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Nature:探秘骨骼的生長(zhǎng)

日期:2013-03-19 09:15:28

跳鼠jerboa有一雙引人注目的雙腿,這雙腿比它的胳膊要長(zhǎng)得多,能夠幫助這種兩條腿的沙漠嚙齒類動(dòng)物快速跳躍,以躲避它的天敵。現(xiàn)在,這雙腿也幫助科學(xué)家們進(jìn)一步了解了骨骼的生長(zhǎng)機(jī)制,揭示了一些影響骨骼生長(zhǎng)的因素。這項(xiàng)研究最終將幫助科學(xué)家們治療骨骼生長(zhǎng)的缺陷。

 

生長(zhǎng)板是位于骨骼生長(zhǎng)末端的區(qū)域,當(dāng)這一區(qū)域中的細(xì)胞增大增多時(shí),骨骼就會(huì)伸長(zhǎng)。這些細(xì)胞被稱為軟骨細(xì)胞,它們會(huì)形成軟骨,為之后生長(zhǎng)的成熟鈣化骨提供支架。科學(xué)家們知道,骨骼生長(zhǎng)的長(zhǎng)度和速度取決于軟骨細(xì)胞的數(shù)量和大小。但人們并不了解促使這些細(xì)胞生長(zhǎng)的機(jī)制。

 

哈佛醫(yī)學(xué)院的Kimberly CooperSeungeun Oh等人使用一種特殊的顯微鏡,觀察了小鼠生長(zhǎng)板處軟骨細(xì)胞經(jīng)歷的改變,這種顯微鏡使他們可以定量活細(xì)胞的大小和密度。這項(xiàng)研究于今天發(fā)表在Nature雜志的網(wǎng)站上。

 

研究人員指出,小鼠的后腿生長(zhǎng)時(shí),軟骨細(xì)胞經(jīng)歷了三個(gè)不同的階段。首先,軟骨細(xì)胞體積增大為三倍,同時(shí)細(xì)胞密度保持相對(duì)恒定。第二階段,細(xì)胞顯著膨脹,體積增至四倍,但細(xì)胞密度變小。第三階段,細(xì)胞大小再次翻倍,但它們的密度保持不變。

 

研究人員在同一只小鼠中,對(duì)生長(zhǎng)較快和生長(zhǎng)較慢的骨骼進(jìn)行了比較。他們發(fā)現(xiàn),在生長(zhǎng)較慢的前腿中,軟骨細(xì)胞經(jīng)過(guò)第一階段的生長(zhǎng)后,在第二階段的中途停止生長(zhǎng)。科學(xué)家們希望了解,與小鼠骨骼不同的近親是否也采用類似的骨骼生長(zhǎng)模式,于是又對(duì)埃及小跳鼠(Jaculus jaculus)的生長(zhǎng)板進(jìn)行了研究,他們發(fā)現(xiàn),跳鼠脛骨的軟骨細(xì)胞與小鼠生長(zhǎng)模式類似,但跳鼠足部跖骨的生長(zhǎng)模式卻大不相同。研究顯示,小鼠跖骨的軟骨細(xì)胞在第三階段只少量生長(zhǎng),但跳鼠的軟骨細(xì)胞在這一階段生長(zhǎng)顯著,體積達(dá)到原先的四十倍。

 

進(jìn)一步研究顯示,在小鼠后腿特異性地使胰島素樣生長(zhǎng)因子1的編碼基因失活,會(huì)導(dǎo)致軟骨細(xì)胞在第二階段后停止生長(zhǎng),胰島素樣生長(zhǎng)因子1是一種影響生長(zhǎng)和代謝的激素。研究表明,該基因可能在決定骨骼生長(zhǎng)中具有關(guān)鍵作用,這一發(fā)現(xiàn)將有助于人們開發(fā)治療骨骼生長(zhǎng)缺陷的藥物。

 

骨骼如何生長(zhǎng),這是一個(gè)老問(wèn)題了。明確軟骨細(xì)胞生長(zhǎng)的三個(gè)階段,將幫助科學(xué)家們進(jìn)一步解析,引起各階段變化的確切機(jī)制,康乃爾大學(xué)的Cornelia Farnum教授說(shuō)。而這將幫助人們了解,不同形狀骨骼的演化過(guò)程。

 


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