《Cell and Tissue Research》：Meckel's cartilage midsegment: spatiotemporal dynamics and osteogenic role in mice
编辑推荐：
本研究针对梅克尔软骨（MC）中段在哺乳动物下颌骨发育中的转归机制不清这一关键问题，通过整合形态学观察与分子分析，系统揭示了小鼠MC中段（Central M.A区域）经历软骨细胞肥大、基质重塑、血管入侵及Sox9→Runx2→Osterix转录级联调控的类软骨内成骨过程，明确了其作为活跃成骨微环境在下颌骨形成中的主动贡献，为理解颅颌面骨骼发育提供了新视角。
在脊椎动物下颌骨的复杂构建过程中，梅克尔软骨（Meckel's cartilage, MC）扮演着一个短暂却至关重要的模板角色。这根软骨棒在胚胎发育早期形成，其前部和后部命运相对明确：前部参与形成下颌骨联合，后部则骨化为中耳的锤骨和砧骨。然而，位于这两者之间的MC中段，其发育轨迹和最终命运长期以来是发育生物学领域一个悬而未决的谜题。传统观点倾向于认为MC中段主要通过软骨细胞肥大、基质钙化和软骨细胞介导的吸收等过程被动消失。但近年来，有研究推测其与邻近的成骨前沿空间位置接近，可能在下颌骨骨化中扮演主动角色，只是缺乏直接证据。这个知识空白至关重要，因为它关系到我们对下颌骨，这一关键颅面结构如何精确形成的根本理解。
为了解开这个谜团，研究人员将目光投向了小鼠模型。在《细胞与组织研究》（Cell and Tissue Research）上发表的最新研究中，孙奇等人致力于阐明小鼠MC中段在时空动态变化及其潜在的成骨功能。研究团队综合利用了C57BL/6J小鼠和他莫昔芬诱导的软骨特异性谱系追踪模型（Col2CreERT;Rosa26-LSL-tdTomato），对胚胎期12.5天（E12.5）至出生后0天（P0）的小鼠下颌骨样本进行了系统的分析。
研究采用的关键技术方法主要包括：1）形态学染色（阿利新蓝染色显示软骨整体形态和位置，沙红O染色观察软骨-骨转化和软骨细胞分化，Masson三色染色评估胶原沉积，TRAP染色检测破骨细胞活性）；2）免疫荧光分析（检测关键转录因子Sox9、Runx2、Osterix以及增殖标记Ki67、血管标记CD31的表达）；3）多重免疫荧光技术，实现在同一组织切片上同时检测Sox9、Runx2和CD31的表达，以精确定位它们之间的空间关系。
时空降解与区域特异性骨化
研究首先通过阿利新蓝染色描绘了MC从E13.5形成到P0完全消失的完整时空动态。关键发现是，MC中段一个特定的区域——位于门齿胚和第一臼齿胚之间的中央臼齿前区（Central M.A）——表现出独特的命运。沙红O/Fast Green染色显示，该区域从E15.5开始出现软骨细胞肥大，随后细胞外基质丢失，并在E17.5-E18.5被新生骨组织替代，这一过程与长骨中的软骨内成骨极为相似。而MC的其他区域则未见此类变化，提示骨化过程具有区域特异性。
中央M.A区退化涉及胶原重塑和成骨细胞活化
Masson三色染色结果显示，从E15.5开始，肥大软骨细胞周围的细胞外基质中胶原（蓝色）沉积逐渐增强。到E17.5，在肥大区两侧的软骨膜和邻近组织之间出现吸收样间隙，并伴随成骨细胞的出现。E18.5时，MC降解界面主要由成熟的成骨细胞构成。TRAP染色进一步证实E17.5时中央M.A区有大量活跃的破骨细胞聚集。这些发现表明MC的退化与骨形成密切相关。
增殖-分化转变标志着中央M.A区成骨启动
Ki67免疫荧光染色揭示了细胞行为的动态变化。E13.5时，MC内细胞广泛增殖。到E14.5，增殖细胞数量减少，尤其在中央M.A区。从E15.5到E18.5，中央M.A区内未检测到Ki67阳性信号，表明该区域已从增殖主导转变为分化主导。值得注意的是，E17.5时，在MC吸收侧周围的软骨膜和邻近骨组织中观察到大量Ki67阳性细胞，表明存在活跃的成骨细胞增殖。
软骨-成骨转化受Sox9/Runx2/Osterix轴调控
通过谱系追踪和免疫荧光共染色，研究人员深入探究了调控这一过程的分子机制。他们观察到在中央M.A区，随着软骨细胞向肥大分化，Sox9（软骨形成的关键调控因子）的表达下降，而Runx2（诱导肥大）和Osterix（Osx，成骨细胞分化的关键因子）的表达则相继上调。这一Sox9→Runx2→Osterix的转录级联反应，是经典软骨内成骨的标志性分子事件，强烈支持中央M.A区经历的是主动的、程序化的类软骨内成骨过程，而非被动吸收。
血管入侵与Sox9-Runx2转变耦合驱动骨化
研究的一个重要亮点在于揭示了血管系统在此过程中的关键作用。多重免疫荧光分析显示，在骨化启动的关键时期（E16.5），CD31阳性的血管选择性地浸润中央M.A区的肥大软骨细胞区。这些入侵血管周围的软骨细胞呈现出Sox9和Runx2共表达的过渡状态。随着血管网络从门齿胚侧单向扩展，观察到Sox9表达进一步下调，Runx2表达上调。这种血管入侵与成骨转录转换在时空上的紧密耦合，表明内皮细胞可能通过分泌信号分子（如VEGF、PDGF）主动驱动软骨细胞向成骨谱系转化。
基于上述整合性证据，研究提出了一个模型：小鼠MC的中央M.A区作为一个活跃的成骨微环境，通过一个受精细调控的、涉及Sox9→Runx2→Osterix转录级联和单向血管入侵的类软骨内成骨过程，主动贡献于下颌骨的骨形成。
这项研究结论清晰地表明，小鼠梅克尔软骨中段并非如传统认为的那样仅仅是一个即将被吸收的被动模板。相反，其特定的中央M.A区域经历了一个主动的、类软骨内成骨的过程。该过程由保守的Sox9→Runx2→Osterix转录级联驱动，并与时空精确的血管入侵相耦合。这一发现从根本上改变了对MC中段命运的理解，将其从“被动消失的支架”提升为“主动贡献的成骨微环境”，为解决关于其发育和进化意义的长期争论提供了坚实的实验证据。它不仅深化了对颅颌面骨骼发育机制的认识，也为理解骨骼发育的进化保守性与特异性提供了新的视角。研究成果强调了在复杂的器官形成过程中，即使是最短暂的结构也可能通过高度协调的细胞和分子事件发挥关键作用。
