《细胞》子刊：刷新认知！中国科学家揭示脊柱健康的“刚柔并济”之道

*仅供医学专业人士阅读参考

脊柱是支撑躯体的骨骼框架，具有维持躯体直立姿态的重要功能。

椎间盘是脊柱的关键组成部分，直立行走带来的机械负荷，被视为人类腰背痛与脊柱退行性疾病的主要“元凶”。

然而，一个矛盾的现象是：渐进式的力学干预（如快步行走）却被证实能有效降低腰背痛风险。那么，椎间盘究竟是如何处理这些“压力”，甚至将其转化为维持自身健康积极信号的呢？

近日，陆军军医大学陆军特色医学中心甘翼搏/贺健/刘鹏团队，联合解放军总医院第五医学中心刘兵团队，在Cell Reports上发表的研究论文为我们揭开了谜底[1]。

他们首次在人与小鼠脊柱的高应力区域，发现并定义了一种名为“胶原化”（collagenesis）的全新椎间盘健康表型。这项研究不仅揭示了椎间盘主动适应有益机械应力、维持“刚柔并济”平衡的细胞与分子机制，更突破了椎间盘细胞来源的传统认知，为理解脊柱健康、开发全新的力学干预疗法防治腰背痛提供了全新视角。

传统观点认为，椎间盘中心的髓核富含柔韧的蛋白聚糖，主要负责缓冲。

而这项研究通过多学科技术整合分析发现，在承受较高生理性负荷的区域（如人类腰骶部、小鼠骶尾交界处），椎间盘会发展出一种截然不同的状态。

它的核心特征是髓核中II型胶原蛋白显著富集，这赋予了它更强的抗压缩和抗弯曲力学性能。研究团队将这种状态定义为“胶原化”。关键的是，这种“胶原化”并非病理退化。它不表达典型的退变标志物，并且能抵抗损伤后的纤维化。

研究人员还发现，“胶原化”与经典的“柔性”椎间盘并存，共同实现了脊柱生物力学中“柔”与“刚”的精密平衡，是椎间盘应对直立行走挑战的积极适应策略。

上图将小鼠脊柱艺术化地比拟为一株“翠竹”。其主干由真实的小鼠脊柱免疫荧光显微图像构成，展现了椎间盘的生物学结构。一束追光精准聚焦于根部的胶原化椎间盘（高表达II型胶原，呈白色），象征着这一新发现的坚固结构，为支撑直立姿势提供了关键的力学基础。相比之下，顶部的经典柔性椎间盘（富含蛋白聚糖，呈黑色）则代表了脊柱原有的灵活与缓冲功能。整体设计将生物构造与自然意象相融合，形象地诠释了本研究的核心发现——椎间盘通过“胶原化”与经典状态的协同，实现了骨骼系统中力量与柔韧之间的动态、优雅平衡。

值得注意的是，“胶原化”表现出高度的物种保守性和明确的时空规律。在小鼠高应力部位，“胶原化”的发生率高达82.9%。在人类中的发现更具启示性：空间上，越接近承受主要负荷的腰骶部，椎间盘的II型胶原表达越高；时间上，胚胎期（低负荷）未见胶原化，而该进程恰恰从婴儿开始直立行走时启动，并在成年期达到高峰。

这强烈提示，“胶原化”是椎间盘为适应“直立行走”这一进化挑战，而发展出的关键力学适应程序，是与生俱来的保护机制。

更令人惊讶的是其细胞起源。传统认知中，髓核由脊索细胞演化而来。但本研究发现，在“胶原化”的椎间盘中，脊索细胞消失了。取而代之的，是一群非脊索谱系、高表达PDGFRA、PROCR、PRRX1的椎间盘祖细胞。这群由该团队前期鉴定的PROCR+细胞[2]，具有强大的干性和软骨分化潜能。它们特异性地分布于胶原化区域，并主导了这一结构的形成。

那么，机械应力如何启动这一“胶原化”程序？研究团队通过构建尾部肌腱离断模型来降低应力，结果发现胶原化的出现概率大幅降低，证实机械负荷是驱动因素。

进一步的机制挖掘锁定了机械敏感离子通道TRPV4。该通道在胶原化区域的细胞中高表达。在TRPV4基因敲除小鼠中，胶原化进程严重受损，II型胶原合成不足，力学性能显著下降。这明确了TRPV4是感知机械应力、启动下游胶原合成程序的核心分子开关。

胶原化椎间盘的多维度表型特征、发生机制及其人鼠高度保守性

总的来说，这一研究首次系统地描绘了椎间盘通过“胶原化”这一主动生理进程来适应和利用有益应力的全新图景。该研究不仅是对椎间盘基础生物学的重要更新，阐明了PROCR+祖细胞和TRPV4通道的核心作用，更重要的是为未来脊柱退行性疾病的防治开辟了新思路。

这项研究突破了以往主要关注“病理性应力如何导致退变”的范式，将科学焦点转向了“生理性应力如何主动维护健康”。它提示我们，未来防治腰背痛的策略，或许不应只着眼于“减少损伤”，更可以着眼于“主动增强适应性保护”——即通过精准调控力学信号通路（如靶向TRPV4）或利用内源性祖细胞，来早期干预椎间盘的“健康加固”程序，从而开发出全新的力学干预疗法。

这项研究让我们看到，进化赋予脊柱的，不只有脆弱的隐患，更有主动适应压力的生命智慧。

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参考文献：

[1]. He J, Huang S, Li Y, et al. Collagenesis orchestrates mechanoadaptive development and homeostasis of intervertebral discs. Cell Rep. 2026;45(3):117076. doi:10.1016/j.celrep.2026.117076

[2]. Gan Y, He J, Zhu J, et al.. Spatially defined single-cell transcriptional profiling characterizes diverse chondrocyte subtypes and nucleus pulposus progenitors in human intervertebral discs. Bone Res. 2021;9(1):37.

本文作者丨BioTalker