荧光成像揭示了运动系统中肌肉骨骼组件的胚胎整合

肌肉骨骼系统提供结构支撑，使行走和举重等运动成为可能，保护内脏器官，保持姿势，通过肌肉活动产生热量，并与神经系统协调。这个系统的许多复杂性之一在于它的组成部分——肌腱、韧带和软骨——如何在胚胎发育过程中建立精确的连接。

传统的成像方法通常依赖于薄组织段的组织学分析，在三维（3D）环境中捕捉这些组织的空间组织和动态整合方面存在局限性。为了应对这一挑战，广岛大学的一个研究小组开发了一种结合高分辨率成像技术的新型荧光小鼠模型。

这种方法可以清晰全面地可视化肌肉骨骼组件在器官发生过程中的组织和连接方式，为运动系统发育的复杂过程提供新的见解。研究人员于2025年3月26日在《发育》杂志上发表了他们的研究结果。

这项研究的一个关键特征是使用新开发的双报告小鼠模型结合荧光成像来研究在胚胎发育过程中连接肌肉和骨骼元件的软骨和肌腱/韧带组织之间形成适当连接所需的复杂过程。

双报告基因模型能够同时追踪两个不同的报告基因。在这项研究中，分别在Scx和Sox9的表达结构域中表达红色和绿色荧光蛋白的小鼠用于可视化所需的感兴趣的生物事件。本研究的目的是阐明肌肉骨骼组件在器官发生过程中是如何整合的。

广岛大学生物医学与健康科学研究生院教授Chisa Shukunami说：“使用薄组织切片的传统方法在保持结构完整性方面存在局限性，这使得研究这些组织的3D组织变得困难。我们的方法通过将新建立的双荧光报告小鼠模型的组织清除与高分辨率荧光成像相结合，克服了这些挑战。”。

肌肉和软骨原基（早期胚胎结构）之间通过肌腱的连接，或软骨原基之间通过韧带的连接，必须在空间和时间方面进行精确调节，以确保健康和功能性肌肉骨骼系统的正确形成。

为了可视化这一过程，通常使用表达荧光蛋白的小鼠模型。荧光蛋白通过发射荧光来充当标记物，使特定的细胞群发光，并使观察这些细胞的位置以及它们在体内的行为成为可能。这种方法使科学家能够跟踪这些细胞随时间变化的位置，并更好地了解肌肉骨骼组织在发育过程中是如何组装的。

本研究重点关注两种具有组织特异性表达模式的分子。一种是Scleraxis（Scx），一种在肌腱和韧带形成过程中表达的基本螺旋-环-螺旋转录因子。另一种是含有SRY盒的基因9（Sox9），这是一种对软骨发育至关重要的转录因子。将ScxTomato和Sox9EGFP小鼠品系杂交，获得ScxTomota；Sox9EGFP小鼠。

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在新建立的双报告小鼠模型中，红色荧光突出了Scx表达结构域，对应于肌腱和韧带形成的部位，而绿色荧光标记了Sox9活跃的区域，表明软骨形成的区域。

Shukunami说：“通过将双荧光报告小鼠与Scx缺陷小鼠结合，我们证明Scx不仅调节肌腱和韧带的成熟，而且在控制肌肉形态及其与软骨骨原基的附着方面也起着重要作用。这些发现为肌肉骨骼系统是如何建立的提供了新的见解。”。

此外，发现Scx+/Sox9+细胞在Scx和Sox9的表达水平上表现出异质性，这意味着在给定组织中的相同细胞群中，这些细胞的表达存在一些差异。

这种表达多样性不仅可能参与发育过程，还可能参与肌腱和韧带再生以及相关疾病的发作，为未来肌肉骨骼疾病的研究提供了重要启示。

研究人员希望将双荧光报告小鼠与各种转基因小鼠结合起来，研究肌肉骨骼系统在胚胎发育过程中是如何建立的。

虽然这项研究的大部分重点是胚胎发育，但对出生后小鼠的进一步研究——使用组织清除技术和3D荧光成像——可能会转向观察肌腱和韧带的出生后成熟。

这些揭示肌腱、韧带和软骨如何形成连接的努力，可以为开发与这些组织相关的年龄或运动相关损伤的新诊断工具和治疗策略提供非常有价值的见解。p