脊柱作为哺乳动物的主要骨架，在保护脊髓和神经元件并促进直立姿势方面发挥着关键作用。在这一复杂结构中，椎间盘（IVD）作为一个重要功能单元，与相邻椎骨动态协作，以适应机械载荷需求。脊柱的功能寿命取决于在出生后发育期间，椎间盘形态发生与生物力学刺激之间的综合相互作用。然而，调控椎间盘力学适应性的核心细胞与分子机制仍未得到充分阐明。

小鼠IVD与人类在几何和机械上具有显著的同源性，确立了其在研究人类IVD在生理应激下机械适应过程的实用性。小鼠脊柱发育始于胚胎第9天（E9），此时中胚层前体分化形成脊索和生骨节，这些原始结构最终发育为髓核（NP）与椎体。到E14.5时，腰椎区域出现新生椎间盘，随后沿颅‑尾轴依次形成后续椎间盘。

出生后，椎间盘在生长与成熟过程中会发生机械负荷与微观结构的显著改变。这一发育阶段是关键但尚未阐明的发育窗口期，在此期间动态机械刺激调控椎间盘最终的细胞外基质（ECM）组成、细胞命运决定与功能韧性。阐明将生物力学信号转化为适应性结构成熟的核心机制具有重要意义。

通过构建出生后发育的时空表达谱，本研究发现了一种此前未被报道的椎间盘表型：位于小鼠尾椎基部、表现为程序化胶原生成（C型椎间盘）的表型。该表型于出生后第7天（P7）开始出现，至1月龄（1M）发育成熟。与富含蛋白多糖的常规椎间盘（A型）不同，C型椎间盘发生显著的细胞外基质重塑，刚度显著增强。这一过程使其具备更强的抗压与抗弯曲应力的力学韧性，从而模拟人类腰椎椎间盘固有的生物力学状态。

图形摘要（摘自Cell Reports）

单细胞RNA测序（scRNA‑seq）分析揭示了C型椎间盘内细胞构成的转变，其特征为胚胎残留脊索细胞（NCs）减少，同时不依赖脊索的软骨形成细胞显著扩增，其中包括在人类与山羊椎间盘中已被证实具有软骨分化与成骨分化潜能的Procr⁺祖细胞（PCs）。通过肌腱离断进行机械卸载实验发现，应力缺失会阻断C型表型的形成，取而代之的是A型椎间盘。这一结果证实，动态生物力学信号是尾椎椎间盘发育适应性启动与维持的不可或缺前提。

整合转录组与基因敲除分析进一步鉴定出TRPV4是C型椎间盘内Ⅱ型胶原合成的机械敏感性调控因子。重要的是，C型椎间盘的时空特征在成年人类腰椎中同样保守存在。综上，本研究阐明了椎间盘力学适应的核心机制，该机制对脊柱发育与稳态维持至关重要。这一认识对于开发增强脊柱功能、延缓相关疾病发生的策略具有重要意义。