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科学家们表示,他们发现了一种新型软骨,这种软骨实际上是在 19 世纪发现的,后来被遗忘、重新发现,然后再次被遗忘。
医学教科书中描述了三种软骨类型:透明、弹性和纤维软骨。透明软骨有助于骨骼在关节处平滑地相互滑动;弹性软骨非常柔韧,存在于外耳、喉部以及耳朵和喉咙之间的管道中;纤维软骨很坚韧,可以吸收关节和脊柱的冲击力。这些组织内的细胞被许多胶原和弹性纤维,其比例赋予每种类型的软骨独特的特征。
然而,现在科学家们表示,有第四种类型的软骨看起来与其他类型非常不同。
这种组织被他们称为“脂肪软骨”,表面上看起来很像脂肪组织——更广为人知的名称是脂肪。它含有充满油的球状、气球状细胞,细胞周围有一层薄薄的纤维基质,而不是其他软骨常见的厚厚基质。这些细胞也高度均匀,可以像砖块一样紧密地堆积在一起。这些细胞一起形成一种有弹性、柔软的组织,具有一定的弹性,但仍能抵抗变形和撕裂。这种组织存在于外耳和鼻子等结构中。
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一些专家对脂肪软骨的新分析印象深刻。例如,维维安娜·埃莫西拉·阿瓜约和博士。莉西亚·塞莱里加州大学旧金山分校的教授在一篇文章中写道评论这种“长期被忽视的软骨类型”可能“需要更新组织学和解剖学教科书”。
其他人则表示,研究人员提供了该组织存在的有力证据,但他们不确定脂肪软骨是否值得进行自己的分类。
“作者提供的证据表明,这种含脂质的软骨组织存在于多种哺乳动物中,包括人类,”Shouan Zhu俄亥俄大学骨关节炎研究实验室主任没有参与这项研究,他在电子邮件中告诉《生活科学》。但“我不确定的是,它是否应该被视为一种单独的新型组织,或者只是现有组织(即弹性软骨)的一个新特征”。
旧的又是新的
“这是一个偶然的发现,”研究资深作者马克西姆·普利库斯加州大学欧文分校发育与细胞生物学系教授在一封电子邮件中告诉《生活科学》。研究小组在研究小鼠耳朵的皮肤时,偶然发现了充满脂肪的软骨细胞,Plikus 将其比作“气泡膜”。
但当他们深入研究后,团队发现他们的发现并不完全新颖。普利库斯指出,事实证明,其他科学家之前也发现过这种独特的组织。
在 1850 年代,组织学家弗朗兹·冯·莱迪格写了他在显微镜下对老鼠耳软骨的观察。他指出,“乍一看,它看起来像脂肪组织”,但它仍然具有独特的基质,如软骨。莱迪格的观察结果在一个多世纪的时间里一直默默无闻。然后,在 20 世纪 60 年代,零散的报道描述了啮齿动物耳朵中的类似脂肪组织。1976年,两位科学家为脂肪软骨中发现的细胞创造了术语“脂肪软骨细胞”。但同样,这些发现很快就被遗忘了。
现在,他们的研究于周四(1 月 9 日)发表在期刊上科学Plikus 及其同事对脂肪软骨进行了非常仔细的分析,揭示了其发育阶段、遗传特征和分子特征。这项研究强调了这种组织与它看起来相似的组织(脂肪)的不同之处,以及它与其他类型软骨的相似之处。
在小鼠身上,研究小组表明,将脂肪固定在脂软骨内的结构是“超稳定的”。与脂肪细胞不同,脂肪细胞会根据食物摄入量而变大或变小,而脂肪软骨细胞不会在饥饿时收缩,也不会因食物过剩而膨胀。研究小组发现,这种稳定性部分源于组织缺乏分解脂肪的酶,以及缺乏将食物中的脂肪带入组织的转运蛋白。
朱说:“这一特征可能为耳廓(外耳)提供进化优势,增强其收集和聚焦声波的能力。”声波非常有效地穿过脂肪,因此作者还建议,保留外耳中的这种高脂肪软骨可能对听力有用。
由于耳朵中的脂肪软骨不会根据卡路里摄入量而膨胀或收缩,因此它所支持的声学效果也应该随着时间的推移保持稳定。
脂肪软骨在哪里?
研究作者最初在小鼠的外耳、鼻子和喉咙中发现了脂肪软骨。 “它位于鼻尖的鼻软骨中,”普利库斯说。他说,“它形成了整个耳软骨”以及绝大多数喉部或声带。
“在所有这些地方,都需要高度的弹性,并且与身体的其他软骨(例如关节软骨)不同,这些结构不承重,”他补充道。例如,喉咙中的一个结构称为会厌吞咽时灵活地前后拍动,以阻止食物进入呼吸道。
在对小鼠进行研究后,研究人员还在人类胎儿组织中发现了脂肪软骨,即耳朵、鼻子、会厌和位于甲状腺上方的甲状软骨。他们还发现,在实验室中用干细胞培养的人类软骨模型中出现了脂肪软骨。
为了了解脂肪软骨在动物王国中的普遍程度,研究小组检查了数十个物种的博物馆标本。他们在几种哺乳动物中发现了这种组织,例如开罗刺鼠(黑鼠)、松鼠滑翔机(诺福尔白马)和帕拉斯的长舌蝙蝠(舌蝇)——但没有在任何非哺乳动物身上发现它,例如青蛙、鸟类或鳄鱼。
作者表示,关于脂肪软骨何时首次出现以及它可能为发现它的动物提供哪些进化优势仍然存在疑问。研究小组希望研究该组织的进化,并研究其受伤后再生的能力,并探讨脂肪软骨是否包含不同的亚型细胞。他们还想更好地了解细胞如何管理如此高的脂肪含量,“这对许多其他细胞类型来说可能是有毒的,”普利库斯说。
“我们相信这些关于新细胞类型和新组织类型的发现是根本性的和范式转变的,”他在谈到迄今为止的工作时说道。