单细胞分辨率揭示纤维化相关髓核细胞亚型Fibro-NPC及其分泌蛋白SFRP4作为椎间盘退变的生物标志物

本研究针对椎间盘退变（IDD）导致的腰背痛治疗难题，通过单细胞测序技术首次鉴定出纤维化相关髓核细胞亚型Fibro-NPC，发现其分泌的SFRP4蛋白通过抑制经典Wnt通路加速细胞衰老，驱动椎间盘纤维化、血管新生和炎症浸润。该研究为IDD诊断提供了新型生物标志物，并为靶向治疗开辟了新途径。

　　

腰背痛已成为困扰现代人的"流行病"，而椎间盘退变（Intervertebral Disc Degeneration, IDD）是其最主要的病因。随着人口老龄化加剧，全球约80%的成年人一生中都会经历腰背痛，但目前临床治疗仍以缓解症状为主，缺乏针对病因的有效干预手段。问题的核心在于髓核组织（Nucleus Pulposus, NP）中髓核细胞（Nucleus Pulposus Cells, NPCs）的进行性衰老和功能紊乱，但具体分子机制尚未阐明。

南京大学医学院附属鼓楼医院脊柱外科的研究团队在《Journal of Translational Medicine》发表了一项突破性研究。通过整合单细胞测序、蛋白质组学和机器学习等前沿技术，研究人员首次在单细胞分辨率下揭示了IDD的关键致病机制。研究发现纤维化相关髓核细胞亚型Fibro-NPC通过分泌SFRP4蛋白，形成加速组织退变的"恶性循环"，这一发现为开发新型诊疗策略提供了理论依据。

研究采用了五大关键技术方法：1）对5例退变髓核组织进行单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析；2）利用CellChat算法构建细胞通讯网络；3）对20例临床样本（10例正常/10例退变）进行DIA定量蛋白质组学检测；4）结合WGCNA和LASSO回归筛选核心蛋白；5）通过细胞实验验证SFRP4的功能机制。

主要研究结果

单细胞图谱揭示NPCs异质性

通过分析26,698个髓核细胞，鉴定出5种NPCs亚型，其中Fibro-NPC在分化终末阶段占比显著增加（图1）。该亚型特征性高表达COL1A1、MMPs等促纤维化因子，而软骨基质标志物ACAN和COL2A1显著下调（图2e）。

Fibro-NPC的致病机制

伪时序分析显示Fibro-NPC位于分化轨迹末端（图2a），其分泌的SFRP4通过抑制GSK3β-β-catenin通路（图7d）诱导细胞衰老标志物p53/p21/p16上调（图7c）。功能实验证实，敲低SFRP4可逆转衰老表型（图7e），而外源rhSFRP4则加速衰老进程（图7f）。

细胞互作网络特征

Fibro-NPC通过COL4A1/COL4A2（图3c）和PTN-SDC4通路（图3e）促进血管新生，经MIF信号（图4c）招募促炎M1型巨噬细胞，形成"纤维化-血管新生-炎症"三位一体的致病微环境。

SFRP4的临床转化价值

蛋白质组学筛选出618个差异蛋白（图5h），机器学习确定SFRP4为最核心蛋白（AUC>0.9）（图6d）。Western blot证实SFRP4表达量与退变程度正相关（图6g），免疫组化显示其在退变组织中特异性高表达（图6h）。

这项研究首次系统阐明了Fibro-NPC亚型在IDD中的核心作用，创新性地提出"SFRP4-细胞衰老-组织纤维化"的级联反应机制。该发现不仅为IDD提供了新的分子分型依据，更重要的是揭示了SFRP4作为治疗靶点的潜在价值。未来针对SFRP4的干预策略，可能打破IDD的恶性循环，为开发"治本"而非"治标"的疗法带来希望。研究采用的"单细胞+蛋白质组+机器学习"多组学整合策略，也为其他退行性疾病研究提供了范式参考。