为什么我们会长高？身高增长的核心密码是什么？Science子刊证实：生长激素直接激活生长板双干细胞，驱动骨骼生长

儿童的身高增长，核心秘密藏在长骨两端的特殊软骨结构——生长板（growth plate，也叫骨骺板）里。这层位于长骨骨干与骨骺之间的软骨组织，是身高增长的“发动机”：软骨细胞在这里不断增殖、肥大，最终被骨组织替代，推动骨骼一点点纵向延伸；而当青春期结束，生长板完全闭合，身高的自然增长也就此画上句号。

长久以来，脑垂体分泌的生长激素（GH）被认为是调控身高增长的核心激素，但它的作用机制始终存在争议——传统观点认为，生长激素主要通过刺激肝脏产生胰岛素样生长因子1（IGF-1），间接促进骨骼生长，它能否直接作用于人类生长板的细胞，一直没有明确的答案。

近期，瑞典哥德堡大学的研究团队在国际顶刊Science Translational Medicine上发表的一项重磅研究，彻底揭开了这个谜题。

研究团队首次绘制了人类青春期生长板的高分辨率转录图谱，在生长板中鉴定出两种此前未被明确的干细胞群体，正是这两类细胞共同驱动着儿童骨骼的纵向生长。同时，研究还通过体外实验直接证实，生长激素可以直接作用于这些干细胞，而非仅通过肝脏IGF-1的间接途径发挥作用。

这项成果不仅填补了人类生长板发育机制的核心空白，更为儿童生长障碍的治疗优化、精准疗法的开发奠定了关键基础。

在此之前，关于生长板干细胞的研究几乎全部来自小鼠模型，但人类与小鼠的生长板生理特征有着本质区别：人类会经历青春期的生长冲刺，且青春期结束后生长板会发生不可逆的闭合，终止身高增长。

而小鼠没有青春期生长冲刺，生长板终身开放，成年后仍能持续生长。这种物种差异，让过往的小鼠研究结果无法直接套用在人类身上，人类生长板中是否存在对应的干细胞、这些细胞如何被调控，始终是未解之谜。而这项研究，首次基于青春期儿童的生长板标本，解答了这些核心问题。

研究团队所用的标本，来自11-14岁青春期儿童骨骺固定术的手术样本，通过单细胞RNA测序、空间转录组分析等技术，对超过2万个细胞进行了全面解析，最终在生长板的静息区（RZ，也就是软骨干细胞的“大本营”）中，发现了两个转录特征完全不同的干细胞样群体。

其中，第一个群体被命名为根干细胞（对应研究中的GP1群），这类细胞高表达多种骨骼干细胞标志物，不表达甲状旁腺激素相关肽PTHrP，处在WNT和TGF-β生长因子水平极低的特殊微环境中，增殖活性极低，就像身高增长的“种子储备库”，处于静息休眠状态；RNA速度分析证实，这群细胞正是整个软骨细胞分化谱系的起点，是骨骼生长的最源头。

第二个群体则是更活跃的干细胞群（对应研究中的GP2群），以PTHrP表达为核心特征，增殖活性显著更高，是直接生成软骨细胞的“主力工厂”，负责源源不断产生新的软骨细胞，推动骨骼持续拉长。

更关键的是，研究团队证实这种“双干细胞”的组织模式在人和小鼠中高度保守。他们在小鼠生长板中找到了对应的两个细胞群体，并通过克隆谱系追踪实验验证：以Prrx1基因标记的根干细胞（对应人类GP1群），具备极强的克隆形成能力，不仅能生成大量软骨细胞克隆，还能分化为基质细胞和成骨细胞，完全符合干细胞自我更新、多向分化的核心特征，从功能上证实了这类细胞的干细胞属性。

在明确了生长板的双干细胞结构后，研究团队进一步解答了生长激素作用机制的百年争议。他们通过人类生长板外植体培养模型，直接证实生长激素可以独立于肝脏IGF-1，直接作用于人类青春期生长板：经过2个月的体外培养，生长激素处理的生长板出现了明显的软骨组织扩增，增殖区的软骨细胞增殖水平显著提升；仅24小时的短期处理，就观察到静息区干细胞中STAT5磷酸化水平显著升高，意味着生长激素的经典信号通路被直接激活。

除此之外，研究还首次明确，生长激素除了激活经典的JAK/STAT通路，还会直接激活干细胞内的TGF-β、ERK细胞内信号通路，同时抑制AKT信号，通过多条通路的协同作用，刺激软骨干细胞和增殖区软骨细胞的增殖，直接驱动生长板的生长。

这项研究的第一作者、哥德堡大学研究员Nelson Tsz Long Chu表示：“我们的结果证实，生长激素会直接作用于决定身高增长的核心干细胞。

这一发现不仅能帮我们为身材矮小的儿童制定更有效的治疗策略，未来还有助于识别哪些孩子最有可能从生长激素治疗中获益，推动更精准的个体化疗法开发。”

研究的资深作者Andrei S. Chagin教授补充道：“这项工作的灵感，来自 40 多年前哥德堡大学的一项开创性发现——当时的研究证实生长激素可以直接刺激大鼠的生长发育，而我们很自豪能将这一发现，真正拓展到人类生理学的范畴中。”

值得关注的是，这项研究也为临床中一个长期存在的难题提供了全新的解释：为什么部分儿童接受生长激素治疗后没有明显效果，或是随着年龄增长，治疗的反应性会逐渐下降。

过往我们无法解释这一现象，而如今这项研究证实，生长激素的直接作用靶点是生长板中的双干细胞，一旦干细胞的状态、其所处的微环境发生改变，或是干细胞数量减少，生长激素的治疗效果自然会大打折扣，这为后续优化治疗方案、提升治疗有效率提供了全新的思路。

当然，这项研究也存在一定的局限性。由于人类青春期生长板样本极为稀缺，研究所用的标本均来自北欧青春期高身材儿童的手术样本，队列规模有限，无法按性别、青春期发育阶段、生长激素反应性进行更细致的分层分析。

同时，体外培养模型无法完全模拟人体内生长激素的脉冲式分泌模式，也无法对人类干细胞的体内分化过程进行长期追踪。小鼠模型虽验证了干细胞的功能，但与人类生长板的生理特点、闭合机制仍存在本质差异。未来，研究团队还需开发更先进的人源化动物模型、生长板类器官培养系统，进一步验证双干细胞的调控机制，筛选能靶向调控这两类细胞的潜在药物。

总而言之，这项研究彻底揭开了人类身高增长的“黑箱”，首次在人类生长板中发现了驱动骨骼生长的双干细胞系统，终结了生长激素是否直接作用于生长板的长期争议。

它不仅为生长障碍、身材矮小的儿童带来了更精准治疗的全新希望，也让我们对人类青春期骨骼发育、生长板闭合的核心机制，有了颠覆性的全新认知。

参考资料：

[1]Nelson Tsz Long Chu et al, A transcriptional atlas of the pubertal human growth plate reveals two populations of stem cells and direct effect of growth hormone, Science Translational Medicine (2026). DOI: 10.1126/scitranslmed.adw3590.

来源 | 生物谷

撰文 | 生物谷

编辑 | 木白

版权说明：梅斯医学（MedSci）是国内领先的医学科研与学术服务平台，致力于医疗质量的改进，为临床实践提供智慧、精准的决策支持，让医生与患者受益。欢迎个人转发至朋友圈，谢绝媒体或机构未经授权以任何形式转载至其他平台。