MSCA1/TNAP：软骨细胞研究新突破，助力骨关节炎治疗新方向

为解决软骨细胞纯化难题，研究人员探究 MSCA1/TNAP 作用，发现其可分离细胞，对治疗软骨损伤意义重大。

　　在人体的关节中，软骨就像一层 “减震垫”，默默保护着关节，让我们能够自由活动。但这层 “减震垫” 却很脆弱，容易受到创伤和其他损伤，进而引发骨关节炎（OA）。一旦患上骨关节炎，患者常常会被关节疼痛、活动受限等问题困扰，严重影响生活质量。

目前，修复受损软骨的方法众多，比如微骨折术，它通过打破软骨下板，让骨髓（BM）细胞迁移到关节的缺损处，可这一方法有导致骨化和骨赘形成的风险；间充质干细胞（MSC）疗法虽被寄予厚望，可在软骨形成过程中，MSCs 容易发展为肥大软骨细胞表型，进而走向成骨分化，效果不尽人意。相较之下，软骨细胞植入和软骨组织工程成为了热门选择。然而，临床实践却发现，接受基质辅助软骨细胞植入的患者，术后出现了异常钙化和骨赘形成的情况。这表明，仔细筛选和纯化具有优良软骨形成特性的软骨细胞，对提升未来细胞治疗的效果至关重要。

在此背景下，来自立陶宛的研究人员开展了一项意义非凡的研究。他们聚焦于间充质干细胞抗原 - 1（MSCA1，又称组织非特异性碱性磷酸酶 TNAP），试图探究其能否作为一个有效的标记物，从具有成骨特性的软骨细胞中纯化出表型更均一的软骨细胞。该研究成果发表在了《Scientific Reports》上。

研究人员为了开展此项研究，采用了多种关键技术方法。首先，从骨关节炎患者膝关节置换手术中获取软骨样本（n = 5），分离出软骨细胞进行培养。接着，运用流式细胞术（Flow Cytometry）分析软骨细胞在成骨分化过程中 MSCA1 及其他表面标记物的表达变化。然后，通过荧光激活细胞分选技术（FACS）和磁激活细胞分选技术（MACS），依据 MSCA1 的表达对软骨细胞进行分选。最后，利用逆转录定量聚合酶链反应（RT - qPCR）对分选后的细胞进行基因表达分析，以此来探究细胞的分化潜能。

下面来看具体的研究结果：

1. 表面标记物表达变化：在软骨细胞成骨分化过程中，研究人员利用流式细胞术分析发现，MSCA1 和 CD49c 的水平显著增加，CD166 和 CD54 的表达在分化和对照细胞中均约为 100%，但 MFI 分析显示其在成骨分化中增加，而 CD46、CD55 和 CD117 的表达则明显减少。同时，对两名患者样本中 MSCA1 蛋白表达的动态监测发现，在 3 周的成骨分化过程中，其表达持续上升。这表明 MSCA1 与软骨细胞的成骨分化存在紧密联系。
2. 细胞分选效果比较：研究人员分别使用 FACS 和 MACS 对软骨细胞进行分选。结果显示，FACS 能得到纯度较高的 MSCA1^low 组分，但 MSCA1^high 组分含有高达 16% 的 MSCA1^low 细胞；MACS 虽能得到纯度高达 98% 的 MSCA1^high 组分，不过 MSCA1^low 组分中仍含有 34% 的 MSCA1^high 细胞。综合比较，MACS 技术在细胞收获量、细胞活力方面表现更优，所以后续实验主要采用 MACS 技术进行细胞分选。
3. 基因表达差异分析：对 MSCA1 分选后的细胞进行基因表达分析发现，MSCA1^high 组分中，与成骨和脂肪形成相关的基因，如 ALPL、RUNX2、COL1A1 和 PPARG 表达富集，这意味着这些细胞更倾向于向成骨和脂肪分化方向发展；而在 MSCA1^low 组分中，主要的软骨形成标记基因 COL2A1、SOX9 以及与软骨细胞高度相关的 MIA 基因表达显著富集，同时，与全反式维甲酸（ATRA）代谢相关的基因 ALDH1A2、ALDH1A3 和 CYP26B1 也倾向于在该组分中富集。这充分说明 MSCA1^low 细胞具有更强的软骨形成特性。
4. 细胞分化能力差异：在诱导细胞向脂肪和成骨方向分化的实验中，脂肪分化方面，MSCA1^high 和 MSCA1^low 细胞群体在 21 天的脂肪分化中，形态学上虽无明显差异，但定量评估显示 MSCA1^high 组分的吸光度读数略高；成骨分化方面，差异则十分显著，MSCA1^high 细胞的矿化沉积物被茜素红 S 染色的程度明显强于未分选细胞，而 MSCA1^low 细胞染色则非常弱。这表明 MSCA1^high 细胞具有更强的成骨分化能力，而 MSCA1^low 细胞的成骨能力较弱。

综合研究结果和讨论部分，这项研究意义重大。研究人员发现 MSCA1/TNAP 是一个可靠的生物标志物，能够有效识别和分选软骨来源的细胞。MSCA1^high 细胞倾向于向成骨分化，而 MSCA1^low 细胞则具有高 COL2A1 表达和其他软骨生物标志物富集的特点，保留了软骨形成表型。这一发现为预测软骨细胞的成骨能力提供了新的方法，无需繁琐且耗时的分化实验。在治疗软骨损伤或骨关节炎方面，通过去除 MSCA1^high 细胞，有望提高软骨细胞的软骨形成能力，避免不必要的矿化和骨赘形成。此外，这两种细胞群体还可按需求组合，用于构建骨软骨组织工程和类器官，为组织工程领域开辟了新的方向。可以说，该研究为骨关节炎等相关疾病的治疗带来了新的希望和思路，为未来的临床应用奠定了坚实的基础。