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Aggrecan（聚集蛋白聚糖）缺陷导致生长障碍的机制研究：细胞外基质减少与生长板软骨细胞肥大受损
第一作者及单位
本研究由瑞典卡罗林斯卡学院（Karolinska Institutet）妇女儿童健康系儿科内分泌与分子医学中心的Ameya Bendre、Lars Ottosson、Marta Baroncelli、Zelong Dou和Ola Nilsson*（通讯作者）团队完成，发表于期刊《Bone》2025年7月刊（Bone 200 (2025) 117594）。
研究领域
本研究属于骨骼发育与生长障碍的分子机制领域，聚焦于Aggrecan（聚集蛋白聚糖）基因（ACAN）杂合突变导致的生长板功能障碍。
研究动机
既往临床研究发现，ACAN杂合突变是特发性矮小症（idiopathic short stature, ISS）的常见原因（占1-2%），患者表现为生长停滞、骨龄提前和早发性骨关节炎。然而，ACAN单倍剂量不足（haploinsufficiency）如何导致线性生长障碍的病理机制尚不明确。
关键科学问题
ACAN缺陷如何通过影响生长板软骨细胞的生物学行为（如增殖、肥大分化、基质合成）导致生长障碍？
1. 动物模型构建与表型分析
- 研究对象：杂合型软骨基质缺陷小鼠（Acan+/−），携带ACAN基因7bp微缺失，模拟人类ACAN杂合突变。
- 样本量：每组10-15只（雌雄各半），观察1、3、6、12、24周龄的生长发育指标。
- 方法：
- 测量体长、尾长、胫骨/股骨长度；
- 通过Masson染色和Safranin O染色评估生长板组织形态；
- 使用EdU标记法检测软骨细胞增殖活性。
- 关键发现：Acan+/−小鼠出生时体型正常，但出生后生长迟缓，成年后体长显著缩短（p<0.0001），且雌性表型更早显现（3周 vs 雄性6周）。
2. 生长板组织形态计量学分析
- 技术：高分辨率全玻片扫描（Panoramic MIDI II）结合ImageJ软件定量分析。
- 结果：
- 细胞外基质（extracellular matrix, ECM）减少：Acan+/−生长板中基质面积百分比显著降低（雌性p=0.02，雄性p<0.0001）；
- 肥大软骨细胞功能受损：终末肥大细胞高度降低（雌性p=0.002，雄性p=0.0001），但增殖细胞数量无显著差异；
- 生长板结构异常：年轻小鼠的静止区、增殖区高度减少，柱状排列密度增加（p<0.01）。
3. 单细胞转录组测序（scRNA-seq）
- 样本：P18雌性小鼠生长板软骨细胞（野生型2,313个细胞，Acan+/− 4,468个细胞）。
- 分析流程：
- 10x Genomics平台构建文库，CellRanger和Seurat进行数据预处理与聚类；
- 鉴定5种软骨细胞亚群（静止区、增殖区、肥大区、关节软骨和骨软骨细胞）。
- 差异基因：
- ACAN mRNA表达量降低50%，且突变转录本仅占9%；
- 胶原IX（COL9A2/COL9A3）表达下调，提示ECM组装异常；
- 钙调蛋白激酶Camk1d表达显著上调（p<0.0001）。
4. 信号通路验证
- 实验：免疫荧光检测磷酸化Akt（p-Akt T308）和Camk1d。
- 发现：
- Acan+/−肥大区p-Akt信号减弱（p=0.03），与Camk1d负调控Akt的机制一致；
- 体外培养的Acan+/−软骨细胞中，Sox9和Aggrecan表达下调（p<0.01），支持Akt-Sox9-ECM轴受损。
科学意义
首次揭示ACAN缺陷通过Camk1d-Akt轴损害软骨细胞肥大分化，为生长板功能障碍提供了机制解释。
应用价值
提示增强蛋白聚糖表达或Akt信号（如GH/IGF-1治疗）可能改善ACAN相关矮小症患者的生长预后。
研究数据已公开，可通过DOI 10.1016/j.bone.2025.117594获取，支持后续转化医学研究。