摘要
骨质疏松症是最常见的全身性、代谢性骨骼疾病之一，其特点为骨量减少和骨组织结构的改变，导致骨密度降低和脆性骨折的风险增加。骨骼作为支撑身体的主要器官，通过不断重塑来维持机械特性和体内的钙稳态。骨重塑的过程主要由负责骨形成的成骨细胞和负责骨吸收的破骨细胞承担。成骨细胞来源于骨髓间充质干细胞(BMMSCs)，除成骨细胞外，BMMSCs还能分化为脂肪细胞或软骨细胞。健康生理条件下，骨骼会保持在骨形成和骨吸收的平衡状态。当身体处于肥胖、糖尿病和衰老等多种病理生理状态下骨重塑过程的会失衡从而导致骨骼疾病。目前临床药物治疗方法主要利用抑制破骨细胞的骨吸收，减少骨量流失的原理，但仍存在一定的限制。 本研究着眼于骨形成作用的成骨细胞和成骨细胞的来源BMMSCs，利用单细胞转录组测序(scRNA-seq)技术和生物信息学整合人原代BMMSCs和成骨细胞数据，鉴定成骨细胞发育过程中关键转录因子的动态表达和新的成骨细胞亚型，分析成骨细胞亚群中富集的生物学过程和信号通路。研究验证了已知的BMMSCs亚群和成骨细胞亚群即BMMSC1、BMMSC2、前成骨细胞(PreOB1)、未成熟成骨细胞(ImmatOB)和成熟成骨细胞(MatOB)，并定义了PreOB2和PreOB3两种新成骨细胞亚群。其中PreOB2亚群高表达NR4A1和NR4A2，可以抑制破骨细胞形成。而PreOB3亚群高表达ATF3、CCL2、CXCL2和IRF1，具有抑制成骨细胞分化、维持细胞处于低分化状态并招募破骨细胞的功能。同时，从单细胞水平上发现BMMSCs和成骨细胞之间的细胞通讯广泛存在，尤其成熟的成骨细胞对成骨发育过程的各个阶段均有调节作用。在蛋白-蛋白相互网络(PPI)分析中发现一个有关FZD1、WIF1和SFRP4的子网络，其中FZD1在来源于BMMSCs的BMMSC1亚群中高表达，而WIF1和SFRP4在成熟成骨细胞亚群MatOB中高表达。推测WIF1和SFRP4通过抑制BMMSCs中FZD1与Wnt配体的结合，从而进一步抑制了成骨细胞分化的调控。 本研究揭示了成骨细胞的发育轨迹，为骨骼细胞的异质性和各细胞亚群之间的相互作用提供更加系统而全面的认识。
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