2月23日，国际学术期刊Advanced Science在线发表了中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）邹卫国研究组与空军军医大学第一附属医院骨科罗卓荆教授团队的最新研究成果“Discovery and Application of Postnatal Nucleus Pulposus Progenitors Essential for Intervertebral Disc Homeostasis and Degeneration”。该研究首次通过模式动物筛选出纯化的椎间盘髓核组织进行单细胞转录组测序分析，并通过谱系示踪的方法首次鉴定出小鼠成体期髓核前体/祖细胞的存在，为椎间盘退变及损伤修复提供了新的治疗策略。
随着生活节奏的加快，椎间盘退变（IDD）所导致的颈肩、腰背痛是当前社会最常见的退行性疾病，不仅带来了巨大的社会经济负担，也对飞行员、航天员等经历高负载作业的特殊职业人群的服役时间和工作状态产生严重影响。
目前IDD导致的临床症状主要通过保守治疗和手术治疗缓解，保守治疗主要依靠抗炎、肌肉松弛剂和神经营养药物等来缓解疼痛或炎症，脊柱融合术、人工椎间盘置换等手术治疗也不能恢复椎间盘的正常生理功能，甚至导致脊柱的异常受力而产生不良后果。因此，开发新的椎间盘退变治疗策略至关重要。
近几十年来，干细胞作为“种子”的细胞疗法取得了很大进展，这些细胞已被证明可以减缓IDD进程并促进ECM重塑。然而，椎间盘组织压力过度负荷、营养缺乏的恶劣微环境对于外源性细胞很不友好，细胞疗法受到很大挑战。因此，能够适应椎间盘恶劣微环境的、椎间盘自身的干/前体细胞可能是最合适的细胞来源。
既往研究表明Shh能够在椎间盘组织中特异性的标记髓核细胞，利用Shh-Cre;TdTomato小鼠，并通过流式细胞学技术将小鼠髓核细胞分选出来后进行了单细胞转录组测序。测序结果显示，小鼠髓核细胞能够分为四大类群，其中包括UTS2R+ ProNPs，BMP7+ RegNPs，GDF5+ HomNPs和一个过渡态的中间群。
研究人员重点对UTS2R+ ProNPs细胞类群进行了深入研究，构建了诱导型敲除的Uts2r-CreERT2;TdToamto小鼠，通过谱系示踪发现，UTS2R标记的ProNPs能够随着分析年龄的增长而数目增加，并且能够增殖并且分化成BMP7+ RegNP及GDF5+ RegNPs，首次在体证实了成体期髓核前体/祖细胞的存在。此外，研究人员通过流式细胞术分析发现，UTS2R+ProNPs高表达间充质干细胞等相关标志物，并且流式分选后体外培养的UTS2R+ ProNPs具有克隆形成能力，并且可以向成骨、成软骨和成脂进行三系分化，进一步证明了UTS2R+ ProNPs作为髓核前体/祖细胞的增殖和分化能力。
鉴于髓核前体/祖细胞的耗竭是诱发IDD发生发展的重要因素，研究人员在小鼠椎间盘退变模型中检测了UTS2R+ ProNPs的数目变化，发现UTS2R+ProNPs明显减少。在IDD临床病人组织样本中，通过免疫荧光染色发现，随着椎间盘退变严重程度的增加，UTS2R+ ProNPs的数目也相对减少。这提示了在椎间盘退变的过程中伴随着UTS2R+ ProNPs的耗竭。研究人员接下来建立了针刺损伤的IDD模型，并在损伤后移植UTS2R+ ProNPs，通过X-ray分析椎间盘高度和Safranin O组化分析，发现UTS2R+ ProNPs能够有效缓解IDD进程。基于单细胞测序结果，研究员还发现UTS2R+ ProNPs特异性分泌细胞外基质蛋白Tenascin-C构成自身潜在的细胞外微环境，参与维持ProNPs的黏附及活性。在针刺损伤的IDD模型，通过共同移植UTS2R+ProNPs和Tenascin-C能够最大程度的缓解IDD的进程。
综上，该研究首次在体内鉴定出小鼠成体期髓核细胞存在前体/祖细胞亚群，扩充了椎间盘稳态维持及退行性变的细胞学机理，并为椎间盘退变及损伤修复提供了新的种子细胞来源。
分子细胞卓越中心邹卫国研究员和空军军医大学西京医院骨科罗卓荆主任为该论文的共同通讯作者。邹卫国研究组博士后、空军军医大学西京医院骨科副主任医师/副教授高博和邹卫国研究组博士生蒋博为该论文的共同第一作者。感谢分子细胞卓越中心孙丽明研究员、周波研究员和复旦大学生命科学学院周兆才教授对研究的帮助，感谢分子细胞卓越中心细胞分析技术平台、分子生物学技术平台、动物实验技术平台的大力支持，感谢国家基金委、科技部、中科院和上海市科委等的经费支持。
文章链接：https://doi.org/10.1002/advs.202104888
