陆军军医大学陆军特色医学中心（大坪医院）骨科刘鹏课题组在Cell Proliferation 杂志发表论文，题为“Spatially multicellular variability of intervertebral disc degeneration by comparative single-cell analysis”。该研究揭示了椎间盘退行性变进程中关键细胞亚群和关键调节网络的变化，为该疾病治疗策略的研究提供了新的方向，为长期、高负荷军事训练后椎间盘损伤的研究提供了新思路。
长时间、高强度的军事训练给椎间盘带来巨大负荷并加速椎间盘退变。这引起指挥作战人员腰背部的疼痛，并造成严重非战斗减员。当今，对于椎间盘退行性疾病多采取姑息治疗的方法，往往会导致疾病的并发症以及复发。因此，深入了解椎间盘退变的机制至关重要。由于在人体研究中不可避免的个体差异和标本可及性的限制，难以系统地解析椎间盘退变过程中细胞和分子改变的层级机制。
研究人员通过针刺法构建了山羊椎间盘退变模型，从中分别分离髓核、内纤维环、外纤维环和软骨终板组织，分别进行高通量单细胞转录组测序，通过整合分析鉴定得到以下主要细胞亚群：6群软骨细胞、2群内皮细胞、破骨细胞、成纤维细胞、祖细胞、周细胞、成骨祖细胞、脊索细胞，并描绘了这些群体在健康、退变椎间盘中不同组织成分的分布概况。
根据分子特征以及潜在的功能表型，研究人员进一步定义了软骨细胞亚群。结合生信数据和免疫组化，研究人员发现EGLN3+稳态性软骨和GPRC5A+调节性软骨在退变的椎间盘中减少，而TGFBR3+应激性软骨在退变的椎间盘中增加。
研究人员还发现，前期定义的PROCR+祖细胞在山羊椎间盘中保守存在。进一步通过拟时序分析，发现在退变的椎间盘中PROCR+祖细胞分化命运向应激性软骨方向偏移。此外，脊索细胞亚群在退变的椎间盘中减少，基因富集分析展现出其干性耗竭的特征。有趣的是，研究人员发现膜蛋白ALCAM能够在椎间盘中特异性识别脊索细胞亚群。
最后，研究人员还定义了一群具有内向浸润特征的CAV1+ 内皮细胞亚群，为退变椎间盘中的主要内皮群体。同时，该群体还以VEGF和CALCR信号为主，和椎间盘中多细胞群体进行着广泛的信号交流。
综上，该研究首次系统绘制了山羊椎间盘的时空单细胞转录组图谱，解决了退化引起的细胞异质性变化，为了解椎间盘退变转录组反应的分子基础提供了依据，有助于椎间盘退变治疗方法的深入研究。
该研究工作得到了国家自然科学基金项目，国家重点研发计划项目，博士后创新人才支撑计划项目，创伤烧伤与复合损伤国家重点实验室开放项目和陆军医学中心人才创新培养计划项目多个基金项目的资助。陆军军医大学陆军特色医学中心（大坪医院）骨科刘鹏教授、甘翼搏博士后与贺健博士后为该论文的共同通讯作者，陆军军医大学基础医学院临床医学八年制学员林鹏与研究生院学员晏蒲林为论文的共同第一作者。该工作也得到了陆军特色医学中心蒋建新教授课题组、陈林教授课题组与解放军总医院第五医学中心刘兵教授课题组的参与和支持。