哺乳動物的骨骼在出生后快速生長，而進(jìn)入青春期(adolescence)后，快速增長(lengthening)的模式逐漸轉(zhuǎn)變成緩慢的增粗(thickening)。青春期前后骨骼生長模式變化的機制是什么?為什么成年后身體不再長高?長期運動促進(jìn)骨骼生長?
9月8日，Cell Stem Cell在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心(生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所)研究員周波研究組的最新研究進(jìn)展Tracing the skeletal progenitor transition during postnatal bone formation。該研究揭示了小鼠青春期前后骨骼干細(xì)胞(Skeletal stem cell)屬性發(fā)生轉(zhuǎn)變，這為青春期間骨骼生長模式的轉(zhuǎn)變奠定了細(xì)胞基礎(chǔ)，也為實現(xiàn)成體骨骼繼續(xù)增長指明了方向。
周波研究組致力于干細(xì)胞的發(fā)育調(diào)控研究，揭示造血干細(xì)胞在青春期受到腦垂體激素的遠(yuǎn)程調(diào)控。本研究顯示，青春期以前的成骨細(xì)胞主要來源于生長板內(nèi)的Acan+軟骨細(xì)胞，而青春期以后的成骨細(xì)胞主要來源于骨髓內(nèi)的Lepr+基質(zhì)細(xì)胞。生長板軟骨縱向成骨，實現(xiàn)骨骼增長;骨髓基質(zhì)細(xì)胞橫向成骨，實現(xiàn)骨骼的增粗。這一發(fā)現(xiàn)革新了關(guān)于成骨干細(xì)胞來源的經(jīng)典認(rèn)識。
根據(jù)周斌開發(fā)的雙同源重組酶系統(tǒng)的原理，實現(xiàn)了生長板軟骨和Lepr+骨髓基質(zhì)細(xì)胞的同步示蹤。該系統(tǒng)展示了兩類骨骼干細(xì)胞在青春期的動態(tài)轉(zhuǎn)變過程，并發(fā)現(xiàn)大部分Lepr+骨髓基質(zhì)細(xì)胞起源于生長板軟骨。研究將Runx2基因分別從生長板軟骨和Lepr+骨髓基質(zhì)細(xì)胞中條件性敲除后，發(fā)現(xiàn)骨骼的增長和增粗分別受到影響，印證了這兩群骨骼干細(xì)胞在骨骼發(fā)育和生長過程中的分工，意味著若將生長板軟骨重新激活，有望讓成體骨骼繼續(xù)延伸，進(jìn)入“第二春”， 這將是周波研究組下一步的重點攻關(guān)方向。
運動有利于骨骼增長還是增粗?在動物跑步實驗中，周波研究組發(fā)現(xiàn)，長期堅持跑步會顯著促進(jìn)生長板軟骨的成骨分化，但對Lepr+骨髓基質(zhì)細(xì)胞則沒有顯著影響。這提示堅持跑步運動對于青春期以前的骨骼生長更有益處。
研究工作得到國家重點研發(fā)計劃“干細(xì)胞及轉(zhuǎn)化研究”重點專項、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、國家自然科學(xué)基金的支持。
關(guān)鍵詞： 分子細(xì)胞卓越中心 骨骼生長模式轉(zhuǎn)變 細(xì)胞基礎(chǔ) 骨骼
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