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欧阳宏伟、陈晓教授团队合作利用单细胞转录组测序技术发现了全新的肌肉骨骼系统干细胞亚群

来源 :基础医学系    发布时间 :2020-11-01    浏览次数 :132

浙江大学基础医学院欧阳宏伟教授和陈晓教授团队合作利用单细胞转录组测序技术发现了全新的肌肉骨骼系统干细胞亚群,并证实其参与软骨、骨、肌腱和肌肉等多组织的发生、发育和修复再生。研究成果以“肌肉骨骼系统干细胞软硬组织分化图谱(Atlas of Musculoskeletal Stem Cells with The Soft and Hard Tissue Differentiation Architecture为题于20201022日在线发表在《先进科学》(Advanced Science),并被国家自然科学基金委官网报道。详情请点击:http://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab448/info79191.htm

肌肉骨骼系统是人类生活和运动的基本结构,占人体70%。随着运动的普及,肌肉骨骼系统的疾病和损伤日益增加,其难治性损伤,如软骨缺损,肌腱断裂,肌腱炎、骨折不愈合等,严重影响着人们的生活质量,但目前仍缺乏有效的治疗手段。干细胞是具有自我更新能力的多能细胞, 能够向组织中各个谱系分化,是损伤后稳态维持和组织再生的主要细胞类型。对干细胞类别的深入研究有助于增强我们对组织修复和再生的认识。

该研究运用单细胞转录组测序和体内遗传谱系追踪技术解析了肢体发育过程中细胞分化的动态过程,鉴定出Scx+Hoxd13+肌肉骨骼系统干细胞、Scx+Col1a1+软组织干祖细胞和Scx+Sox9+硬组织干祖细胞,为系统地解码肢体发育和再生中肌肉骨骼组织形态发生的复杂分子机制和细胞程序奠定了基础。

单细胞转录组学分析已越来越多地被应用于研究各种组织器官的发育和病理过程,尤其是稀有的干/祖细胞亚群在这些过程中的功能。本研究利用高通量单细胞转录组测序技术,获得了小鼠肢体发育过程中从肢芽发生到肌肉骨骼系统各组织基本成型过程中不同时间点(E10.5,E12.5,E15.5)细胞的动态转录特征。拟时间分析发现肢体发育早期存在Scx+Hoxd13+肌肉骨骼系统干祖细胞亚群,并在发育后期形成了明显的对应硬、软结缔组织分化的分支路径。进一步,我们结合自主研发的多样本转录组测序技术和组织学分析,比较了Scx敲除和野生型小鼠全身16种组织或器官的表达谱和组织学形态,发现Scx敲除影响集中体现在肌肉骨骼系统各组织,骨、软骨和肌肉等组织的基因表达和形态结构都出现显著异常。与此同时,通过谱系追踪实验证明Scx+细胞亚群参与肌腱、肌肉和骨等多种组织的发育和损伤修复过程。进一步,谱系清除实验证实在手术造模后清除Scx谱系细胞会显著影响机体骨、软骨、半月板、肌腱和肌肉组织的内源性修复效果。

该研究发现了全新的肌肉骨骼系统干细胞亚群,并证实其在肢体发育和稳态维持中起重要作用,该亚群主导结缔组织的发生,并参与部分肌肉组织形成,补充了现有肌肉骨骼系统发育的理论体系,也为未来组织工程构建提供了潜在的细胞来源和调控策略选择。

本文第一作者为浙江大学基础医学院茵梓副教授和浙江大学爱丁堡大学联合学院林俊鑫博士后,通讯作者为欧阳宏伟教授和陈晓教授,该研究得到科技部国家重点研发计划(2017YFA0104902)、国家自然科学基金(31830029, 81871764, 31570987 81772418)以及浙江省自然科学基金(LR20H060001)的支持。

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202000938