细胞外基质沉积先于肌肉-肌腱整合：揭示小鼠前肢形态发生中的关键时序机制

本研究通过三维成像和蛋白质组学技术，揭示了在小鼠前肢发育过程中，细胞外基质(ECM)的排列先于肌腱连接(MTJ)形成的时空规律。研究人员发现，在E12时期，长三头肌预定插入尺骨的位置已存在排列有序的ECM结构。通过对比野生型(WT)和肌肉缺失的Pax3Cre/Cre小鼠模型，证实肌腱样结构和肌肉分隔结构的形成不依赖肌肉存在，但MTJ特异性ECM的组装需要肌肉参与。该研究为理解肌肉-肌腱单元发育的分子机制提供了新见解。

　　

在生命最初的舞蹈中，肌肉与肌腱这对搭档如何完成完美配合？这个困扰发育生物学界多年的谜题，在最新研究中获得了突破性解答。肌肉骨骼系统的功能实现依赖于收缩性肌肉与富含细胞外基质(ECM)的肌腱的精密整合，二者虽胚胎起源不同，却能在肌腱连接(MTJ)处无缝衔接。传统研究多聚焦于细胞间信号因子，而对ECM如何桥接这两个组织的认识仍存在巨大空白。

美国普渡大学和科罗拉多大学博尔德分校的研究团队在《Communications Biology》发表的重要成果，首次系统揭示了ECM三维分布在小鼠前肢发育过程中的动态变化规律。研究采用组织透明化、三维成像和蛋白质组学(LC-MS/MS)等关键技术，通过比较野生型和肌肉缺失的Pax3^Cre/Cre小鼠模型，解析了ECM在肢体形态发生中的关键作用。样本来源于E10.5-E15.5阶段的转基因小鼠胚胎，通过Fluidigm单细胞RNA测序和机械测试等补充验证。

研究结果部分包含多个重要发现：

"ECM alignment preceded MTJ formation"部分显示，在E12时期，即MTJ整合前，长三头肌预定插入尺骨的位置已存在排列有序的COL1⁺和WGA⁺纤维结构。通过组织透明化(SeeDB)技术观察到，Pax3GFP⁺细胞沿肢体近远轴排列，周围FBN2⁺和COL5⁺纤维呈现相似取向。

"Forelimb ECM composition was partially disrupted by the absence of muscle in mice"部分通过蛋白质组学分析发现，肌肉缺失并不影响肌腱相关基质组(如COL1A1/A2、COL5A1、FBN2等)的整体丰度，但导致THBS4、COL6A1/A2等肌肉相关基质成分显著减少，软骨相关蛋白(如ACAN、COL2A1等)相对增加。

"Matrisome distribution is altered in developing forelimbs lacking muscle"部分显示，虽然EMILIN1⁺和WGA⁺纤维在两种基因型肌腱中均存在，但POSTN仅在野生型中表达。FBN2在ScxGFP⁺区域持续存在，而THBS4在突变体中缺失。

"Tendon and epimysial-like ECM formed in the absence of muscle"部分证实，在Pax3^Cre/Cre胚胎中，肌腱和肌外膜样结构仍能形成，但纤维束密度降低。LAM⁺血管网络保持完整，表明ECM模式形成不依赖肌肉细胞迁移。

"Fibrillar ECM persisted in the muscle belly of Pax3^Cre/Cre mutants but MTJ-specific ECM did not"部分最关键地发现，COL22A1⁺ MTJ仅在野生型中存在，机械测试显示该结构具有张力响应特性，而肌肉缺失导致这一关键界面ECM无法形成。

研究结论指出，ECM的排列模式在肌肉细胞迁移前就已建立，为肌肉-肌腱整合提供了结构框架。虽然ECM的整体模式形成不依赖肌肉存在，但MTJ特异性组分(如COL22A1、THBS4、POSTN)的定位组装需要肌肉参与。这一发现突破了传统认知，表明肌肉不仅是被动接受ECM引导，也主动参与界面特化。研究为理解发育过程中组织整合的分子机制提供了新范式，对肌肉肌腱损伤修复和组织工程具有重要指导意义。特别是发现COL22A1在MTJ完整性中的关键作用，为相关先天性疾病提供了潜在治疗靶点。三维成像与蛋白质组学相结合的方法，也为研究其他器官发育中的ECM动态提供了技术借鉴。