TUhjnbcbe - 2022/2/25 21:07:00
椎间盘退行性疾病（Degenerativediscdisease，DDD）是引起颈肩痛与腰腿痛的主要原因，严重影响患者的生活质量，给家庭和社会造成了沉重的负担。因此，人们不断深入探索椎间盘生理学和病理学机制，寻求重建椎间盘稳态的创新治疗方法。然而，椎间盘细胞的异质性以及分子特征的复杂性为退变生理病理机制的探索带来了重大挑战。以往研究发现，人类椎间盘的细胞多样性与多种未知功能有关。例如，椎间盘干细胞可能在椎间盘发育、损伤和修复过程中发挥关键作用。但迄今为止仍难以精确解析人类椎间盘内各细胞亚群的分子特征、起源及其调控机制。年8月16日，陆**医大学陆*特色医学中心（医院）骨科刘鹏课医院第五医学中心刘兵课题组，在陆*特色医学中心（医院）陈林课题组的支持下，在BoneResearch杂志发表了封面论文，题为Thespatially-definedsingle-celltranscriptionalprofilinguncoversdiversifiedchondrocytesubtypesandnucleuspulposusprogenitorsinhumanintervertebraldiscs的研究论著。该研究对,个椎间盘髓核、纤维环及终板组织的细胞进行了单细胞转录组测序和分析，系统绘制了人类椎间盘的单细胞图谱，实现了对椎间盘细胞异质性的初步认识。并根据细胞外基质（extracellularmatrix,ECM）稳态的特征差异对软骨细胞亚群进行了重新分类。结合体外功能实验发现了一群定位于髓核内部，特征性表达PDGFRA和PROCR的髓核祖细胞（nucleuspulposusprogenitorcells,NPPC），证实其具有集落形成和三系分化能力。该工作是国际上首次针对人类椎间盘在单细胞水平开展的异质性研究，对于深入理解椎间盘发育及退变机制具有重要意义。图1.人类椎间盘的单细胞转录组全景图研究人员从13-31周岁的研究人群中获得健康椎间盘（PfirrmannI级），从中分离髓核、纤维环和终板组织，分别进行高通量单细胞转录组测序，通过整合分析鉴定得到以下主要细胞亚群：3群软骨细胞亚群、脊索细胞、基质细胞、周细胞、内皮细胞、髓核祖细胞、血细胞、成骨细胞以及少量的神经细胞。根据细胞外基质的特征差异，研究人员将3群软骨细胞进一步鉴定为调控型、稳态型和效应型。其中，调控型软骨细胞主要在细胞因子表达和软骨生成相关调控通路中发挥调控作用；稳态型软骨细胞亚群相对静息并且分化完全，与基质合成和节律调节相关；效应型软骨型细胞具有较高代谢活性特征。这些软骨细胞亚群在胞外基质特征的差异，为进一步探索软骨细胞维持椎间盘稳态的机制提供了一个新的视角。研究人员还发现，髓核祖细胞亚群特异性高表达间充质祖细胞标记物PDGFRA和中胚层来源间充质标志物PRRX1，提示髓核内可能存在具有干性潜能的细胞群体。进一步分析发现部分髓核祖细胞亚群高表达干性基因PROCR，和软骨生成相关的重要转录因子SMAD3,同时运用免疫荧光染色证实了PROCR+细胞内p-SMAD3高度活化。随后，研究人员利用PROCR富集分选了髓核祖细胞群体，发现该细胞群具有较强的体外克隆形成能力。与拟时序分析一致，体外实验证实PROCR+细胞具有成骨、成软骨和成脂三系分化能力。图2.髓核祖细胞（NPPC）的特征和功能鉴定综上，该研究首次绘制了人类椎间盘单细胞图谱，从空间上解析了细胞异质性和维持椎间盘稳态的关键分子事件，在单细胞水平上更新了对人类椎间盘的理解和认识，从转录组和功能学层面鉴定得到一群新型的髓核祖细胞（NPPC），为建立椎间盘退行性疾病的生物治疗策略提供了重要线索。图3.研究模式图该研究成果被BoneResearch选为了封面论文，研究工作得到了陆*特色医学中心*事医学培养计划、国家自然科学基金委、重庆市博新计划、创伤烧伤与复合伤国家重点实验室多个基金项目的资助，陆**医大学陆*特色医学中心（医院）骨科刘医院第五医学中心刘兵研究员为该论文的共同通讯作者，甘翼搏博士后与贺健博士为论文的共同第一作者，陆*特色医学中心为第一完成单位。该工作也得到了陆*特色医学中心陈林教授课题组的参与和支持。图4.本研究被选为杂志封面论文参考文献：Gan,Y.,He,J.,Zhu,J.etal.Spatiallydefinedsingle-celltranscriptionalprofilingcharacterizesdiversechondrocytesubtypesandnucleuspulposusprogenitorsinhumanintervertebraldiscs.BoneRes9,37().