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细胞改变骨骼生长,成为骨骼生长的动力源泉

[本文为疾病百科知识,仅供阅读]  发布日期:2019-10-22 10:48   阅读:

  长骨在人的身高中起着重要的作用,拥有一双大长腿估计是很多人梦寐以求的事情。传统的研究认为,骨生长依赖于有限数量的祖细胞逐渐消耗。这是一个不可逆的过程,等到祖细胞完全被消耗,长骨也就停止生长,人的身高也就达到了极限。

  如今,瑞典卡罗林斯卡研究所的研究人员领导的国际研究小组在《Nature》杂志上发表论文表示,小鼠骨骼的生长原理与血液、皮肤和其他组织一样。如果这一发现同样适用于人类,那么有生长障碍的的儿童或迎来新的治疗希望。

细胞改变骨骼生长,成为骨骼生长的动力源泉

  儿童骨骼的生长依赖于位于身体中所有长骨末端附近的生长板(physes)。这些板块包括软骨细胞,形成支持新的骨组织的一种支架,这些支架本身是由叫做软骨祖细胞的类似干细胞的祖细胞产生的。要使长骨正常生长,软骨细胞必须在整个生长过程中不断生成。

细胞改变骨骼生长,成为骨骼生长的动力源泉

  由软骨制成的骨的出生后生长板位于骨的末端和其轴之间(软骨显示为蓝色,骨化组织为棕色,静息区含有干细胞为红色)

  颠覆传统认知

  卡罗林斯卡的研究人员在研究小鼠软骨细胞的形成时发现,在胚胎发育过程中,祖细胞产生了小的'克隆'细胞。这个符合传统的研究观点,即在胚胎发育期间形成有限数量的祖细胞,然后消耗用于骨生长直至它们用完并停止生长。卡罗林斯卡生理学和药理学系的讲师Andrei Chagin说:“在小鼠出生后,细胞动力学发生了巨大的变化,形成了大而稳定的克隆,这些克隆被证明是软骨祖细胞获得再生能力的结果。”

  这种祖细胞行为是不断产生新细胞的组织的典型表现,像是皮肤、血液和肠道组织细胞都有这种能力。研究显示祖细胞位于非常特定的微环境中,即干细胞生态位,在这样的微环境中产生必需的细胞(例如皮肤和血细胞),也使祖细胞能够自我更新。如果生态位被破坏或功能失调,祖细胞就会耗尽,组织就会受损。

  静息区干细胞来自哪里?

  胚胎骨的生长与生后骨的生长一样,都是由软骨细胞的增殖、肥厚分化和软骨细胞的骨替代所驱动的。这个过程的结果是骨轴的两端都有软骨。研究人员通过标记胚胎软骨细胞,发现了其中一些发育成静息区干细胞。这些实验还表明,在出生之前,增殖和肥大软骨细胞具有多克隆来源,它们而不是源自单个自我更新的干细胞。这一观察意味着,胚胎和出生后的骨骼的生长组织方式惊人地不同。

细胞改变骨骼生长,成为骨骼生长的动力源泉

mtorc1通路的激活促进生长板中细胞的对称分裂

  那么来自胚胎软骨细胞的细胞如何获得干细胞特征?研究都表明,细胞自我更新潜力的表现与出骨骼末端的骨化中心(骨组织形成区域)的产生有关。研究小组研究了哺乳动物雷帕霉素复合物1 (mTORC1)通路的靶点,据报道该通路调控干细胞功能。研究人员发现,mTORC1信号在软骨细胞的特异性被激活时,干细胞分裂会从不对称分裂转变为对称分裂,并因此导致静息区中干细胞数量增加。这些观察证明了mTORC1信号在调节静息区干细胞自我更新潜能方面的作用。

  “如果事实证明人类也有这种生长机制,它可能带来对生长障碍儿童使用的众多治疗方法进行重新评估。” Chagin博士说,“这种机制也可以解释一些以前令人费解的现象,例如再某些基因突变患者身上看到的无限增长。”

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