一项新研究生成了年轻小鼠骨骼与骨骼肌之间细胞通信的最全面空间分辨转录组图谱。通过空间转录组学、计算解卷积和配体-受体网络分析，研究人员确定了协调组织维持、重塑和血管支持的信号通路。涉及胶原蛋白、血小板反应蛋白、腱生蛋白和血管内皮生长因子(VEGF)通路的关键相互作用在实验中得到了验证，并通过独立数据集进行了确认。这些发现为研究肌肉骨骼疾病和衰老提供了基础。
骨和骨骼肌通常被视为具有不同功能的独立组织，但它们作为一个高度整合的系统运作。它们共同支持运动、维持姿势、调节新陈代谢并帮助保持整体健康。科学家们长期以来一直知道骨和肌肉通过生物化学信号进行通信，但确切了解这些分子对话发生的位置以及哪些细胞参与其中一直是一个重大挑战。传统基因组技术可以识别组织内表达的基因，但通常会丢失理解邻近细胞如何在其自然环境中相互作用所需的空间信息。
为解决这一挑战，由美国杜兰大学医学院医学系Deming部门生物医学信息学和基因组学中心总监邓宏文教授领导的研究团队应用了空间转录组学——一种在完整组织内直接映射基因活性的新兴技术，来检查小鼠股骨及其相邻骨骼肌。通过将这种方法与先进的计算工具相结合，他们重建了骨-肌界面的细胞邻域和通信网络。该分析从2,660个空间点生成了数据，并确定了参与组织通信的多个主要细胞群。他们的研究结果于2026年5月19日发表在《骨研究》杂志第14卷上。
研究表明，骨和肌肉通过一个令人惊讶的复杂通信系统相互连接，该系统涉及成骨细胞、骨骼肌细胞、内皮细胞、免疫细胞和干细胞群。研究人员确定了13条协调组织维持和重塑的主要信号通路。其中几条通路涉及细胞外基质蛋白和生长因子，这些蛋白和因子帮助细胞交换信息、调节结构完整性和响应生理需求。研究结果表明，组织之间的通信不是随机的，而是组织成由局部细胞环境塑造的特定空间网络。
该研究最重要的发现之一是识别了作为邻近细胞之间分子信使的特定配体-受体对。这些包括成骨细胞和肌肉细胞之间的胶原蛋白相关信号、涉及免疫细胞的血小板反应蛋白介导的通信，以及支持血管功能的血管内皮生长因子(VEGF)驱动的信号。实验室成像证实了组织内几种预测的分子伙伴的共定位，增强了对计算预测的信心。使用独立的小鼠和人类数据集进行的额外验证支持了许多已确定的通路，表明某些通信机制可能在物种间共享。
邓教授解释说："我们的目标是超越简单地识别存在的基因，而是了解细胞如何在其天然组织环境中进行通信。通过保留空间信息，我们能够发现仅使用传统测序方法难以检测到的通信网络。"
这项工作还为未来在骨生物学、肌肉生理学、再生医学、衰老研究、生物信息学和精准医学等领域的跨学科合作提供了重要机会。由于骨质疏松症、肌肉减少症和代谢疾病等疾病通常涉及骨和肌肉的同时退化，对组织串扰的更清晰理解可以帮助研究人员确定共同的治疗靶点。在短期内，该研究为科学家提供了一个有价值的参考图谱，可用于研究这些信号网络在损伤、衰老或疾病进展过程中的变化。
邓教授说："理解这些细胞通信通路为我们研究肌肉骨骼疾病中出现的问题提供了一个框架。未来，这些知识可能有助于指导开发恢复组织间健康通信的靶向干预措施。"
总体而言，该研究提供了最早的骨-肌通信空间分辨全转录组图谱之一。通过揭示细胞如何通过有组织的信号网络协调其活动，这项研究为未来对肌肉骨骼健康和疾病的调查奠定了基础。从长远来看，这些见解可能有助于更精确的诊断工具、改进的再生疗法和旨在保持老年人群活动能力和生活质量的个性化治疗策略。
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