當(dāng)再生大量骨骼時，骨骼肌干細(xì)胞返回到一種更加原始的細(xì)胞類型

一種常見的稱為牽拉成骨技術(shù)（distraction osteogenesis）的外科技術(shù)經(jīng)常被用于新生兒或嬰兒中以延長下顎中存在異常發(fā)育不良的骨骼。這種畸形經(jīng)常在皮-羅二氏綜合征（Pierre-Robin syndrome）、特-柯二氏綜合征（Treacher Collins syndrome）和顱面短小癥（craniofacial microsomia）等疾病中發(fā)生。在牽張成骨過程中，骨骼被外科手術(shù)折斷，接著一個可調(diào)節(jié)的裝置插入到其中，從而在幾周內(nèi)逐漸增加骨骼兩端之間的距離。這促進新的骨骼生長來填補空缺。這種再生出的骨骼類于似正常發(fā)育的下頜骨。

近期，美國斯坦福大學(xué)的研究人員在人類和小鼠體內(nèi)鑒定出成體骨骼肌干細(xì)胞。類似于成年動物中存在的其他干細(xì)胞，骨骼肌干細(xì)胞具有有限的產(chǎn)生不同細(xì)胞類型的能力。具體而言，它們能夠產(chǎn)生骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞來修復(fù)諸如骨折之類的正常損傷。但是在牽拉成骨過程中，需要反復(fù)地讓骨骼兩端分隔得更遠，因此這就需要更加廣泛地骨再生。這種骨再生需要機械力，但是骨骼干細(xì)胞對這種環(huán)境信號如何作出反應(yīng)仍然是未知的。

在一項新的研究中，來自美國斯坦福大學(xué)的研究人員一種稱為ATAC-seq的技術(shù)來鑒定小鼠骨骼肌干細(xì)胞在對機械牽拉力作出反應(yīng)時啟動的基因開關(guān)。他們發(fā)現(xiàn)這些干細(xì)胞開始表達通常在顱神經(jīng)嵴細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的基因，其中顱神經(jīng)嵴細(xì)胞是懷孕5到6周后出現(xiàn)的細(xì)胞，它們能夠產(chǎn)生頭部和面部中的骨骼、軟骨和結(jié)締組織。與此同時，這些干細(xì)胞抑制參與正常骨折修復(fù)所需的基因的表達。這意味著當(dāng)需要再生大量的骨骼時，小鼠骨骼干細(xì)胞退回到一種在發(fā)育上更加靈活的狀態(tài)。相關(guān)研究結(jié)果于2018年10月24日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“Mechanoresponsive stem cells acquire neural crest fate in jaw regeneration”。

這些發(fā)現(xiàn)**表明在環(huán)境信號作出反應(yīng)時，哺乳動物骨骼肌干細(xì)胞在一種稱為去分化的過程中能夠沿著發(fā)育時間軸向后移動，從而變得更加原始。特別值得一提的是，這些干細(xì)胞似乎非常類似于一種通常在人類懷孕后幾周內(nèi)出現(xiàn)的細(xì)胞類型，即顱神經(jīng)嵴細(xì)胞。

在缺乏將骨骼分開的機械力的情況下，小鼠骨骼干細(xì)胞在不表達顱神經(jīng)嵴基因的情況下修復(fù)骨折。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，粘著斑激酶（focal adhesion kinase）分子通路是在這些干細(xì)胞能夠檢測和響應(yīng)機械力中起著至關(guān)重要的作用。抑制這一通路破壞了這些干細(xì)胞在牽張成骨過程中再生新骨的能力。

這些研究結(jié)果表明利用自然形成的僅有有限分化能力的成體干細(xì)胞在全身范圍內(nèi)實現(xiàn)更廣泛的再生是有可能的。