9月3日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Journal of Clinical?Investigation在線發(fā)表了中國(guó)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(guó)研究組、周波研究組和馮恒博士的最新合作研究成果:“Itm2a expression marks periosteal skeletal stem cell that contribute to bone?fracture healing”。該研究發(fā)現(xiàn)整合膜蛋白2A(integral membrane protein 2A,?Itm2a)可以標(biāo)記一群骨外膜上的骨骼干細(xì)胞，并且該群細(xì)胞能夠參與骨折損傷修復(fù)。
骨折是一種常見的骨損傷，其中骨不連的發(fā)生率約為5%~10%，這些病人的骨骼無法正常愈合。骨折的修復(fù)需要不同的細(xì)胞和組織協(xié)同參與，同時(shí)涉及眾多復(fù)雜的信號(hào)通路。鄒衛(wèi)國(guó)組此前鑒定出了骨折損傷修復(fù)過程中的關(guān)鍵表觀遺傳因子Lsd1(Sun?Jun. et al., Science Advances,?2020)。該團(tuán)隊(duì)與周波組合作，利用譜系示蹤和單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)解析了骨折修復(fù)的全過程，發(fā)現(xiàn)骨膜尤其是纖維層的骨膜，對(duì)骨修復(fù)至關(guān)重要(Liu. et al.,?Developmental Cell, 2024)。然而，目前仍缺少骨膜的特異性膜蛋白標(biāo)志物，導(dǎo)致利用干細(xì)胞移植治療骨折愈合不良的臨床轉(zhuǎn)化受到阻礙。
該研究利用單細(xì)胞RNA測(cè)序(scRNA-seq)技術(shù)，對(duì)已知作為骨修復(fù)細(xì)胞來源的Prrx1-Cre陽性的骨膜組織進(jìn)行細(xì)胞類群解析，發(fā)現(xiàn)Prrx1-Cre陽性的骨相關(guān)細(xì)胞類群中特異的膜蛋白—整合膜蛋白2A分子(Itm2a)。通過體外干細(xì)胞功能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)Itm2a陽性骨膜細(xì)胞相較于Itm2a陰性細(xì)胞具有更強(qiáng)的腎包膜下的體外成骨能力。此外，將Itm2a陽性的骨膜細(xì)胞移植到小鼠骨缺損部位后，發(fā)現(xiàn)這群細(xì)胞能夠有效促進(jìn)缺損骨的修復(fù)。
隨后，為了追蹤這群細(xì)胞在骨損傷修復(fù)過程中的命運(yùn)軌跡，研究人員對(duì)新構(gòu)建的Itm2a-CreER小鼠進(jìn)行了骨折損傷后的譜系示蹤實(shí)驗(yàn)，證明了Itm2a陽性骨膜細(xì)胞能夠產(chǎn)生成骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞和骨髓基質(zhì)細(xì)胞。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，Itm2a陽性的細(xì)胞可以作為參與骨折和骨缺損修復(fù)過程的祖細(xì)胞。進(jìn)一步深入研究Itm2a細(xì)胞類群在骨折損傷修復(fù)中的作用，研究人員對(duì)Itm2a陰性和陽性的骨膜細(xì)胞進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，發(fā)現(xiàn)BMP信號(hào)通路在Itm2a陽性細(xì)胞中有明顯的富集。通過和Bmp2?F/F小鼠的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)在Itm2a譜系細(xì)胞中對(duì)Bmp2的基因敲除。隨后，對(duì)基因敲除小鼠的骨折損傷造模，發(fā)現(xiàn)BMP信號(hào)通路在Itm2a陽性細(xì)胞參與骨折損傷修復(fù)中具有重要作用。同時(shí)，對(duì)表觀遺傳因子Lsd1在Itm2a譜系中的基因敲除，或利用DTA小鼠清除Itm2a譜系細(xì)胞，均會(huì)導(dǎo)致骨折愈合障礙。此外，在人的骨骼樣本中能夠檢測(cè)到ITM2A的表達(dá)，并且這群細(xì)胞具有更強(qiáng)的干細(xì)胞特性。Itm2a的膜蛋白特性表明，Itm2a陽性細(xì)胞在骨折的臨床治療中具有應(yīng)用潛力，Itm2a-CreER小鼠的構(gòu)建為骨膜的相關(guān)研究提供了良好的動(dòng)物模型。
分子細(xì)胞卓越中心邢文暉博士和馮恒博士為該文共同第一作者，鄒衛(wèi)國(guó)研究員、周波研究員和馮恒博士為共同通訊作者。該項(xiàng)研究得到了分子細(xì)胞卓越中心曾藝研究員、周斌研究員、趙允研究和上海交通大學(xué)李保界教授的大力支持。該工作得到中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家自然科學(xué)基金委、國(guó)家科技部等項(xiàng)目資助，并得到分子細(xì)胞卓越中心公共技術(shù)服務(wù)中心動(dòng)物實(shí)驗(yàn)技術(shù)平臺(tái)、細(xì)胞分析技術(shù)平臺(tái)和分子生物學(xué)技術(shù)平臺(tái)的大力支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1172/JCI176528
Itm2a陽性細(xì)胞作為骨折損傷修復(fù)過程中的祖細(xì)胞
