脊柱的胚胎学发育及其对椎体异常和脊柱畸形形成的影响

《Organic Process Research & Development》：Embryological development of the spine and implications on the development of vertebral abnormalities and spinal deformities

脊柱胚胎起源与发育机制研究概述，探讨33椎体形成过程及椎间盘、骨软骨化等关键发育阶段，分析先天性脊柱畸形与胚胎发育异常的关联性，提出体外模型在疾病研究中的应用前景。

　　

Chloe Thimonier | Olga Stepanova | Athanasios I Tsirikos | Guillaume Blin

Chloe Thimonier 博士，英国爱丁堡大学再生医学中心、再生与修复研究所及生物科学学院干细胞研究所学术研究员。利益冲突：无

摘要

脊柱是一个引人入胜的结构，它起源于胚胎植入早期出现的少数几个胚胎前体细胞，并逐渐发展成复杂的多组分结构。这种结构经过进化选择，旨在提供结构支持、保护脊髓并实现人类的双足运动能力。多种发育障碍可能影响脊柱，导致椎骨畸形、神经系统损伤和过早退化。导致这些障碍的发育机制尚未被充分理解，因此治疗手段主要局限于缓解症状。在这篇简短的综述中，我们介绍了脊柱胚胎发生的基本原理，并重点讨论了临床上观察到的某些脊柱发育障碍的相关机制，希望读者能更好地理解复杂脊柱发育异常的起源。

引言

脊柱的胚胎发生是一个复杂的过程，目前仍属于研究热点。数十年来，通过动物模型的研究，我们已经建立了一个可以谨慎应用于人类的机制框架。这一过程的每个步骤都需要细胞命运的及时确定以及组织层面的形态发生事件协同进行。相邻细胞系之间的通信至关重要，以确保各组织协同发育，形成脊柱的功能性多组分结构。任何发育过程中的错误都可能导致发育缺陷。了解这些过程有助于识别特定病理情况，并理解先天性异常及退化倾向的成因。已有大量文献详细探讨了脊柱发育的各个方面（参见参考文献19、20、21）。本文简要概述了从胚胎脊柱前体细胞的产生到脊柱软骨化和骨化的整个过程，重点介绍了软骨结构和骨骼结构的起源，并将其与椎骨异常联系起来。我们首先概述了脊柱的解剖结构，随后讨论其发育起源，并简要介绍了先天性异常的成因，强调了可能导致这些异常的发育过程。

脊柱解剖与功能

脊柱是一个左右对称的结构，位于头部和骨盆之间。它由33块椎骨组成，椎骨之间通过纤维软骨性的椎间盘连接。脊柱通过肌肉、关节和韧带固定，保护着其中分布的周围神经系统神经。脊柱通常被划分为五个部分，每个部分具有不同的功能和弯曲度。颈椎和腰椎区域的弯曲度在儿童时期形成。

脊柱的发育起源

脊柱的发育是一个多阶段过程，始于胚胎原基区的形成，该区域协调胚胎的尾部生长，一直持续到大约第60天，此时软骨化完成，随后开始骨化。主要发育事件的时间线见表格1。

先天性畸形

先天性畸形的发病率约为每1000例新生儿中有0.5–1.0例。¹⁴大多数先天性畸形是多因素引起的，也可能与环境因素有关。下文将介绍一些影响脊柱组织的常见情况。

结论

在这篇综述中，我们概述了导致脊柱形成的发育过程，并强调了发育机制与先天性畸形之间的联系。要完全理解人类脊柱先天性缺陷的病因，仍有许多问题需要阐明。尽管相关研究仍处于早期阶段，但最近建立的体外实验系统使我们能够使用人类细胞研究正常的和异常的脊柱发育，这有望加速我们的研究进展。

致谢

本研究由BBSRC项目资助（项目编号：BB/W002310/1），OS则由MRC过渡奖学金支持。我们感谢Ewa Ozga在制作综述中使用的图表方面所提供的帮助。由于篇幅限制，未能提及某些同事的工作，对此表示歉意。