分享是一种态度 单细胞测序在发育方面的应用层出不穷，但我们许多的基础知识感觉甚是欠缺，今天我们介绍来自斯坦福大学医学院和密西根大学的综述性研究，文章于年9月23日发表于NatureReviewsMolecularCellBiology，题目为“Mechanismsofbonedevelopmentandrepair”，文章对不同细胞在骨形成中的作用机制进行研究，深入了解稳态和修复过程中骨骼维持和再生的机制，从而精确阐明骨修复过程中的细胞活性及其命运。 骨骼发育是通过一系列同步事件发生导致身体骨架的形成。骨骼及其周围微环境（包括炎性细胞，内皮细胞和施旺细胞）的修复潜力在整个成年期都持续存在，从而使组织恢复到其稳态功能状态。通过细胞表面标志物分离单个骨骼干细胞亚群以及单细胞技术的发展，可以深入了解稳态和修复过程中骨骼维持和再生的机制，从而精确阐明骨修复过程中的细胞活性和命运。对骨发育以及正常和异常骨修复的深入了解，对骨疾病和与衰老相关的变性的治疗具有重要的治疗意义。 骨骼肌肉系统为哺乳动物的身体提供了物理支架。人体骨骼为肌肉，肌腱和韧带提供了附着点，从而使运动成为可能。骨骼中还包含成人造血发生的微环境。人体具有通过再生来修复骨骼，将其恢复到完全功能状态的独特能力，进一步突出了骨骼在哺乳动物生理中的关键作用。研究表明，形成骨的成骨细胞与溶解吸收骨的破骨细胞（骨的两个主要细胞成分）之间的调节活性平衡是产生修复能力的原因。先前有关成骨细胞作用的研究强调了在骨修复过程中，诸如骨形态发生蛋白（BMP）和音猬蛋白（SHH）等形态发生成分的重要性。这些形态发生因子在骨骼发育（成骨）过程中也是必不可少。 成骨细胞谱系由于其对骨骼发育和疾病的影响而引起医学界的极大兴趣。尽管整个成年期都保持一定程度的修复能力，但在老化过程中，修复骨的能力大大降低，有可能导致骨质疏松。因此，本综述探讨了骨骼发育和修复过程中的协同作用和多样性。我们讨论了成骨过程中涉及的细胞类型以及对骨形成至关重要的分子信号传导途径。这篇综述还探讨了骨骼发育过程中关键基因和转录因子的功能。此外，还描述了骨修复过程中不同细胞的功能和信号通路，以及它们在骨发育中的作用。最后，我们评估了导致临床骨病的功能失调的细胞和分子信号传导，从而展现了当前的科学状况以及潜在的知识空白。 骨骼细胞谱系包括在稳态和损伤期间分别维持和修复骨骼的多种细胞，包括成骨细胞，骨细胞和软骨细胞。这些骨骼细胞类型主要参与骨骼和软骨的形成，而负责骨骼吸收的细胞（称为破骨细胞）则来自造血谱系。通过成骨细胞和破骨细胞活性之间的平衡来维持正常的骨稳态。然而，在衰老过程中，尤其是在绝经后的妇女中，破骨细胞的活性超过成骨细胞的活性，导致整体骨吸收增加，骨质变差。 成骨细胞是负责骨骼形成的主要细胞。这些细胞分泌细胞外基质蛋白，例如I型胶原蛋白，骨桥蛋白，骨钙蛋白和碱性磷酸酶。多个成骨细胞互相作用，形成一个称为osteon的骨单位。I型胶原以羟磷灰石形式沉积钙，为骨骼提供结构支撑。 成骨细胞可分为三个不同的分化阶段：骨祖细胞，前成骨细胞和成骨细胞（图1）。最初，转录因子SOX9的表达标志着对骨祖细胞的形成。SOX9表达也将细胞分化导向软骨细胞。软骨细胞是在健康软骨中发现的唯一细胞类型，它们会产生由胶原蛋白和蛋白聚糖组成的软骨基质。随后在骨祖细胞中表达RUNX2，向成骨细胞发育。在成熟阶段，WNT–β-catenin信号传导作用在前成骨细胞上，以诱导osterix（OSX；也称为SP7）的表达，该因子表达定义了细胞向成骨细胞的分化。最终，RUNX2和OSX的表达标志着对成熟成骨细胞的形成。 这些成骨细胞的一小部分将经历凋亡，而另一部分成骨细胞分泌细胞外基质成分并嵌入骨基质中，形成骨细胞。骨细胞占成熟矿化骨骼中发现的大多数，并通过成骨细胞和破骨细胞之间的相互作用来协调骨骼的维持（图1）。骨骼的维护过程对机械压力很敏感。在释放机械负荷的过程中，破骨细胞表达核因子κB配体（RANKL）的受体活化剂，该活化剂通过破骨细胞的活化促进骨吸收。相反，响应机械负荷，骨细胞减少Dickkopf相关蛋白1（DKK1）和硬化蛋白的表达，从而通过激活成骨细胞中WNT-βcatenin信号传导而增加骨形成。骨细胞响应于激素和机械信号，通过信号通路严格控制骨重塑，我们将在后面进行讨论。 破骨细胞是大型多核细胞，其主要功能是骨吸收。这些细胞起源于造血细胞系，并通过巨噬细胞集落刺激因子（M-CSF）和RANKL的相互作用分化为成熟的破骨细胞（图1）。M-CSF促进破骨细胞前体的增殖，而RANKL促进破骨细胞前体向成熟破骨细胞的分化。RANKL的表达对于破骨细胞功能是必需的，因为缺乏RANKL的小鼠无法吸收骨骼。在骨重塑过程中，破骨细胞的生成开始于表达RANKL的破骨细胞募集破骨细胞前体。RANKL和M-CSF在骨髓腔内的表达启动了破骨细胞前体向破骨细胞的分化，从而开始了骨重塑。在动态平衡下，骨骼形成和骨骼吸收的比率遵循严格控制，以确保骨骼质量的一致性。例如，骨基质吸收后释放活性转化生长因子β（TGFβ）和胰岛素样生长因子1（IGF1）触发成骨细胞分化，用新的骨基质代替吸收的基质。 这种控制的失衡会导致骨质疏松症，这是与破骨细胞活性上调相关的最常见疾病，当骨吸收超过骨形成时会发生（稍后将详细讨论）。相反，病理上增加的成骨细胞活性导致异位骨化由骨骼外部位的骨形成来表示。 从干细胞分化为成熟的成骨细胞需要许多步骤。间充质干细胞（MSCs）和骨骼干细胞（SSCs）均已分别显示可以产生成骨细胞。然而，这两个干细胞群之间的关系尚未精确确定。在本综述中，两个细胞亚群被单独考虑并讨论它们在成骨细胞分化中的作用。此外，在整个成骨细胞分化过程中，表达特定的基因以标记其在发育和修复过程中每个阶段的成熟。因此，为了研究每种中间细胞类型的功能，使用了转基因小鼠来了解谱系指定过程。Cre重组酶（Cre）–loxP系统可实现条件基因的失活，从而Cre切除与目标基因相对应的“目标”DNA序列，该序列侧翼有两个称为“loxP位点”的34bpDNA序列。TAble1概述了可用于研究成骨细胞分化过程中特定细胞类型的众多转基因小鼠模型，以及每种模型的优缺点。（巧了，本人前期做疫苗研究的时候用过该方法，不是什么基因都可以敲掉的，感觉很像玄学，我敲了整整3个月，最终课题放弃。。。） 表1用于成骨细胞谱系研究的Cre模型
