空间转录组学揭示小鼠长骨骨折愈合过程中关键细胞群的空间动态与分子机制

本研究通过优化空间转录组技术，成功解析了小鼠股骨骨折愈合过程中关键细胞群（如periosteum progenitor cells和regenerative MPCs）的时空分布与分子互作网络。团队采用Morse's溶液脱钙法显著提升RNA质量，结合Visium CytAssist平台和Seurat/CARD/Monocle分析体系，首次绘制了骨折线附近rMPCs招募巨噬细胞的分子图谱，揭示了Bmp2-Sox9-Dlx5调控轴在软骨/成骨分化中的核心作用。该成果发表于《Communications Biology》，为骨再生治疗提供了新靶点。

　　

骨骼作为人体最坚硬的结缔组织，其损伤修复过程却如同精密的交响乐——炎症反应、软骨形成和骨重塑等阶段需要多种细胞类型的时空协调。然而传统单细胞测序技术(scRNA-seq)在揭示这一过程时存在致命缺陷：细胞解离过程会丢失关键的空间位置信息，就像把交响乐谱撕碎后仅通过音符数量来推测乐章结构。更棘手的是，骨组织的脱钙处理会导致RNA严重降解，使得空间转录组技术在骨研究中长期面临"看不清"的困境。

中国医科大学的研究团队在《Communications Biology》发表的研究中，通过改良Morse's溶液脱钙法将RNA完整性(DV200)提升50%，结合Visium CytAssist平台首次实现了成年小鼠骨折组织的高分辨率空间转录组分析。研究人员对12周龄雄性C57BL/6J小鼠建立股骨骨折模型，在骨折后0/5/15天三个时间点采集样本，利用Seurat v5.1.0进行数据整合，通过CARD算法进行细胞类型反卷积，并采用Monocle构建伪时间轨迹。

空间动态解析骨折愈合微环境
研究通过24,213个空间位点分析发现，骨折5天后基因表达热点从骨髓转移至骨膜区，此时每个位点平均检测到16,254个UMI（独特分子标识符）和4,131个基因，远超既往骨组织研究水平。特别值得注意的是，骨膜增厚区出现高表达Acta2、Lrrc15的再生性间充质祖细胞(rMPCs)，其细胞周期分析显示G2/M期比例显著升高，证实这类具有肌成纤维细胞特征的群体是骨折修复的"先锋部队"。

骨膜祖细胞的命运抉择
伪时间分析揭示静息态MPCs通过TGF-β通路激活En1、Meox2等转录因子，分化为具有机械应力响应能力的rMPCs。这些细胞在骨折线2mm范围内显著富集，并通过分泌CCN1等因子招募F4/80⁺
巨噬细胞。CellChat分析显示，rMPCs与巨噬细胞的互作强度随距离骨折线远近呈梯度变化（R²
=0.296），这种空间特异性互作可能通过Rankl-Spp1信号轴调控后续成骨分化。

跨平台验证分子机制
研究者将空间数据与既往scRNA-seq数据库(GSE192630)整合，发现Bmp2在rMPCs中呈现独特时空表达模式：骨折5天时表达量激增5倍，主要富集于Hif1a⁺
缺氧区域。通过Gli1-CreER^T2
谱系追踪证实，被激活的骨膜祖细胞可同时分化为Col2a1⁺
软骨细胞和Alpl⁺
成骨细胞，这一过程受到Sox9(软骨途径)与Dlx5(成骨途径)的协同调控。

该研究建立的优化空间转录组方案突破了骨组织研究的三大技术瓶颈：RNA降解、组织脱片和低分辨率问题。发现的rMPCs-macrophage空间互作模块为临床促进骨折愈合提供了新靶点，如通过靶向Piezo1机械敏感通道增强rMPCs活化。未来可将该技术拓展至骨质疏松性骨折等病理模型，或与蛋白质组学联用揭示翻译后修饰的时空规律。值得注意的是，研究采用的Morse's溶液脱钙法对临床骨活检样本处理具有重要借鉴价值，有望推动空间多组学在骨相关疾病诊疗中的应用。