骨骼、脂肪等特殊结缔组织是重要的钙、磷和能量代谢器官，且在骨质疏松和肥胖等代谢疾病发生中扮演重要角色。这些结缔组织由特定的细胞组成，如骨骼中的成骨和软骨细胞、白色脂肪组织和真皮中的脂肪细胞等。组织干细胞是具有自我更新和分化潜能的种子细胞，负责组织器官的发育、维持和再生修复，并与器官衰老等病变密切相关。组织干细胞的研究多聚焦于器官发育和生长, 对成体干细胞知之甚少。但是，哺乳动物从成年至死亡占生命周期的大部分时间，比如在小鼠中，这个阶段占比高达90%。因此发现成体干细胞对于了解组织器官的维持、再生修复和衰老具有重要意义。
有些组织器官的发育和维持依靠不同的干细胞类群。比如，成人骨的更新主要发生在骨髓腔的骨小梁和骨内膜，而在已知的骨骼干细胞 (skeletal stem cells，SSCs)中，生长板中的Pthlh+ SSCs和外骨膜中的Ctsk+ SSCs在成体中基本处于静息状态；骨髓中血窦周的Nes+ SSCs对骨维持贡献不大，LepR+ SSC/CAR细胞主要参与老龄小鼠的骨形成和骨折愈合。近期细胞移植实验发现了Thy-CD105-6C3-ITGAV+CD200+ SSCs，但其与其它SSC类群之间的关系尚不明确。白色或真皮脂肪组织的更新较为缓慢。其中脂肪祖细胞 (adipose progenitor cells，APCs)可由膜表面标记物Lin-Sca1+CD29+CD34+所定义，并可被Pdgfrα和Pdgfrβ进行遗传学标记。最近的单细胞转录组测序 (scRNA-seq) 研究显示白色脂肪组织中包含不同的脂肪干细胞亚群：ASC1a、ASC1b、ASC2和FIP（纤维免疫调节祖细胞）。
2022年12月1日，上海交通大学Bio-X研究院李保界课题组和陆军军医大学大坪医院陈林课题组共同在Nature Genetics上发表了题为Prrx1 marks stem cells for bone, white adipose tissue and dermis in adult mice的研究文章（Article），在成体骨骼、白色脂肪和真皮中发现了一群可以被Prrx1所标记的成体干细胞。作者在寻找成体骨髓SSCs时，重新检验了遗传标记物Prrx1。前人的研究使用转基因（Tg）Prrx1-Cre和Prrx1-CreERT2小鼠(含有2.4k碱基的启动子/增强子)发现Prrx1可以标记E9.5天胚胎的侧板，其子代细胞可以标记成骨和软骨细胞、腹股沟白色脂肪组织、腹侧皮肤中的成纤维细胞；成年小鼠中，Prrx1只标记外骨膜/软骨膜形成层，不标记其它的结缔组织。此外，利用（Tg）Prrx1-CreERT2;iDTR小鼠来消除Prrx1+细胞对骨量不产生显著影响。考虑到转基因小鼠存在启动子长度有限和插入位点非自然位置等潜在问题，作者构建了敲入（knock-in，KI) Prrx1-Cre和Prrx1-CreERT2小鼠品系。谱系示踪研究发现在发育过程中，Prrx1标记所有的骨骼、白色脂肪和真皮组织。
图1（KI）Prrx1-CreERT2;tdTomato成年小鼠由他莫昔芬处理后1天或30天时Prrx1+细胞（1天，上排图片）或Prrx1谱系细胞（30天，下排图片）在骨、腹股沟白色脂肪和真皮中的分布情况。相较于1天，30天后可以明显看到Prrx1标记细胞的数量增加并参与相应组织的更新维持
在成年小鼠中，作者发现Prrx1+细胞数量稀少，但具有长期（>12个月）的自我更新能力，瞬时标记的Prrx1+细胞参与骨、白色脂肪组织和真皮组织中38-92%的细胞的更新。作者通过体外克隆形成实验，体外分化实验和细胞移植实验进一步证实了Prrx1+细胞的干性。随后作者通过免疫荧光染色、流式细胞术、单细胞测序等手段对Prrx1+细胞进行了研究并发现骨髓或白色脂肪中的 Prrx1+细胞可由CD31-CD45-CD29+CD130+富集，而真皮中的 Prrx1+干细胞可由CD31-CD45-ITGAV+CD130+进行富集。作者还利用（KI）Prrx1-CreERT2;iDTR小鼠来消除Prrx1+干细胞并发现Prrx1+细胞的缺失会影响成年小鼠骨、白色脂肪和真皮组织的稳态维持及损伤修复。最后，作者发现骨骼中Prrx1+ SSCs和此前细胞移植实验发现的Thy-CD105-6C3-ITGAV+CD200+ SSCs中最原始的一个亚群高度重合；在脂肪中，Prrx1标记了此前单细胞测序发现的脂肪干细胞亚群—ASC1a和ASC2；在真皮中，Prrx1+ 干细胞是目前发现的唯一可分化成真皮脂肪、成纤维细胞和立毛肌的干细胞。
综上所述，作者使用新构建的knock-in Cre和CreERT2小鼠品系，进行遗传谱系示踪和单细胞基因表达谱分析，发现了多个结缔组织中的成体干细胞，这些发现将有助于骨折和皮肤创伤的治疗和修复，也为间充质干细胞的临床应用奠定了遗传学基础。
作者感谢同济大学罗剑教授和上海交通大学郭熙志、马钢教授（提供基因工程小鼠），以及国家重点研发计划（2018YFA0800803）、上海张江国家创新示范区发展基金重大专项<干细胞战略生物库和干细胞临床技术转化平台>（ZJ2018-ZD-004）、国家自然科学基金（91749201、81830075）的支持。
文章链接：https://doi.org/10.1038/s41588-022-01227-4
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