近日，陆军军医大学陆军特色医学中心刘鹏团队在国际期刊《细胞报告》（CellReports）发表研究论著《胶原化是椎间盘发育与稳态的力学适应机制》（Collagenesis orchestrates mechanoadaptive development and homeostasis of intervertebral disc），首次在人与小鼠脊柱高应力部位发现并定义了一种新的椎间盘生理表型——胶原化。该发现刷新了对椎间盘力学调控的认知，为椎间盘疾病防治提供了新思路。

       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（IVD）作为脊柱的关键组成部分，承载了直立姿势带来的机械应力负荷，机械应力也成为调控椎间盘功能的重要因素。然而，椎间盘如何在机械应力的调控下维持其生理稳态尚未阐明。

       本次研究通过整合组织学、影像学、生物力学及单细胞转录组学等方式，发现的椎间盘胶原化具有髓核内部富含II型胶原而低表达蛋白聚糖，与经典椎间盘的基质成分存在显著差异，具有更强的力学性能，可增强脊柱的力学稳定性。

图1.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

       值得一提的是，该研究不仅系统解析了椎间盘胶原化的多维特征及其力学调控机制，更进一步揭示了，胶原化表型并非疾病或退变的表现，而是一种生理性适应机制。

       在小鼠模型中，研究者发现，小鼠日常活动时尾部上翘带来的机械应力，会促使特定节段的椎间盘呈现胶原化表型。这一表型从小鼠出生后7天形成，并终身维持。在人体中，该表型同样与高应力区域密切相关——胚胎期为非胶原化状态，成年后达到高峰，这提示，胶原化是脊柱在长期进化过程中形成的，用以适应直立行走后的高负荷。此外，研究还深入解析了胶原化椎间盘的细胞起源和调控机制，并揭示了TRPV4离子通道的关键作用。

       传统认为髓核仅由脊索源性细胞（Tbxt+）发育，但胶原化椎间盘中完全缺失脊索细胞，代之以本团队此前发现的跨物种保守Procr+干祖细胞。该亚群高表达PDGFRA、PROCR、PRRX1等干性基因，体内外均展现克隆形成与软骨分化潜能，且特异分布于胶原化椎间盘中，提示其为关键介导细胞。

       为明确机械应力驱动机制，研究者设计尾部肌腱离断实验，发现去负荷模型中胶原化发生率显著降低。机制验证显示胶原化细胞TRPV4离子通道特异高表达，TRPV4敲除小鼠II型胶原合成受阻、力学性能下降，证实TRPV4介导的机械感知对胶原化进程的调控作用。

图2.将小鼠尾部艺术化地脊柱比拟为一株翠竹，主干由真实的小鼠脊柱免疫荧光显微图像构成。一束追光聚焦于底部新发现的胶原化椎间盘，象征着其坚固的力学性能为支撑直立姿势提供了稳固基础；而顶部的经典椎间盘则维持了脊柱特有的灵活性。将生物构造与自然完美融合，彰显了骨骼系统中力量与柔韧之间的优雅平衡。

       本研究受到国家重点研发计划和自然科学基金等项目资助。陆军特色医学中心甘翼搏副教授、刘鹏教授、贺健博士后以及解放军总医院第五医学中心刘兵研究员为本文共同通讯作者。贺健博士后和黄莎实验员为本文的共同第一作者。本研究受到CellPress亮点工作报道。