Cell 发现一种新型的骨细胞

来源: 生物360 / 作者: 2021-02-26
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澳大利亚 Garvan 医学研究院的研究人员发现了一种新型的骨细胞,这可能揭示出治疗骨质疏松症和其他骨骼疾病的新方法。

研究人员称这些新细胞为 “osteomorphs”,它们存在于血液和骨髓中,融合在一起形成破骨细胞,破骨细胞是破坏骨组织的专门细胞。它们具有独特的基因组特征,有望成为治疗靶标。

这一研究发现公布在 Cell 杂志上。

Garvan 医学研究院基因表达实验室负责人 Tri Phan 教授说:“这项发现改变了游戏规则,不仅帮助我们了解了骨骼生物学,而且为骨质疏松症治疗提供了重要的新途径,Osteomorphs 表达了几种似乎与骨骼疾病有关的基因,这可能有助于科学家们找到一种针对骨质疏松症的全新方法。”

显微镜下的骨吸收

在微观层面上,我们的骨骼在不断变化。为了支持骨骼的生长,维护和修复损伤,骨骼表面上的特殊细胞会分解旧的骨骼组织(称为骨骼吸收)并使其恢复原状。这种平衡的改变会导致骨骼脆弱,包括骨质疏松症。

为了更好地了解骨骼吸收及其治疗方法,研究人员在实验模型中研究了破骨细胞,即专门用于吸收骨骼的细胞。研究人员发现,利用活体成像技术可以深入观察活骨组织的内部情况,他们观察到破骨细胞做了一些不同寻常的事情——它们分裂成较小的细胞,然后又结合起来形成破骨细胞。

“这个过程对我们来说是全新的。迄今为止,人们一直认为破骨细胞在完成工作后会经历细胞死亡,但是我们看到破骨细胞通过分裂,并重新结合在一起,不断循环利用,” 论文的第一作者 Michelle McDonald 博士说。

“我们还在血液和骨髓中发现了这些细胞,这表明它们可以传播到骨骼的其他部位,因为当再次需要破骨细胞时,它们可能会 '蓄积' 准备融合。”

独特的遗传特征

这项研究利用了他们专门开发的用于研究骨骼中这些细胞的尖端单细胞 RNA 测序技术,结果发现新细胞可以启动许多基因。

“在这些细胞中打开的基因的分布确实很有趣:尽管破骨细胞也表达了许多基因,但有一些是独特的。再加上通过活体成像观察到的新的重融合过程的证据,我们相信我们发现了一种新的细胞类型,我们称其为 osteomorphs。”

之后研究小组与伦敦帝国理工大学合作,删除了实验模型中 40 个在 osteomorphs 中打开的基因。他们发现,对于其中的 17 个基因,缺失影响了骨骼的数量和骨骼强度,这表明它们在控制骨骼方面起着至关重要的作用。

另一位作者 Peter Croucher 教授说:“当我们在公开数据库中进一步研究人类基因组数据时,我们发现在 osteomorphs 上打开的基因与导致骨骼发育异常,并控制骨矿物质密度的人类基因变异有关。”

“总的来说,这些发现揭示了 osteomorphs 在骨骼维持中的关键作用,而了解这些细胞和控制它们的基因可能揭示出骨骼疾病的新治疗靶点。”

常见的副作用

除了揭示新的治疗途径外,这一发现还为常见的临床现象提供了可能的解释。

一些中止骨质疏松症治疗(denosumab,地诺单抗)的患者的骨量会减少,这就是所谓的 “rebound vertebral fractures(回弹性脊椎骨折,生物通注)。

作者说,地诺单抗阻断了一个他们发现的分子,这些分子是 osteomorphs 形成破骨细胞所必需的。研究人员怀疑接受地诺单抗治疗的患者体内会积聚 osteomorphs,并在停止治疗后被释放形成破骨细胞,从而吸收骨质。

研究人员说,研究地诺单抗和其他骨质疏松症药物对 osteomorphs 的影响,可能会告诉我们如何改善这些治疗方法以及如何预防其戒断作用。

“虽然我们还没有完全了解 osteomorphs 的作用,但它们的存在已经让我们对骨骼的认识发生了重大变化。” “这项研究是跨许多科学领域的巨大国际努力。我们期待探索这些细胞如何改变骨质疏松症和其他骨骼疾病的治疗方法。”

(生物通)

原文链接:

http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2021.02.002

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