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当骨骼干细胞遭遇青春期——分子细胞科学卓越创新中心揭示青春期前后骨骼生长模式转变的细胞基础

文章来源:分子细胞科学卓越创新中心  |  发布时间:2021-09-09  |  【打印】 【关闭

  

  哺乳动物的骨骼在出生后会快速生长,但进入青春期(adolescence)后,快速增长(lengthening)的模式会逐渐转变成缓慢的增粗(thickening)。这种青春期前后骨骼生长模式变化的机制是什么?为什么成年之后身体不再长高?长期运动能促进骨骼生长吗?

  9月8日,国际学术期刊Cell Stem Cell在线发表了中国科学院分子细胞科学卓越创新中心(生物化学与细胞生物学研究所)周波研究组组最新研究进展“Tracing the skeletal progenitor transition during postnatal bone formation”。该工作揭示了小鼠青春期前后骨骼干细胞(Skeletal stem cell)属性发生转变,这为青春期间骨骼生长模式的转变提供了细胞基础,也为实现成体骨骼继续增长指明了方向。

  周波研究组一直致力于干细胞的发育调控研究,他们此前研究揭示造血干细胞在青春期受到脑垂体激素的远程调控(见“”)。本研究中,他们发现:青春期以前的成骨细胞主要来源于生长板内的Acan+软骨细胞,而青春期以后的成骨细胞主要来源于骨髓内的Lepr+基质细胞。生长板软骨纵向成骨,实现骨骼增长;骨髓基质细胞横向成骨,实现骨骼的增粗。这一发现革新了人们对成骨干细胞来源的经典认识。

  根据周斌研究员开发的双同源重组酶系统的原理,周波研究组实现了生长板软骨和Lepr+骨髓基质细胞的同步示踪。该系统不仅展示了两类骨骼干细胞在青春期的动态转变过程,同时发现大部分Lepr+骨髓基质细胞起源于生长板软骨。将Runx2基因分别从生长板软骨和Lepr+骨髓基质细胞中条件性敲除后,研究人员发现骨骼的增长和增粗分别受到影响,印证了这两群骨骼干细胞在骨骼发育和生长过程中的分工。这一发现同时意味着——如果将生长板软骨重新激活,有望让成体骨骼继续延伸,进入“第二春”, 这也将是周波研究组下一步的重点攻关方向。

  运动有利于骨骼增长还是增粗?在动物跑步实验中,周波研究组发现,长期坚持跑步会显著促进生长板软骨的成骨分化,但对Lepr+骨髓基质细胞则没有显著影响。这提示坚持跑步运动对于青春期以前的骨骼生长更有益处,换言之,运动——要从娃娃抓起。

  中国科学院分子细胞科学卓越创新中心周波研究员为本文通讯作者,周波研究组博士生舒慧和硕士生刘逸铭为共同第一作者。感谢分子细胞卓越中心邹卫国和周斌研究员,军事医学科学研究院杨晓研究员,以及滨州医学院高玉光教授提供部分小鼠,分子细胞卓越中心流式细胞平台和共聚焦成像平台提供技术支持。该研究获科技部干细胞及转化研究重点研究计划、中国科学院战略先导项目和国家自然科学基金委经费支持。

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青春期前后骨骼干细胞属性的转变