综述：当前前沿组学技术在肌肉骨骼组织与疾病中的应用

这篇综述系统阐述了单细胞组学(scRNA-seq)和空间组学技术在肌肉骨骼疾病研究中的革命性进展，重点探讨了这些技术在骨关节炎(OA)、类风湿性关节炎(RA)、骨质疏松(OP)等疾病中揭示细胞异质性、组织微环境和分子互作网络的突破性发现，为开发精准治疗策略提供了新视角。

　　

引言
肌肉骨骼系统作为脊椎动物运动和内脏保护的关键结构，极易发生退行性和炎症性疾病。传统组学技术虽然揭示了疾病相关改变，但无法解析细胞异质性或空间组织。近年来，单细胞和空间组学技术的发展为研究肌肉骨骼组织提供了前所未有的分辨率。

关节软骨中的当前组学技术
单细胞RNA测序(scRNA-seq)首次在2018年应用于人类OA研究，鉴定出7个分子亚群的软骨细胞。研究发现效应软骨细胞(EC)、调节性软骨细胞(RegC)和稳态软骨细胞(HomC)等亚群具有独特的表达谱，其中炎症性软骨细胞通过MIF-CD74通路参与OA进程。空间转录组学进一步揭示了肥大软骨细胞定位于关节表面，而纤维软骨前体细胞区分炎症和非炎症OA亚型。

单细胞ATAC-seq(scATAC-seq)技术绘制了软骨细胞染色质可及性图谱，发现OA相关遗传变异常位于染色质环锚点。全基因组亚硫酸氢盐测序(WGBS)显示DNA甲基化变化影响COLGALT2、TMEM129等基因表达，Dnmt3b缺失导致4271个差异甲基化区域(DMRs)，影响骨骼发育相关通路。

蛋白质组学分析鉴定出814种软骨蛋白，其中59种在OA中差异表达。代谢组学揭示OA软骨表现出糖酵解增强和三羧酸循环活性降低的特征，空间代谢组学发现OA浅表层存在胆固醇和油酸的特异性积累。

滑膜组织中的当前组学技术
scRNA-seq揭示了滑膜中13个转录组不同的细胞群，包括10个免疫群体和3个成纤维细胞群体。研究发现NOTCH3信号驱动滑膜成纤维细胞的身份决定，而HBEGF+成纤维细胞在RA缓解中起关键作用。空间转录组学鉴定出MO-like MARCO+ MΦ1、M2-like CSF1R MΦ2和M1-like PLAUR+ MΦ3三种巨噬细胞亚群，其NF-κB信号通路在RA中显著上调。

骨组织中的当前组学技术
单细胞研究发现了骨髓脂肪谱系前体细胞(MALPs)，高表达Cebpa、Pparg等脂肪生成标记物和Cxcl12等造血调节因子。骨折愈合研究显示衰老骨骼干细胞形成促炎微环境，而BMP2和αCSF1处理可改善再生。空间转录组学定位了硬骨痂(Dmp1、Sost)和软骨痂(Acan、Col2a1)相关基因的空间表达模式。

代谢组学研究发现成熟成骨细胞中氨基酸、谷胱甘肽(GSH)和糖酵解代谢物增加。稳定同位素示踪显示谷氨酰胺广泛贡献于氨基酸合成、TCA循环中间体和GSH生成，而葡萄糖主要转化为乳酸。

椎间盘中的当前组学技术
scRNA-seq鉴定出PDGFRA+和PROC+的NP前体细胞，以及MCAM+的AF前体细胞。研究发现退化椎间盘中出现促炎和促纤维化的细胞亚群转变。蛋白质组学建立了DIPPER数据库，绘制了人类椎间盘11个解剖区域的蛋白质组图谱，揭示年龄相关的ECM蛋白结构变化。

肌腱中的当前组学技术
单细胞研究发现了肌腱中5种肌腱细胞亚群，包括表达微纤维蛋白、PRG4软骨形成和ITGA7平滑肌间充质特征的群体。空间转录组显示Scleraxis谱系细胞在愈合过程中分化为肌腱形成、成纤维化和反应性组织三种命运。研究发现感觉神经通过NGF信号调节间充质细胞行为。

肌肉中的当前组学技术
scRNA-seq揭示了17种卫星细胞亚群，其中Cav1+群体具有高植入能力。研究发现纤维/脂肪生成祖细胞(FAPs)在早期再生中参与细胞因子互作，后期分化为肌成纤维细胞。单核RNA测序(snRNA-seq)显示肌核存在区域特异性转录程序，如神经肌肉接头处富含Col基因。空间代谢组学鉴定出富含Myh13的IIb型高线粒体肌纤维亚型。

结论与展望
多组学整合将构建全面的细胞图谱，AI驱动的计算工具将解码高维数据集。技术创新需提高空间组学的分辨率和灵敏度，优化矿化组织的切片方案。这些进展有望实现肌肉骨骼疾病的精准治疗，最终改善患者预后。