澎湃新闻首席记者 何丽萍

人类有23个椎间盘（IVD），其厚度约占骶椎以上脊柱总长度的1/4。这些椎间盘被称为脊柱的“减震器”，但它们的磨损早在 20 岁时就开始出现，而且随着年龄的增长，磨损会变得更加严重，从而导致所谓的退行性椎间盘疾病 (DDD)。

“椎间盘退行性疾病是一大类与椎间盘退变有关的疾病的总称，包括大众熟知的颈椎病、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种医学中心(大坪医院)骨科主任、外科主任、战外科主任刘鹏教授在接受澎湃新闻()采访时表示：“在在年龄、反复、多重应力等综合因素的影响下，椎间盘的三个组成部分都会出现不同程度的老化。专业描述称之为‘退化’。”

值得注意的是，目前对于这类退行性疾病还没有“根本”的医学解决方案。刘鹏团队与解放军总医院第五医学中心刘兵研究员团队近年来开始“从零开始”探索。近日，《Bone》杂志发表了刘鹏等人的研究成果。在线作为封面页，标题为“-cell and in（空间解析的单细胞转录谱表征了人类椎间盘中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的椎间盘中获取10万个细胞，逐个测序，然后整合进行生物信息学分析。这项技术称为单细胞转录组测序。最终，我们是世界上第一个系统地绘制图谱的技术。”含有人类椎间盘空间信息的转录组更新了人类对椎间盘细胞组成的认识。”

刘鹏认为，更重要的是，这项研究从转录组和功能水平上鉴定出了一组新的髓核祖细胞（NPPC）。 “这类细胞已被证明具有干细胞的特性，并具有再生潜力，为建立退行性椎间盘疾病的生物治疗策略提供了重要线索。”

刘鹏和刘兵是该研究的共同通讯作者。陆军军医大学陆军医学中心（大坪医院）骨科博士后甘一波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何健博士联合第一笔者所在的陆军专科医学中心是第一完成单位。该研究工作得到了陆军专科医学中心军事医学训练计划、国家自然科学基金委、重庆博新计划、创伤烧伤及复合伤国家重点实验室等多项资助项目的资助。

“治标”第一步：绘制人体椎间盘单细胞图

在过去的研究中，科学家不断探索椎间盘的生理和病理机制，寻求恢复椎间盘稳态的创新治疗方法。然而，椎间盘细胞的异质性和分子特征的复杂性对退变的生理和病理机制的探索提出了重大挑战。

“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。其生理功能是维持椎体间的连接、运动和吸收震动。可视为脊柱‘缓冲器’。”刘鹏提到，退行性椎间盘疾病虽然是人体衰老的一部分，但对健康影响巨大，最常见的就是颈肩痛、腰腿痛。

现有的治疗方法主要分为保守治疗和手术治疗。保守治疗方法包括休息、药物、物理治疗；手术治疗以髓核摘除和神经组织减压为主要方法。可根据情况决定是否同时进行脊柱融合术。

“总体来说，目前的治疗方法临床效果是令人满意的，但深入分析其治疗原理发现，目前的治疗方法都是以缓解症状为目的，也就是人们常说的‘治标’，而且并不能真正减缓或预防症状，或扭转‘椎间盘退变’的核心病理变化。”刘鹏表示，多年来，学者们共同希望探索新的生物疗法，以彻底治愈退行性椎间盘疾病，力争“标本兼治”。

事实上，此前的研究发现，人体椎间盘中存在多种不同类型的细胞成分。人类椎间盘的细胞多样性还与多种未知的功能有关。例如，椎间盘干细胞可能在椎间盘发育、损伤和修复中发挥关键作用。然而，由于技术手段有限，目前仍难以准确分析人体椎间盘内各细胞亚群的分子特征、起源和调控机制。

人类椎间盘的单细胞转录组全景。

在刘鹏等人的最新研究中，研究人员从13-31岁的研究人群中获取健康的椎间盘（I级），分离出髓核、纤维环和终板组织，最后对髓核进行分析，每个椎间盘的纤维环和终板组织。对纤维环和终板组织中的细胞进行单细胞转录组测序和分析。

