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如果您身体中的一些软组织细胞随机接收到信号转变为僵硬骨细胞，会发生什么？患有进行性骨化性纤维肌炎 (FOP) 的患者就注定要这样，通常在成年之前就会严重残疾。
这种疾病最初在出生时显现出来，婴儿看起来正常，但大脚趾是弯曲的。然而，到儿童早期，身体的一些结缔组织——包括肌肉、韧带和肌腱——已经开始骨化成骨骼，锁住关节，扭曲姿势和运动。一些骨骼形成似乎是自发的，而另一些则可能由手术甚至轻微撞击造成的创伤引起。
FOP 是已知最罕见的遗传疾病之一，大约每两百万人中就有一例，但自发性骨骼发育在更广泛的人群中相对常见。这种组织系统的奇异转变，在大多数情况下被称为异位骨化，可能由脊髓损伤、截肢甚至髋关节手术引起。
艾琳·肖尔 (Eileen Shore) 是宾夕法尼亚大学骨外科研究副教授，自 1991 年以来一直致力于研究这种疾病。“我一直对细胞水平的发育感兴趣，”她说。“是什么改变了细胞，或者是什么调节细胞遵循特定的细胞命运决定？我们通常从生物体水平考虑发育，但这更多的是一个问题，即是什么决定了细胞的个性？”
当她发现 FOP 以及宾夕法尼亚大学骨外科教授弗雷德里克·卡普兰 (Frederick Kaplan) 的工作时，她意识到自己找到了一个谜题，那是一种“细胞分化失调的疾病”，她说。
三年前，她和卡普兰在《自然·遗传学》杂志（《大众科学》是自然出版集团的一部分）上发表的一篇论文中，确定了导致该疾病的基因突变。今年，肖尔和她的团队发现了一些关键的生物化学步骤，这些步骤导致软组织细胞转变为骨骼。研究结果发表在 11 月的《临床研究杂志》上。
肖尔说，这一进展预示着为受这种遗传异常困扰的人们开发新疗法的前景良好，并表明“我们非常有希望能够治疗其他类型的骨化。”
[以下是采访的编辑稿。]
进行性骨化性纤维肌炎 (FOP) 是由基因遗传突变引起的，还是随机发生的？
它可以遗传，但从某种意义上说是随机的，[即] 它是新突变的随机发生。主要原因是，即使突变可以遗传，但大多数患有这种疾病的人没有孩子。在某些情况下，有人生了孩子——通常在很小的时候——并将疾病遗传给了一个或多个孩子。
它什么时候开始？
当患有 FOP 的人出生时，我们没有任何证据表明已经开始形成骨骼外的骨骼。他们的胚胎发育非常正常——除了弯曲的大脚趾。骨骼形成通常在五岁左右开始。在某些情况下，它在第一个月开始，而在另一些情况下，有人在 10 岁或稍大一点时开始。
每个病例都相似吗？
它们中的大多数非常相似。我们分析了许多患者的 DNA，以寻找我们[发现]的基因中的突变。他们中的绝大多数具有相同的核苷酸变化。所有这些患者的 FOP 发展方式都非常相似——就我们在出生时看到的大脚趾畸形而言。到目前为止，在我们检查过的人中，只有不到 10% 的人具有该突变的变异。他们所有人仍然在同一个基因中发生突变，但突变发生在基因的不同部分。他们的病例有更严重的，也有不太严重的。
骨骼形成反应是如何触发的？
突变发生在ACVR1 基因中，该基因产生一种蛋白质，该蛋白质是一种跨越细胞膜的受体——因此受体的一部分在细胞外部，一部分在内部。细胞受体将接收来自外部的信号，当它结合时，信息将通过受体传递到细胞内的其他蛋白质，[从而] 产生一系列事件来改变基因在细胞中的工作方式。ACVR1 所在的通路是 BMP（骨形态发生蛋白）通路的一部分，长期以来已知该通路可以刺激细胞分化成软骨和骨骼。
那么骨骼形成只是自发的吗？
骨骼形成似乎是自发的，因为许多骨骼形成的例子与任何明显的创伤无关。或者，它可能是一个相对较小的事件，例如肌腱或肌肉拉伸。它可能是某些在大多数其他人身上不会引起任何其他明显反应的事情——这些患者可能对类似的事情更敏感。
创伤如何刺激骨骼发育？
那是我们非常感兴趣的领域。我们不知道它是如何发生的，[但] 我们怀疑创伤会诱导正常的组织修复反应。组织要么错误地感知信号，要么过度刺激[反应]。我们知道，即使这种情况发生在非常低的水平，信号也会触发骨骼形成的事件。
目前是否有针对该疾病患者的治疗方法或疗法？
对于大多数 FOP 患者来说，似乎有效的治疗方法是抗炎药。我们认为它们正在抑制一些与[骨骼形成]相关的早期事件。这不是一种理想的治疗方法，因为它并非在所有情况下都有效。显然需要更好的治疗方法。
研究 FOP 是否可以帮助我们更好地理解或治疗其他疾病或状况？
我认为可以，因为这是一种影响软骨和骨细胞分化的疾病。存在不同的情况——骨质疏松症就是一个明显的例子——在这些情况下，骨骼形成不再正常发生，因此有可能将此应用于理解如何鼓励细胞产生骨骼。我们还与许多参与组织工程的人员进行了交谈，看看：刺激该通路是否可以帮助治愈骨折？
还有更常见的骨骼形成实例，称为异位骨化。骨骼外骨骼是在髋关节置换手术、头部创伤或脊髓创伤后相对常见的现象。这对于遭受某些类型的战争相关伤害的士兵来说一直是一个非常大的问题。在许多情况下，异位骨化已在截肢部位形成，使得难以安装假肢。它实际上确实影响了很多人。据推测，该过程是相同的，并且具有相同的细胞过程。
您最近的研究利用斑马鱼胚胎来检查分子过程。研究 FOP 的下一步是什么？
小鼠模型对于理解这种疾病非常重要。我们一直在使用细胞培养模型和斑马鱼作为测定 BMP 对信号传导影响的手段，但我们也希望能够了解突变对组织和器官系统的影响。我们需要能够在体内研究这一点。我们将继续使用斑马鱼来开发转基因模型。借助小鼠，我们可以进行大量研究，以了解是什么引发了异位骨化。
我们有兴趣了解突变对骨骼以外组织的影响。它在其他组织或器官的发育中也非常重要。可能这些患者还存在其他潜在的健康问题。它还将使我们更好地了解该过程。
FOP 是一种如此罕见的疾病，研究起来是否困难？
以前是很困难。尤其是在创伤诱导骨骼形成时，[所以] 我们无法采集样本。现在我们已经能够识别出基因，我们可以使用模型系统来获得极好的见解。我们将能够获取该信息并验证，并看到这些过程正在患者身上发生。识别基因突变为我们提供了巨大的机会。
[通过] 识别在疾病发展中重要的特定细胞，我们可以开发更有针对性的疗法和治疗方法。