专访｜脊柱“缓震器”磨损何解？中国绘首份椎

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

原标题：专访｜脊柱“缓震器”磨损何解？中国绘首份椎间盘单细胞图谱

人类有23个椎间盘（IVD），其厚度约占骶椎以上脊柱全长的1/4。这些椎间盘被称为是脊柱“缓震器”，但它们的磨损却可能从20岁就开始，随着年龄的增长，磨损日益严重，由此导致所谓的椎间盘退行性疾病 (DDD)。

“椎间盘退行性疾病是与椎间盘退变相关的一大类疾病的统称，包括大众所熟知的颈椎病、腰椎间盘突出症、腰椎管狭窄症等。”近日，陆军军医大学陆军特色医学中心（大坪医院）骨科主任、外科学与野战外科学教研室主任刘鹏教授在接受澎湃新闻（）记者采访时表示，“在年龄增长、反复及多次应力作用等综合因素影响下，椎间盘三个组成部分会不同程度的发生老化，专业描述称之为‘退行性变’。”

值得注意的是，这类退行性疾病目前在医学上尚未有“治本”的手段，刘鹏团队联合解放军总医院第五医学中心刘兵研究员团队，近年来“从零”开始探索。日前，Bone Research杂志以封面形式在线发表了刘鹏等人的一项研究，题为“Spatially defined single-cell transcriptional profiling characterizes diverse chondrocyte subtypes and nucleus pulposus progenitors in human intervertebral discs（空间解析单细胞转录谱表征人类椎间盘不同的软骨细胞亚型和髓核祖细胞）”。

“我们的研究策略是从健康椎间盘获得了十万个细胞，逐个进行测序，再整合起来进行生物信息学分析，这种技术叫做单细胞转录组测序。最终，我们在世界上首次系统绘制了含有空间信息的人类椎间盘单细胞图谱，更新了人类对椎间盘细胞组成的认知。”

刘鹏认为，更重要的是，这项研究从转录组和功能学层面鉴定得到一群新型的髓核祖细胞（NPPC），“这种细胞被证明具有干细胞的特征，具有再生的潜能，为建立椎间盘退行性疾病的生物治疗策略提供了重要线索。”

刘鹏和刘兵为该研究的共同通讯作者，陆军军医大学陆军特色医学中心（大坪医院）骨科甘翼搏博士后与军事科学院军事医学研究院蛋白质组学国家重点实验室贺健博士为共同第一作者，陆军特色医学中心为第一完成单位。该研究工作得到了陆军特色医学中心军事医学培养计划、国家自然科学基金委、重庆市博新计划、创伤烧伤与复合伤国家重点实验室多个基金项目的资助。

“治标”第一步：绘制人类椎间盘单细胞图谱

在过去的研究中，科学家不断探索椎间盘生理学和病理学机制，寻求重建椎间盘稳态的创新治疗方法。然而，椎间盘细胞的异质性以及分子特征的复杂性为退变生理病理机制的探索带来了重大挑战。

“椎间盘是连接椎体最关键的结构，它由软骨终板、纤维环和髓核三部分组成，其生理作用是维持椎体之间的连接、运动并吸收震荡，可以将之视为脊柱的‘缓震器’。”刘鹏提到，虽然椎间盘退行性疾病是人体衰老的一部分，但是对健康造成的影响是巨大的，最常见的就是颈肩痛和腰腿痛。

现有的治疗方法主要分为保守治疗与手术治疗。保守治疗手段包括休息、药物和物理治疗等；而手术治疗以髓核摘除、神经组织减压为主要手段，可根据情况决定是否同时实施脊柱融合术。

“总体而言，目前治疗方法的临床效果是满意的，但是深入分析其治疗原理可知，目前疗法均以缓解症状为主要目的，也就是老百姓俗称的‘治标’，并没有做到真正减缓、阻止或者逆转‘椎间盘退变’这一核心病理改变。”刘鹏表示，多年来，学者们共同希望能够探索新的生物学治疗方法，以期彻底根治椎间盘退行性疾病，力争做到“治本”。

实际上，既往的研究发现，人类椎间盘内有很多不同类型的细胞成分。而人类椎间盘的细胞多样性也与多种未知功能有关。例如，椎间盘干细胞可能在椎间盘发育、损伤和修复过程中发挥关键作用。但到，由于技术手段受限，迄今为止仍难以精确解析人类椎间盘内各细胞亚群的分子特征，起源及其调控机制。

专访｜脊柱“缓震器”磨损何解？中国绘首份椎

人类椎间盘的单细胞转录组全景图。

在刘鹏等人的这项最新研究中，研究人员从13-31周岁的研究人群中获得健康椎间盘（Pfirrmann I级），从中分离髓核、纤维环和终板组织，最终对108108个椎间盘髓核、纤维环及终板组织的细胞进行了单细胞转录组测序和分析。

研究团队通过整合分析鉴定得到以下主要细胞亚群：3群软骨细胞亚群、脊索细胞、基质细胞、周细胞、内皮细胞、髓核祖细胞，血细胞，成骨细胞以及少量的神经细胞。

随后，研究人员还根据细胞外基质（ECM）稳态的特征差异，将3群软骨细胞进行了重新分类，进一步鉴定为调控型、稳态型和效应型。研究认为，调控型软骨细胞主要在细胞因子表达和软骨生成相关调控通路中发挥调控作用；稳态型软骨细胞亚群相对静息并且分化完全，与基质合成和节律调节相关；效应型软骨型细胞具有较高代谢活性特征。

研究认为，这些软骨细胞亚群在胞外基质特征的差异，为进一步探索软骨细胞维持椎间盘稳态的机制提供了一个新的视角。