近日，中國海洋大學海洋生物多樣性與進化研究所、方宗熙海洋生物進化與發育研究中心趙呈天教授團隊及合作者在著名生物學期刊PLoS Biology（《科學公共圖書館 ·生物學》）發表了題為“Ependymal polarity defects coupled with disorganized ciliary beating drive abnormal cerebrospinal fluid flow and spine curvature in zebrafish”（室管膜極性異常與纖毛擺動紊亂導致腦脊液異常流動引起斑馬魚脊柱彎曲）的研究成果。論文第一作者為海洋生命學院謝海波副教授和康雲思講師。

　　脊柱側凸是一種常見的脊柱畸形，在我國有近500萬的患者，且每年以30萬人數遞增，其中最為常見的是青少年特發性脊柱側凸（Adolescent Idiopathic Scoliosis，AIS）。AIS已逐漸成為影響青少年身體發育的重大健康問題，脊柱健康篩查於2021年正式納入beplay體育手機體檢的常規項目。目前，對AIS病因尚不完全清楚，利用模式動物研究其致病機理是解析AIS病因的重要途徑。

　　趙呈天課題組主要從事以斑馬魚等為模式的纖毛生物學研究。近年來，課題組通過對多種纖毛突變體的研究，解析了纖毛運動的分子機製，鑒定出影響體軸發育的關鍵信號通路，並揭示了纖毛缺陷導致脊柱彎曲的潛在分子機製(Nature Genetics, 2018; PNAS, 2021; PLoS Genetics, 2020)。

　　近日，課題組在前期研究的基礎上，進一步研究了斑馬魚纖毛突變體的脊柱發育過程，發現室管膜極性異常是導致脊柱發育畸形的重要驅動因素。該研究報導了一種發生嚴重脊柱彎曲的突變體，該突變體在發育3周左右出現脊柱側彎表型，模擬AIS患者的發病特征。定位克隆和回補實驗表明Ccdc57蛋白的功能缺失是導致突變體脊柱側彎的致病因素。細胞學實驗表明CCDC57定位於纖毛基體，與中心粒衛星蛋白OFD1和中粒周圍物質PCM1共定位，暗示其與纖毛密切相關。進一步研究發現，斑馬魚ccdc57突變體成魚存在嚴重腦積水，該表型是由於腦腔室管膜細胞和運動纖毛極性的紊亂所導致。

　　本研究進一步分析了突變體脊柱彎曲形成的原因，發現室管膜運動纖毛極性紊亂，引發脊髓中央管腦脊液流動異常，進而引起Urotensin信號在成魚脊髓中分布不均，是導致脊柱彎曲發生的根本原因。同時，不同斑馬魚脊柱側彎纖毛突變體均展示出類似的Urotensin信號缺陷。更為重要的是，課題組通過與醫院合作，獲得青少年脊柱側凸患者數據，發現在AIS患者上同樣也出現Urotensin信號通路異常現象。

圖1 斑馬魚脊柱側彎突變體與發生脊柱側凸的青少年患者

　　本項研究揭示了室管膜細胞極性與Urotensin信號通路在脊柱側彎發展過程中的重要作用和保守機製，為AIS疾病機理研究提供了重要參考。同時，本項研究也再次表明斑馬魚作為模式生物研究脊柱發育畸形的重要作用。在文章發表的同時，課題組近期也應邀撰寫了關於利用斑馬魚研究脊柱側凸疾病的研究綜述，歸納總結了以斑馬魚作為模式研究脊柱側凸疾病的優缺點及未來發展趨勢，相關成果發表在經典學術期刊Cellular And Molecular Life Sciences（《細胞與分子生命科學》）。

　　趙呈天教授領銜的研究團隊長期從事以斑馬魚、絲盤蟲等為模式生物的發育生物學研究，在研究人類纖毛遺傳疾病致病機理方麵取得係列研究成果。本次發表的研究成果是該團隊在對脊柱側凸這一青少年高發疾病發病機理研究方麵取得的重要階段性進展。該工作由中國海洋大學、上海交通大學、南京大學鼓樓醫院、廣東醫科大學、美國Tufts大學等單位學者合作完成。研究工作得到了國家自然科學基金重大項目、傑出青年基金項目等的資助。