研究团队通过综合分析，确定了以下主要细胞亚群：三组软骨细胞亚群、脊索细胞、基质细胞、周细胞、内皮细胞、髓核祖细胞、血细胞、成骨细胞和少量神经细胞。

随后，研究人员还根据细胞外基质（ECM）稳态特征的差异，对三组软骨细胞进行了重新分类，并进一步将其鉴定为调节型、稳态型和效应型。研究表明，调节性软骨细胞主要在细胞因子表达和软骨形成相关的调节通路中发挥调节作用；稳态软骨细胞亚群相对静态且完全分化，与基质合成和节律调节有关；效应软骨细胞的特点是高代谢活性。

研究认为，这些软骨细胞亚群的细胞外基质特征的差异为进一步探讨软骨细胞维持椎间盘稳态的机制提供了新的视角。

髓核祖细胞（NPPC）的表征和功能鉴定。

研究还发现，髓核祖细胞的一个亚群特异性、高表达间充质祖细胞标志物和中胚层来源的间充质标志物，提示髓核中可能存在一个具有干细胞潜力的细胞群。进一步分析发现，髓核祖细胞的一些亚群高表达干性基因和与软骨形成相关的重要转录因子。同时，免疫荧光染色证实p-in+细胞高度活化。

随后，研究人员利用富集分选髓核祖细胞群，发现该细胞群具有很强的体外克隆形成能力。最后，与伪时间分析一致，体外实验证实+细胞具有分化成三个谱系的能力：成骨、软骨和脂肪形成。

刘鹏说，“我们研究的初衷是基于人体最基本的结构，即细胞，研究椎间盘的细胞组成和细胞微环境。”

他总结道，总的来说，他们的研究发现椎间盘内部存在着多种不同功能的软骨细胞，这些软骨细胞根据其功能进行了新的分类；更重要的是，发现了一种新型的髓核祖细胞，这些细胞已被证明具有干细胞的特性并具有再生潜力。 “我们的研究是全球首次在单细胞水平上对人体椎间盘进行系统研究，对于人类认识椎间盘以及退行性椎间盘疾病的治疗具有重要意义。”

研究模型图。

逆转退变并再生椎间盘？

值得注意的是，目前椎间盘研究领域主要集中在两个大方向：一是椎间盘退变病理机制的研究，二是治疗策略的研究。

刘鹏等人的研究并不属于这两个流行方向，但他认为“对这两个流行方向有重要的启示”。他认为，研究生理条件下椎间盘的细胞成分、细胞微生物和环境成分，就是从最低层面分析椎间盘的基本组成和功能。这个单细胞图谱可能为了解椎间盘的病理变化和治疗退行性椎间盘疾病提供重要的线索宝库。

对于刘鹏研究组来说，他们一直梦想着利用类器官构建方法来尝试解决退行性椎间盘疾病。一般来说，人类的脊柱从20岁到25岁开始退化。当然，我们通常不会在年轻人中看到频繁的背痛，而且椎间盘需要更长的时间才能磨损。此外，正常老化并不是椎间盘退变的唯一原因，其他原因也可能发生。

“众所周知，利用组织工程技术，有可能制造出人工的活体鼻子或耳朵，用于器官缺损修复和整形手术。我们希望用类似的方法来替代患病的椎间盘，或者利用生物技术来逆转椎间盘。”椎间盘退变。”刘鹏称之为“椎间盘再生医学”。

然而，一个长期存在的争论是，什么样的细胞可以再生椎间盘呢？ “我们一直相信最具潜力的细胞位于椎间盘内。”

刘鹏强调，这项研究也初步验证了他们的猜想，“我们发现了一组罕见的细胞，它们具有干细胞的一些标志基因，我们将它们称为髓核祖细胞。髓核组中的细胞不仅具有良好的克隆能力，并且还可以分化为骨和软骨细胞，利用生物信息学技术进一步分析发现，血小板生长因子和转化生长因子可以促进髓核祖细胞的增殖和软骨形成。细胞。”

刘鹏认为，所有这些结果都表明，通过合理使用细胞因子，有望利用髓核祖细胞实现椎间盘髓核的再生和修复。

在之前的这些研究中，刘鹏等人建立了健康椎间盘的单细胞转录组数据库，但这些信息仍然只是冰山一角。 “我们现在正在与世界各地的同事共享这个数据库，希望与同事们共同深入了解椎间盘的细胞组成、功能和细胞间相互作用，进一步探索退行性椎间盘疾病的生物治疗策略和方法。 ”

他们最终希望在现有“治标”的基础上“治本”。

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