跳鼠jerboa有一双引人注目的双腿,这双腿比它的胳膊要长得多,能够帮助这种两条腿的沙漠啮齿类动物快速跳跃,以躲避它的天敌。现在,这双腿也帮助科学家们进一步了解了骨骼的生长机制,揭示了一些影响骨骼生长的因素。这项研究最终将帮助科学家们治疗骨骼生长的缺陷。
生长板是位于骨骼生长末端的区域,当这一区域中的细胞增大增多时,骨骼就会伸长。这些细胞被称为软骨细胞,它们会形成软骨,为之后生长的成熟钙化骨提供支架。科学家们知道,骨骼生长的长度和速度取决于软骨细胞的数量和大小。但人们并不了解促使这些细胞生长的机制。
哈佛医学院的Kimberly Cooper和Seungeun Oh等人使用一种特殊的显微镜,观察了小鼠生长板处软骨细胞经历的改变,这种显微镜使他们可以定量活细胞的大小和密度。这项研究于今天发表在《自然》(Nature)杂志的网站上。
研究人员指出,小鼠的后腿生长时,软骨细胞经历了三个不同的阶段。首先,软骨细胞体积增大为三倍,同时细胞密度保持相对恒定。第二阶段,细胞显著膨胀,体积增至四倍,但细胞密度变小。第三阶段,细胞大小再次翻倍,但它们的密度保持不变。
研究人员在同一只小鼠中,对生长较快和生长较慢的骨骼进行了比较。他们发现,在生长较慢的前腿中,软骨细胞经过第一阶段的生长后,在第二阶段的中途停止生长。科学家们希望了解,与小鼠骨骼不同的近亲是否也采用类似的骨骼生长模式,于是又对埃及小跳鼠(Jaculus jaculus)的生长板进行了研究,他们发现,跳鼠胫骨的软骨细胞与小鼠生长模式类似,但跳鼠足部跖骨的生长模式却大不相同。研究显示,小鼠跖骨的软骨细胞在第三阶段只少量生长,但跳鼠的软骨细胞在这一阶段生长显著,体积达到原先的四十倍。
进一步研究显示,在小鼠后腿特异性地使胰岛素样生长因子1的编码基因失活,会导致软骨细胞在第二阶段后停止生长,胰岛素样生长因子1是一种影响生长和代谢的激素。研究表明,该基因可能在决定骨骼生长中具有关键作用,这一发现将有助于人们开发治疗骨骼生长缺陷的药物。
骨骼如何生长,这是一个老问题了。明确软骨细胞生长的三个阶段,将帮助科学家们进一步解析,引起各阶段变化的确切机制,康乃尔大学的Cornelia Farnum教授说。而这将帮助人们了解,不同形状骨骼的演化过程。(来源:生物通 叶予)
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