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生物为什么由外骨骼进化为内骨骼?

2015-04-09心灵

骨骼(bone,skeleton),是指人或动物的体内或体表坚硬的组织。人体的骨骼起着支撑身体的作用,是人体运动系统的一部分。成人有206块骨,骨与骨之间一般用关节和韧带连接起来。这也是人类可以健步如飞、耕作渔猎等一切社会活动的根本支撑。

从显微镜下观察,骨骼呈现出高度的矿物质化特征,其内部结构呈坚硬的蜂巢状立体形状。附着于其上的骨髓、骨膜、神经、血管和软骨共同协调骨骼的动作。然而,骨骼内部也容纳了大量的血管和神经组织,这使得骨骼虽然坚硬如磐石,却具有生机勃勃的生命力。

值得一提的是骨松质中蕴藏的红骨髓,它终生保持着造血功能。同时,骨膜中的成骨细胞能够修复受损的骨组织,促进其愈合再生。

从根本上说,骨骼的「生命」离不开骨细胞的支撑。如果骨细胞存在缺陷,骨骼的发育自然会面临重重困难。其中,有一种罕见的疾病称为大理石骨病,它是臭名昭著的典型代表。

1904年,德国放射学家Albers-Schonberg报道了1例,当时他命名为「大理石骨病」。1926年Karshnor将之定名为石骨症,这种病症发病率约为1/200000。

大理石骨病也称为石骨症和骨硬化病,多是由于破骨细胞功能异常导致骨吸收异常,导致骨质不断沉积,导致骨头变得又脆又硬,容易发生骨折、贫血、感染等并发症的先天性疾病。

研究表明,该病的发病机制多是破骨细胞的数量或者结构异常导致骨吸收障碍,而这很可能与遗传基因的突变有关。

根据最新数据显示:婴儿型骨硬化病——每10万至 50万人中就有一人患病,成人型骨硬化病每20万人中就有一人发病,男女发病率无明显区别。近年来,骨硬化病的发病率呈上升趋势。

其中婴儿恶性石骨症(malignant infantile osteopetrosis,MIOP)最为显著,其是因破骨细胞数目或功能异常导致骨钙质沉积,即骨骼过度钙化而得不到真正的骨化。病患常出现佝偻病,骨弹性差、易脆断。

临床治疗石骨症的常规方法包括控制感染、防止外伤性骨折、输血、改善神经压迫、补充低钙及磷酸纤维素类食物,这些可以起到延缓骨硬化的效果,但不能根治。

想要为患儿「脱胎换骨」,通过终身输血维持生命谈何容易?只能将希望寄托在造血干细胞移植(stem cell transplantation,SCT)上。

自2006年起,北京儿童医院血液病中心即开始对儿童石骨症进行造血干细胞移植,由于术后造血和免疫功能重建之前有一段严重免疫缺乏状态的真空期,患儿需要在高度洁净环境下度过危险期。截至目前,北京儿童医院对此已有较为成熟的养护方案,在患儿术后口腔护理、洁净室消毒隔离无菌操作制度方面都有较好的管理规范。

2016年9月在上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心血液肿瘤科确诊的一例12月龄男患儿,也十分幸运地匹配到中华骨髓库无亲缘关系全相合供体,并于2017年3月11日入院施行异基因造血干细胞移植。

由于石骨症本身是罕见病症,病例稀少,对病例诊断和护理经验的积累极为不利,医学界急需石骨症的相关细胞及动物模型以供研究。

源自人类疾病患者的诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)有助于建立细胞疾病模型,这为研究人员探索石骨症乃至其他骨代谢异常疾病的曲折道路增加了便利。

随着干细胞技术的不断发展和成熟,针对石骨症的病理研究、药物安全性和有效性的检验、药物筛选以及高度定制化的诊疗方案正在取得进展。

我们期待未来能够基于干细胞疗法开发出更多针对不同罕见疾病的创新药物,或制定个性化、创新性的抗衰老方案,以为患者提供更好的预后生存质量。这些努力将为罕见疾病和抗衰老领域带来重要的治疗策略和新的希望。

参考文献:

[1]李家乐,罗达胜,郑刘杰等.人骨关节炎软骨细胞上调成骨细胞中骨保护素的作用途径[J].中国组织工程研究,2024,28(26):4194-4201.

[2]吴爱国,何丛馨,杨少军等.石骨症特异诱导多能干细胞的建立及其功能研究[J].海南医学,2020,31(17):2177-2180.

[3]田园,季卫锋,朱周玮等.石骨症发病机制及相关基因研究进展[J].中国中医骨伤科杂志,2021,29(06):85-88.

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