人体骨骼干细胞“千呼万唤始出来”

 案例展示     |      2019-11-03

  人体干细胞家族又迎来新成员:骨骼干细胞(SSC)。近日,一个美国研究小组终于成功从胎儿和成人骨骼中分离出人体骨骼干细胞,从而开启了骨骼相关治疗的新可能性。

  “这是首次以这种方式识别出人体骨骼干细胞。”该论文第一作者、美国斯坦福大学医学院的Charles Chan告诉《中国科学报》记者。相关研究近日发表于《细胞》。

  骨骼组织具有非凡的再生潜力,骨骼损★▽…◇伤能很容易地愈合,甚至一些脊椎动物可以再生整个四肢。但是,也有脊椎动物骨骼组织的再生能力受到了限制。例如,老鼠和人类的骨骼可以从轻微到中等的损伤中恢复,但是成人软骨组织几乎没有再生能力。此外,随着时间的推移,小鼠和人类都表现出与年龄相关的骨骼组织的严重退化。

  骨骼功能障碍能导致各种健康问题,例如骨质疏松症、骨关节炎、非愈合骨骼损伤、血液疾病,甚至癌症。尽管骨骼功能障碍对健康和疾病有重大影响,但目前治疗方法十分有限。一个主要的障碍是,人体骨骼系统中的干细胞调节机制在很大程度上仍不清晰。

  “考虑到退◆●▪•★△▼●化、肿瘤、创伤后和▲●…△手术后骨骼疾病带来的巨大医疗负担,我们相信,识别人体骨骼干细胞◆◁•并阐明其世系图谱,将有助于促进骨骼疾病的分子诊断和治疗的发展。”论文通讯作者、斯坦福大学医学院的Michael Longaker说。

  故事还要从老◆▼鼠说起。2015年,两个美国独立研△▪▲□△究小组报告称,他们在小鼠中鉴别出了能够再生出骨和软骨的干细胞。

  在这两篇同样发表于《细胞》的论文中,哥伦比亚大学医学院研究人员发现了软骨网状干细胞。这些细胞可以自我更新并再生出一些重要的骨细胞和软骨细胞,包括成骨细胞及软骨细胞。

  Longaker团队则报告称他们在小鼠体内发现了可生成骨、软骨以及骨髓基质的干细胞,并绘制出了骨骼干细胞的发育树,追踪了它们到底是如何转变为中间祖细胞以及最终的各个类型的骨骼组织的。

  研究人员相信,这些干细胞同样存在于人体内。但由于人体骨骼干细胞表面FACS标记物与小鼠骨骼干细胞不同,“我们需要使用单细胞RNA测序进行跨物种比对,从而找到人类标记物。”Chan说。

  终于,时隔3年多,Longaker团队和奥地利及日本合作者,识别和描述了人体骨骼干细▼▼▽●▽●胞。这些自我更新和多能的细胞存在于胎儿和成人的骨髓组织中,并且可以衍生自★◇▽▼•诱导多能干细胞。在论文中,研究人员★-●=•▽展示了如何识别人体骨骼干细胞控▲★-●制人体骨骼、软骨和骨髓基质的形成。

  而且,通过定义人体骨骼干细胞和骨骼祖细胞之◁☆●•○△间的关系,研究人员绘制了一份详细的人体骨骼组织干细胞谱系图。“该图谱显示了人体骨骼干细胞和它的◆■子代细胞(包括骨、软骨和骨髓基质细胞的祖细胞)之间的谱系(家族)关系。”Chan说。

  此外,研究人员将人体骨骼干细胞与小鼠骨骼干细胞的转录组学和表观•●遗传学进行了比较,揭示骨骼干细胞形成的进化和分子途径调节了骨骼发育和骨骼的物种特异性差异。

  “通过比较不同脊椎动物特定类型干细胞的分子和功能差异,也许能发现组织生长和再生的聚合和发○▲-•■□散机制,并将这种理解应用于增进人类健康和恢复再生等方面。”Chan说。

  下一●步,研究人员将使用人体骨骼干细胞谱系图作为指南,以了解•□▼◁▼如何治疗骨骼疾病,如骨关节★△◁◁▽▼炎、骨质疏松症、骨骼老化以及骨癌,还包括前列腺癌或乳腺癌的骨转移癌。该团队还计划了解老鼠和人类骨骼发育间的基本遗传差异。

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