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【前沿资讯】当再生大量骨骼时,骨骼肌干细胞返回到一种更加原始的细胞类型

一种常见的称为牵拉成骨技术(distraction osteogenesis)的外科技术经常被用于新生儿或婴儿中以延长下颚中存在异常发育不良的骨骼。

 

这种畸形经常在皮-罗二氏综合征(Pierre-Robin syndrome)、特-柯二氏综合征(Treacher Collins syndrome)和颅面短小症(craniofacial microsomia)等疾病中发生。

 

在牵张成骨过程中,骨骼被外科手术折断,接着一个可调节的装置插入到其中,从而在几周内逐渐增加骨骼两端之间的距离。这促进新的骨骼生长来填补空缺。这种再生出的骨骼类于似正常发育的下颌骨。

近期,美国斯坦福大学的研究人员在人类和小鼠体内鉴定出成体骨骼肌干细胞。类似于成年动物中存在的其他干细胞,骨骼肌干细胞具有有限的产生不同细胞类型的能力。具体而言,它们能够产生骨细胞、软骨细胞和基质细胞来修复诸如骨折之类的正常损伤。

 

但是在牵拉成骨过程中,需要反复地让骨骼两端分隔得更远,因此这就需要更加广泛地骨再生。这种骨再生需要机械力,但是骨骼干细胞对这种环境信号如何作出反应仍然是未知的。

图片来自Nature

 

在一项新的研究中,来自美国斯坦福大学的研究人员一种称为ATAC-seq的技术来鉴定小鼠骨骼肌干细胞在对机械牵拉力作出反应时启动的基因开关。

 

他们发现这些干细胞开始表达通常在颅神经嵴细胞中发现的基因,其中颅神经嵴细胞是怀孕5到6周后出现的细胞,它们能够产生头部和面部中的骨骼、软骨和结缔组织。

 

与此同时,这些干细胞抑制参与正常骨折修复所需的基因的表达。这意味着当需要再生大量的骨骼时,小鼠骨骼干细胞退回到一种在发育上更加灵活的状态。

 

相关研究结果于2018年10月24日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Mechanoresponsive stem cells acquire neural crest fate in jaw regeneration”。

这些发现首次表明在环境信号作出反应时,哺乳动物骨骼肌干细胞在一种称为去分化的过程中能够沿着发育时间轴向后移动,从而变得更加原始。特别值得一提的是,这些干细胞似乎非常类似于一种通常在人类怀孕后几周内出现的细胞类型,即颅神经嵴细胞。

在缺乏将骨骼分开的机械力的情况下,小鼠骨骼干细胞在不表达颅神经嵴基因的情况下修复骨折。进一步的研究发现,粘着斑激酶(focal adhesion kinase)分子通路是在这些干细胞能够检测和响应机械力中起着至关重要的作用。抑制这一通路破坏了这些干细胞在牵张成骨过程中再生新骨的能力。

这些研究结果表明利用自然形成的仅有有限分化能力的成体干细胞在全身范围内实现更广泛的再生是有可能的。

 

来源:生物谷