揭示青春期前后骨骼生长模式转变的细胞基础 有望让成体骨骼继续延伸

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日期:2021-09-10 14:34:33    来源:分子细胞科学卓越创新中心    

哺乳动物的骨骼在出生后快速生长,而进入青春期(adolescence)后,快速增长(lengthening)的模式逐渐转变成缓慢的增粗(thickening)。青春期前后骨骼生长模式变化的机制是什么?为什么成年后身体不再长高?长期运动促进骨骼生长?

9月8日,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)研究员周波研究组的最新研究进展Tracing the skeletal progenitor transition during postnatal bone formation。该研究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奠定了细胞基础,也为实现成体骨骼继续增长指明了方向。

周波研究组致力于干细胞的发育调控研究,揭示造血干细胞在青春期受到脑垂体激素的远程调控。本研究显示,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。这一发现革新了关于成骨干细胞来源的经典认识。

根据周斌开发的双同源重组酶系统的原理,实现了生长板软骨和Lepr+骨髓基质细胞的同步示踪。该系统展示了两类骨骼干细胞在青春期的动态转变过程,并发现大部分Lepr+骨髓基质细胞起源于生长板软骨。研究将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,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,意味着若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。

研究工作得到国家重点研发计划“干细胞及转化研究”重点专项、中科院战略性先导科技专项、国家自然科学基金的支持。

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