FGF8能够促进新生小鼠指（趾）截肢伤口处的骨骼和关节再生

《Bone》：FGF8 induces bone and joint regeneration at digit amputation wounds in neonate mice

肢体再生潜力；FGF8信号通路；P2断肢模型；关节复合组织再生；干细胞动员机制

　　在现代医学研究中，肢体缺失是一个全球性的健康问题，随着血管疾病的发生率不断上升，预计在未来25年内，肢体缺失的发病率将超过当前水平的两倍。这一趋势凸显了对哺乳动物潜在再生能力的研究变得愈发重要。尽管人类和小鼠等哺乳动物在某些部位如指尖（P3）具有一定的再生能力，但其他更靠近身体部位的骨骼，如中间指骨（P2），则通常不具备类似的再生潜力。P2的截断往往导致骨截断和软组织瘢痕形成，而非再生现象。因此，研究P2截断的再生机制具有重要意义，因为这为开发新的再生策略提供了可能。

本研究聚焦于Fibroblast Growth Factor 8（FGF8）在P2截断伤口中驱动软骨关节再生的能力。通过在新生小鼠的P2截断伤口中施用FGF8，我们观察到一系列再生现象，包括软骨腔的再生、由关节软骨覆盖的骨骼结节的形成，以及肌腱和韧带的再生。这些发现表明，FGF8不仅能够促进软骨的形成，还能为部分P2骨再生提供模板。因此，FGF8在P2截断伤口中引发了骨骼和关节组织的复合再生。值得注意的是，FGF8诱导的关节再生与P3关节的发育在基因表达和形态学上存在差异，说明其再生机制具有独特性。此外，通过谱系追踪实验，我们发现截断伤口中的细胞能够参与再生关节结构的形成，这表明再生失败并非由于缺乏具有再生能力的细胞，而是由于在截断部位缺乏或减弱了促进再生的信号。

为了更深入地探讨这一现象，我们首先回顾了小鼠指骨再生的谱系。在小鼠中，P3截断能够引发显著的骨和软组织再生，而随着截断位置向近端移动，再生能力逐渐减弱。最终，当截断发生在P2时，再生几乎完全停止，导致骨截断和软组织瘢痕。这一现象在成年小鼠中尤为明显，P2截断通常会触发类似于骨折愈合的骨修复反应，但并不涉及完整的再生。因此，P2截断的再生能力被认为是一种潜在的“休眠”状态，需要特定的刺激才能被激活。

我们的研究进一步揭示了FGF8在激活这一潜在再生能力中的关键作用。在新生小鼠的P2截断伤口中，FGF8的施用不仅诱导了软骨腔的形成，还促进了骨骼结节的再生，这些结节被关节软骨覆盖，类似于正常关节的结构。同时，FGF8还能够诱导肌腱和韧带的再生，这表明其作用不仅限于骨骼，还涉及周围软组织的修复。此外，FGF8在P2截断伤口中诱导的软骨形成，可以作为部分骨再生的模板，从而实现骨骼和关节的复合再生。这一发现为理解哺乳动物再生能力的调控机制提供了新的视角。

为了验证FGF8的再生作用，我们进行了详细的实验分析。在新生小鼠的P2截断伤口中，FGF8的施用显著增加了软骨的形成，这些软骨在形态学上与正常关节的软骨存在差异，但具有相似的功能特征。同时，FGF8还能够促进骨骼结节的形成，这些结节在结构上类似于正常骨骼，但其再生过程受到多种因素的调控。此外，FGF8的施用还能够诱导肌腱和韧带的再生，这表明其作用范围不仅限于骨骼，还涉及周围软组织的修复。这些发现为未来开发针对P2截断的再生治疗策略提供了重要的理论依据。

我们还探讨了FGF8在再生过程中的分子机制。虽然FGF8能够诱导一些与关节发育相关的基因表达，但并不是所有相关基因都被激活。这表明FGF8的再生作用可能涉及特定的信号通路，而不是全面的基因重编程。此外，FGF8诱导的关节再生在形态学上与P3关节的发育存在显著差异，这可能与不同截断部位的再生潜力有关。例如，P3截断的再生能力较强，能够形成完整的骨骼和软组织结构，而P2截断的再生能力较弱，需要额外的刺激才能激活。因此，FGF8可能通过特定的信号网络，激活了P2截断伤口中的潜在再生能力，从而实现了骨骼和关节的复合再生。

在实验过程中，我们还进行了谱系追踪研究，以确定截断伤口中的细胞是否能够参与再生结构的形成。通过使用转基因小鼠模型，我们发现截断伤口中的细胞能够迁移到再生区域，并分化为构成关节结构的不同细胞类型。这一发现进一步支持了FGF8在激活再生潜力中的作用，同时也表明再生失败并非由于细胞的缺失，而是由于信号的缺乏。因此，我们的研究为理解哺乳动物再生能力的调控机制提供了新的线索，并为未来开发基于FGF8的再生治疗策略奠定了基础。

此外，我们还探讨了FGF8与其他生长因子如BMPs之间的协同作用。在之前的实验中，我们发现BMP2能够诱导P2截断伤口中的软骨形成，为部分骨再生提供模板。而BMP9则能够促进关节的再生，但并不涉及骨骼的完全再生。因此，通过将BMP2和BMP9的治疗策略相结合，我们能够实现P2截断伤口的全面再生。然而，FGF8的施用不仅能够单独诱导关节的再生，还能够促进软骨的形成，从而为骨再生提供额外的支持。这一发现表明，FGF8可能在再生过程中发挥着更为关键的作用，尤其是在激活潜在再生能力方面。

在研究过程中，我们还发现FGF8的再生作用具有时间依赖性。在新生小鼠中，FGF8的施用能够诱导出完整的关节结构，而在成年小鼠中，其再生作用则相对有限。这可能与不同年龄段小鼠的再生潜力有关，也可能与FGF8在不同发育阶段的表达水平和作用机制不同有关。因此，FGF8在不同年龄的小鼠中可能具有不同的再生效果，这一现象值得进一步研究。

我们的研究结果还表明，FGF8的再生作用可能涉及多种细胞类型的协同作用。在P2截断伤口中，FGF8不仅能够促进软骨细胞的增殖和分化，还能够激活其他细胞类型，如成纤维细胞和肌腱细胞，以支持再生结构的形成。这种多细胞类型的参与可能使得FGF8在再生过程中发挥更为复杂的作用，而不仅仅是单一的信号因子。因此，FGF8可能通过调节多种细胞的活动，共同促进再生过程的进行。

在实际应用方面，我们的研究为开发新的再生治疗策略提供了重要的理论支持。目前，针对P2截断的再生治疗仍然较为有限，而FGF8的施用可能为这一领域带来新的突破。通过进一步研究FGF8的作用机制，我们有望开发出更有效的再生治疗方法，以帮助患者恢复受损的骨骼和关节结构。此外，FGF8的施用还可能为其他类型的组织再生提供启示，例如皮肤、肌肉和神经的再生。

综上所述，我们的研究揭示了FGF8在P2截断伤口中驱动软骨关节再生的能力，这为理解哺乳动物再生能力的调控机制提供了新的视角。同时，我们的研究还表明，P2截断伤口中存在巨大的再生潜力，但这种潜力在正常情况下处于休眠状态。通过激活特定的信号通路，如FGF8的信号，我们能够唤醒这种潜在的再生能力，从而实现骨骼和关节的复合再生。这一发现不仅有助于揭示哺乳动物再生能力的调控机制，还为未来开发基于FGF8的再生治疗策略提供了重要的理论依据。