科学家发现了一种产生软骨细胞的新机制

正如任何周末战士所了解的那样，膝盖、肩膀和臀部等关节的软骨损伤会导致极度疼痛和衰弱。此外，导致软骨退化的疾病，如关节炎和颞下颌关节紊乱症(TMJ)，影响着全世界3.5亿人，每年给美国公共卫生系统造成的损失超过3030亿美元。随着时间的推移，患有这些病症的患者会经历越来越多的疼痛和不适。

然而，由福赛斯研究所的教员领导的一项激动人心的研究提出了制造软骨细胞的新策略，这对未来软骨损伤和退化治疗的再生医学具有巨大影响。在一篇题为“GATA3mediatesnonclassicalβ-cateninsignalinginskeletalcellfate”的论文中共同第一作者TakamitsuMaruyama和DaigakuHasegawa以及资深作者WeiHsu描述了两项突破性发现，包括对称为β-catenin的多面体蛋白质。

许博士是福赛斯研究所的资深科学家，也是哈佛大学发育生物学教授。他还是哈佛干细胞研究所的附属教员。进行这项研究的其他成员包括瑞士科学家TomasValenta和KonradBasler，以及加拿大科学家JodyHaigh和MaximeBouchard。该研究发表在最新一期的《科学进展》杂志上》杂志上。

“这项研究的目标，”Forsyth的Maruyama博士说，“是弄清楚如何再生软骨。我们想确定如何控制细胞命运，使体细胞变成软骨而不是骨骼。”

以前认为Wnt信号转导通路决定了细胞是变成骨还是软骨。转导Wnt信号的主要因子是β-catenin。这种信念的基础是当β-连环蛋白被破坏时，骨骼变成了软骨。

然而，β-连环蛋白还充当细胞粘附分子以促进细胞间相互作用——这是在发现其在Wnt信号传导中的作用之前确定的原始功能。“我们知道这种分子对于决定细胞命运很重要，但其机制仍有待研究，”Hsu博士说。

该团队测试了当β-连环蛋白的信号传导仅部分受损时会发生什么，发现在这种情况下，细胞无法形成骨骼或软骨。经过这些测试，科学家们得出结论，Wnt信号是骨形成的决定因素，但它不足以产生软骨。

“我们想知道决定细胞命运的因素是什么，”Maruyama博士说。“如果没有Wnt信号，是什么将细胞重新编程为软骨?”

这个问题导致了第二个重大发现：GATA3，一种负责骨骼细胞命运转换的β-连环蛋白的替代作用。GATA3是一种单基因调节剂，可开启细胞中软骨特异性基因的表达。“基本上，”WeiHsu博士说，“GATA3与重新编程所需的基因组序列结合。GATA3是一个游戏规则改变者，因为我们可以用它来潜在地改变任何体细胞成为软骨形成细胞，类似于使用四个干细胞因子生成称为诱导多能干细胞(iPSC)的胚胎干细胞样细胞。”

能够以这种方式控制细胞命运使得指导细胞变成骨骼、软骨或脂肪成为可能，这对于为四分之一患有软骨损伤和软骨退化的人创造新的治疗方法具有巨大的意义。目前还没有可以使软骨再生的治疗方法，目前的治疗方法也无法改善关节功能。

这项研究为科学家探索开辟了新途径，是组织再生研究中令人兴奋的突破，有望为成千上万的患者带来有意义的缓解。