1月8日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Cell Research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）核糖核酸功能與應(yīng)用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄒衛(wèi)國(guó)研究組與同濟(jì)大學(xué)樂(lè)融融團(tuán)隊(duì)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(guò)軟骨內(nèi)成骨途徑介導(dǎo)骨再生。

骨折是人體最常見(jiàn)的開(kāi)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(xiǎn)，尤其常見(jiàn)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(lái)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(zhǎng)板靜息區(qū)的骨骼干細(xì)胞通過(guò)軟骨內(nèi)成骨介導(dǎo)骨骼縱向生長(zhǎng)，而骨外膜中的骨骼干細(xì)胞在穩(wěn)態(tài)下主要通過(guò)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(shí)，骨外膜來(lái)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(guò)軟骨內(nèi)成骨途徑驅(qū)動(dòng)再生。這一成骨方式的轉(zhuǎn)換引出了核心科學(xué)問(wèn)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(duì)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(duì)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(kāi)發(fā)。

針對(duì)這一科學(xué)問(wèn)題，研究人員首先借助單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)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(gè)不同亞群。其中一群特異性高表達(dá)Angptl7和Cdkn1c，而另一群則高表達(dá)Postn和Sp7。通過(guò)對(duì)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(cè)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(cè)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(shí)熒光報(bào)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(zhǎng)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(shí)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(zhǎng)期駐留在骨外膜。

研究人員接下來(lái)對(duì)骨折損傷修復(fù)過(guò)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(huì)大量擴(kuò)增，并通過(guò)軟骨內(nèi)成骨途徑介導(dǎo)骨再生。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)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(gè)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(guò)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(duì)骨折損傷修復(fù)至關(guān)重要。最后，結(jié)合轉(zhuǎn)錄組測(cè)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(huì)首先進(jìn)入一個(gè)炎性應(yīng)答階段，并通過(guò)上調(diào)NF-κB等信號(hào)通路來(lái)響應(yīng)炎性信號(hào)（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(guó)研究員、同濟(jì)大學(xué)樂(lè)融融教授為本文的共同通訊作者。該研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家科技部等項(xiàng)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(guó)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(dòng)物技術(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/10.1038/s41422-025-01202-8

該論文被選為封面故事：長(zhǎng)城守衛(wèi)軍。長(zhǎng)城（骨骼）是永續(xù)防御的舞臺(tái)，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(lái)破壞（骨折），烽火狼煙（損傷信號(hào)）沖天而起，衛(wèi)兵們將被緊急動(dòng)員，誓死修復(fù)城墻，擊退強(qiáng)敵。