xì)胞進(jìn)行了體內(nèi)示蹤,發(fā)現(xiàn)Angptl7譜系細(xì)胞在損傷后會大量擴(kuò)增,并通過軟骨內(nèi)成骨途徑介導(dǎo)骨再生。通過長時程的譜系示蹤分析,研究人員進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)Angptl7譜系細(xì)胞在骨折損傷后可以參與再生整個骨結(jié)構(gòu),包括骨外膜纖維層、骨外膜形成層、骨皮質(zhì)、骨內(nèi)膜以及骨髓間質(zhì)細(xì)胞。此外,通過細(xì)胞清除小鼠模型及條件性基因敲除小鼠模型,發(fā)現(xiàn)Angptl7譜系細(xì)胞對骨折損傷修復(fù)至關(guān)重要。最后,結(jié)合轉(zhuǎn)錄組測序及移植實(shí)驗(yàn),研究人員發(fā)現(xiàn)Angptl7譜系細(xì)胞在骨折后會首先進(jìn)入一個炎性應(yīng)答階段,并通過上調(diào)NF-κB等信號通路來響應(yīng)炎性信號(如TNF-α等)而激活。

分子細(xì)胞卓越中心蔣博博士、海南醫(yī)科大學(xué)邢文暉博士、同濟(jì)大學(xué)徐小翠副教授、海南醫(yī)科大學(xué)博士研究生陳姝琴為本文的共同第一作者。分子細(xì)胞卓越中心鄒衛(wèi)國研究員、同濟(jì)大學(xué)樂融融教授為本文的共同通訊作者。該研究獲得國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院、國家科技部等項目資助。該研究得到了分子細(xì)胞卓越中心周波研究員、曾藝研究員、周斌研究員、上海交通大學(xué)李保界教授、美國康奈爾大學(xué)Matthew B. Greenblatt教授,以及分子細(xì)胞卓越中心實(shí)驗(yàn)動物技術(shù)平臺、細(xì)胞分析技術(shù)平臺和分子生物學(xué)技術(shù)平臺的大力支持。

文章鏈接:https://doi.org/10.1038/s41422-025-01202-8

該論文被選為封面故事:長城守衛(wèi)軍。長城(骨骼)是永續(xù)防御的舞臺,灰色工匠(Postn譜系細(xì)胞)日復(fù)一日地維護(hù)維護(hù)更新著城墻。紅色衛(wèi)兵(Angptl7譜系細(xì)胞)作為常駐守衛(wèi),在城墻上巡邏。當(dāng)災(zāi)難降臨,饕餮(外傷等)帶來破壞(骨折),烽火狼煙(損傷信號)沖天而起,衛(wèi)兵們將被緊急動員,誓死修復(fù)城墻,擊退強(qiáng)敵。

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