2月23日，國際學(xué)術(shù)期刊Advanced Science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）鄒衛(wèi)國研究組與空軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨科羅卓荊教授團(tuán)隊(duì)的最新研究成果“Discovery and Application of Postnatal Nucleus Pulposus Progenitors Essential for Intervertebral Disc Homeostasis and Degeneration”。該研究首次通過模式動(dòng)物篩選出純化的椎間盤髓核組織進(jìn)行單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析，并通過譜系示蹤的方法首次鑒定出小鼠成體期髓核前體/祖細(xì)胞的存在，為椎間盤退變及損傷修復(fù)提供了新的治療策略。
隨著生活節(jié)奏的加快，椎間盤退變（IDD）所導(dǎo)致的頸肩、腰背痛是當(dāng)前社會(huì)最常見的退行性疾病，不僅帶來了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，也對(duì)飛行員、航天員等經(jīng)歷高負(fù)載作業(yè)的特殊職業(yè)人群的服役時(shí)間和工作狀態(tài)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。
目前IDD導(dǎo)致的臨床癥狀主要通過保守治療和手術(shù)治療緩解，保守治療主要依靠抗炎、肌肉松弛劑和神經(jīng)營養(yǎng)藥物等來緩解疼痛或炎癥，脊柱融合術(shù)、人工椎間盤置換等手術(shù)治療也不能恢復(fù)椎間盤的正常生理功能，甚至導(dǎo)致脊柱的異常受力而產(chǎn)生不良后果。因此，開發(fā)新的椎間盤退變治療策略至關(guān)重要。
近幾十年來，干細(xì)胞作為“種子”的細(xì)胞療法取得了很大進(jìn)展，這些細(xì)胞已被證明可以減緩IDD進(jìn)程并促進(jìn)ECM重塑。然而，椎間盤組織壓力過度負(fù)荷、營養(yǎng)缺乏的惡劣微環(huán)境對(duì)于外源性細(xì)胞很不友好，細(xì)胞療法受到很大挑戰(zhàn)。因此，能夠適應(yīng)椎間盤惡劣微環(huán)境的、椎間盤自身的干/前體細(xì)胞可能是最合適的細(xì)胞來源。
既往研究表明Shh能夠在椎間盤組織中特異性的標(biāo)記髓核細(xì)胞，利用Shh-Cre;TdTomato小鼠，并通過流式細(xì)胞學(xué)技術(shù)將小鼠髓核細(xì)胞分選出來后進(jìn)行了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序。測(cè)序結(jié)果顯示，小鼠髓核細(xì)胞能夠分為四大類群，其中包括UTS2R+ ProNPs，BMP7+ RegNPs，GDF5+ HomNPs和一個(gè)過渡態(tài)的中間群。
研究人員重點(diǎn)對(duì)UTS2R+ ProNPs細(xì)胞類群進(jìn)行了深入研究，構(gòu)建了誘導(dǎo)型敲除的Uts2r-CreERT2;TdToamto小鼠，通過譜系示蹤發(fā)現(xiàn)，UTS2R標(biāo)記的ProNPs能夠隨著分析年齡的增長而數(shù)目增加，并且能夠增殖并且分化成BMP7+ RegNP及GDF5+ RegNPs，首次在體證實(shí)了成體期髓核前體/祖細(xì)胞的存在。此外，研究人員通過流式細(xì)胞術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，UTS2R+ProNPs高表達(dá)間充質(zhì)干細(xì)胞等相關(guān)標(biāo)志物，并且流式分選后體外培養(yǎng)的UTS2R+ ProNPs具有克隆形成能力，并且可以向成骨、成軟骨和成脂進(jìn)行三系分化，進(jìn)一步證明了UTS2R+ ProNPs作為髓核前體/祖細(xì)胞的增殖和分化能力。
鑒于髓核前體/祖細(xì)胞的耗竭是誘發(fā)IDD發(fā)生發(fā)展的重要因素，研究人員在小鼠椎間盤退變模型中檢測(cè)了UTS2R+ ProNPs的數(shù)目變化，發(fā)現(xiàn)UTS2R+ProNPs明顯減少。在IDD臨床病人組織樣本中，通過免疫熒光染色發(fā)現(xiàn)，隨著椎間盤退變嚴(yán)重程度的增加，UTS2R+ ProNPs的數(shù)目也相對(duì)減少。這提示了在椎間盤退變的過程中伴隨著UTS2R+ ProNPs的耗竭。研究人員接下來建立了針刺損傷的IDD模型，并在損傷后移植UTS2R+ ProNPs，通過X-ray分析椎間盤高度和Safranin O組化分析，發(fā)現(xiàn)UTS2R+ ProNPs能夠有效緩解IDD進(jìn)程。基于單細(xì)胞測(cè)序結(jié)果，研究員還發(fā)現(xiàn)UTS2R+ ProNPs特異性分泌細(xì)胞外基質(zhì)蛋白Tenascin-C構(gòu)成自身潛在的細(xì)胞外微環(huán)境，參與維持ProNPs的黏附及活性。在針刺損傷的IDD模型，通過共同移植UTS2R+ProNPs和Tenascin-C能夠最大程度的緩解IDD的進(jìn)程。
綜上，該研究首次在體內(nèi)鑒定出小鼠成體期髓核細(xì)胞存在前體/祖細(xì)胞亞群，擴(kuò)充了椎間盤穩(wěn)態(tài)維持及退行性變的細(xì)胞學(xué)機(jī)理，并為椎間盤退變及損傷修復(fù)提供了新的種子細(xì)胞來源。
分子細(xì)胞卓越中心鄒衛(wèi)國研究員和空軍軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院骨科羅卓荊主任為該論文的共同通訊作者。鄒衛(wèi)國研究組博士后、空軍軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院骨科副主任醫(yī)師/副教授高博和鄒衛(wèi)國研究組博士生蔣博為該論文的共同第一作者。感謝分子細(xì)胞卓越中心孫麗明研究員、周波研究員和復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院周兆才教授對(duì)研究的幫助，感謝分子細(xì)胞卓越中心細(xì)胞分析技術(shù)平臺(tái)、分子生物學(xué)技術(shù)平臺(tái)、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)技術(shù)平臺(tái)的大力支持，感謝國家基金委、科技部、中科院和上海市科委等的經(jīng)費(fèi)支持。
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