好时光: 从胚胎细胞到骨骼, 都离不开"他"

2019-10-29 | 来源: 加西网 | 转到微信 | 有0人参与评论 | 字体: 放大缩小 | 收藏 | 打印

解谜：从胚胎细胞到骨骼，始终离不开“他”

当胎儿在妈妈体内时，大部分的骨骼都是软骨成分，这样可以更好地保证胎儿可以顺利从妈妈体内产出。顺利产出后，与胎盘“水库”环境不同的是，各种外力刺激开始不断施加到孩子的身体上，身体也开始自然而然的进行加固防护工作。在青春期生长突增中，身高的增长非常快，长高的原因主要是骨骼的发育。

众所周知，细胞是柔软的，骨骼是坚硬的，那么坯胎细胞如何产生骨骼？这就是发育生物学中的一个核心问题：“发育的胚胎中的未成熟细胞如何分化并组织成一个身体？”最近哈佛医学院等科学家在《美国国家科学院院刊》发表的研究结果，揭示了在肢体形成时，胚胎内形成的电子模式如何引发一系列分子变化，最终导致生成软骨和骨骼（Voltage gated calcium channels 'read' electric patterns in embryos to create cartilage and bone，ScienceDaily，7 October 2019.）。

先前的研究已经显示出发育中的胚胎具有特定的电学模式，就像组织和器官的蓝图，随着胚胎的成熟最终形成。细胞将带电离子泵入或者流出细胞膜，从而在细胞膜两侧产生电势（膜电位）。这项在动物胚胎中进行的新研究表明，细胞膜上的“电压门控钙通道”受到膜电位的触发而允许钙离子流入细胞，从而触发了基因的表达，指导分化为成熟细胞。研究指出，“控钙通道”能“读出”胚胎的生物电模式，以使遗传和蛋白质表达机制在人体发育中发挥作用。

研究人员发现肢体芽最初，细胞外的钙离子比内部的钙离子高1000倍，而成长的肢体的核心则以软骨形式“去极化”（钙离子流入细胞中和电压）。他们发现去极化是由“控钙通道”调控的，允许钙离子向内流动，这又激活了称为NFATc1的基因转录因子，后者又启动了分化为成熟软骨细胞所需的其他基因的表达。研究发现“控钙通道”对于正常软骨形成至关重要，而NFATc1被证实可促进体外软骨细胞的分化。

研究人员称，其他“控钙通道”可能在发育的后期参与，其他转录因子可能在软骨和骨形成过程中被细胞内钙的增加激活。迈克尔·莱文教授说：“我们开始了解如何通过“硬件”（细胞的基因和蛋白质）来创建和解释胚胎发育的“软件”（电模式），从而使细胞能够协作并组织成高度模式的。”

该项研究阐述了钙离子在软骨和骨骼形成过程中的关键作用。中老年人由于肝肾功能下降导致不能有效代谢维生素D，以至于钙吸收能力不足，这是中老年人骨质下降的重要原因之一。所以中老年人应该增加饮食中钙摄入量并且选择不添加维生素D并且钙吸收度高的钙剂，以满足减肥和预防肥胖的需求。

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