Nature：重大發現！當再生大量骨骼時，骨骼肌幹細胞返回到一種更加原始的細胞類型

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2018年10月27日/生物谷BIOON/---一種常見的稱為牽拉成骨技術(distraction osteogenesis)的外科技術經常被用於新生兒或嬰兒中以延長下顎中存在異常發育不良的骨骼。這種畸形經常在皮-羅二氏綜合征(Pierre-Robin syndrome)、特-柯二氏綜合征(Treacher Collins syndrome)和顱面短小症(craniofacial microsomia)等疾病中發生。在牽張成骨過程中，骨骼被外科手術折斷，接著一個可調節的裝置插入到其中，從而在幾周內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於似正常發育的下頜骨。

近期，美國斯坦福大學的研究人員在人類和小鼠體內鑒定出成體骨骼肌幹細胞。類似於成年動物中存在的其他幹細胞，骨骼肌幹細胞具有有限的產生不同細胞類型的能力。具體而言，它們能夠產生骨細胞、軟骨細胞和基質細胞來修復諸如骨折之類的正常損傷。但是在牽拉成骨過程中，需要反覆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，但是骨骼幹細胞對這種環境信號如何作出反應仍然是未知的。

在一項新的研究中，來自美國斯坦福大學的研究人員一種稱為ATAC-seq的技術來鑒定小鼠骨骼肌幹細胞在對機械牽拉力作出反應時啟動的基因開關。他們發現這些幹細胞開始表達通常在顱神經嵴細胞中發現的基因，其中顱神經嵴細胞是懷孕5到6周後出現的細胞，它們能夠產生頭部和面部中的骨骼、軟骨和結締組織。與此同時，這些幹細胞抑制參與正常骨折修復所需的基因的表達。這意味著當需要再生大量的骨骼時，小鼠骨骼幹細胞退回到一種在發育上更加靈活的狀態。相關研究結果於2018年10月24日在線發表在Nature期刊上，論文標題為「Mechanoresponsive stem cells acquire neural crest fate in jaw regeneration」。

這些發現首次表明在環境信號作出反應時，哺乳動物骨骼肌幹細胞在一種稱為去分化的過程中能夠沿著發育時間軸向後移動，從而變得更加原始。特別值得一提的是，這些幹細胞似乎非常類似於一種通常在人類懷孕後幾周內出現的細胞類型，即顱神經嵴細胞。

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

這些研究結果表明利用自然形成的僅有有限分化能力的成體幹細胞在全身範圍內實現更廣泛的再生是有可能的。(生物谷 Bioon.com)

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