FGFR3在骨骼發(fā)育、穩(wěn)態(tài)維持中的作用與相關機制研究.pdf

1、FGFR3基因編碼區(qū)的功能增強型(Gain-of-function)點突變可引起多種人類骨骼遺傳病,包括人類非致死性侏儒最常見的類型--軟骨發(fā)育不全、致死性軟骨發(fā)育不全等。這些軟骨發(fā)育不良性疾病主要影響經軟骨內成骨過程形成的長骨。除部分患者除可通過外科手術進行部分延長肢體外,目前尚無有效的治療方法。
　　FGFR3是軟骨發(fā)育的負性調節(jié)分子,影響軟骨細胞的增殖活性和分化。Chen等發(fā)現,FGFR3信號通過STAT1/p21抑制軟骨細

2、胞增殖,通過Ihh抑制軟骨細胞分化。表達FGFR3ACH(FGFR3G380R)和TDII(FGFR3K650E)突變可導致ATDC5細胞凋亡增加,而給予PTHrP處理后這種凋亡增加可緩解。PTH1-34抑制FGFR3突變所致的凋亡增加,增加突變所致的生長受抑。PTH1-34能否在體水平上緩解FGFR3功能增強所引起的軟骨發(fā)育不全及其可能的作用機制有待于研究。
　　FGFR3除影響骨骼發(fā)育外,還參與椎間盤穩(wěn)態(tài)維持。鑒于其在關節(jié)軟骨

3、中促合成代謝,保護軟骨基質免于降低的作用及終板、關節(jié)軟骨組成的相似性,我們提出FGFR3可能參與軟骨終板穩(wěn)態(tài)維持,并通過模式小鼠進行研究。
　　骨骼遺傳疾病致病基因的發(fā)現不僅有利于相關遺傳病與基因功能的研究,還極大地促進了對骨骼細胞發(fā)育分化調控機制的認識。短指是常見的骨骼發(fā)育不良性疾病,目前尚有較多導致短指的基因尚未克隆。我們通過細胞轉染結合報道基因活性檢測,初步鑒定了一種以E型短指、身材矮小為主要表型的骨骼發(fā)育不良性疾病的突變基

4、因的功能。
　　研究方法:
　　第一部分:
　　1.給藥方式:出生當日的WT及ACH小鼠,分別隨機分為給藥組與對照組,給藥組給予100μg/(kg·d)PTH1-34皮下注射Fgfr3+/K644Eneo與EIIa-Cre交配,于懷孕E13.5天開始給予100μg/(kg·d)PTH1-34皮下注射至小鼠生產,對照組均給予等量注射用水直至觀察期結束;
　　2.統計小鼠存活情況,測定小鼠生長過程中體重、體長等的變化

5、,采用X線攝影、μCT頭顱局部攝影,觀察小鼠大體形態(tài)及顱底軟骨連接的變化情況;
　　3.通過HE染色觀察次級骨化中心等生長板發(fā)育情況,μCT觀察小鼠成年期骨結構;
　　4.采用PTH1-34間斷處理培養(yǎng)的WT及ACH小鼠胚胎骨組織,觀測其對培養(yǎng)骨組織生長的影響;
　　5.PTH處理培養(yǎng)的肢芽Micromass細胞,觀察其軟骨小結形成及基質分泌;
　　6.利用前軟骨細胞及293T細胞轉染不同形式的FGFR3,研究P

6、TH處理對相關分子表達及活性的影響。
　　第二部分:
　　1.建立軟骨中敲除FGFR3小鼠及成年期軟骨中敲除FGFR3的小鼠模型;
　　2.利用X線、μCT及組織切片阿爾新藍-蘇木素-伊紅染色觀察椎間盤;
　　3.免疫組化檢測小鼠椎間盤軟骨細胞基質Col2、Col10,軟骨基質酶類MMP13、ADMTS,成骨標志OC及血管標記VEGF、CD31表達;
　　4.定量檢測椎間盤組織中相關基因Col2、Col10

7、、Aggrecan、OC、MMP13、ADMTS的表達變化。
　　第三部分:
　　1.通過前軟骨細胞ATDC5轉染不同形式的X,MTT及細胞計數檢測細胞增殖,阿爾新藍染色基質分泌,定量檢測Col2、Col10、Aggrecan、PTHrP及FGFR3等軟骨分化相關基因表達;
　　2.構建Pthlh不同長度報道基因,利用雙熒光素酶基因報告系統研究突變X對Pthlh轉錄活性的影響。
　　實驗結果:
　　一、PT

8、H1-34可治療FGFR3功能增強的軟骨發(fā)育不良
　　1.PTH處理可使TDII小鼠存活,但存活的TDII小鼠仍然存在骨骼發(fā)育障礙:個體短小、骨骼短縮彎曲、生長板結構紊亂、顱底軟骨連接提前閉合、骨小梁減少等;
　　2.PTH處理促進ACH小鼠大體生長,緩解其頭顱圓鈍,促進其次級骨化中心出現,以及改善其成年期骨量減少;
　　3.PTH可促進培養(yǎng)骨組織生長,并主要通過促進軟骨生長發(fā)揮作用;
　　4.PTH可促進ACH

9、小鼠肢芽Micromass軟骨小結形成及基質分泌;
　　5.PTH對ACH軟骨的影響可能通過降低FGFR3的表達及活性,促進PTHrP表達來完成。
　　二、FGFR3參與終板/椎間盤穩(wěn)態(tài)維持
　　1.ACH小鼠終板自發(fā)性退變----骨化較WT小鼠延遲;
　　2.全身及軟骨內敲除FGFR3小鼠脊柱側彎、骨量減少、椎體生長板及終板結構紊亂,椎體/椎間盤發(fā)退變較野生小鼠提前:骨贅生成;
　　3.成年期軟骨細胞敲除

10、FGFR3后小鼠椎間盤終板出現退變的早期表現:軟骨基質丟失,終板出現類似異位成骨的骨樣組織,成骨標記OC、軟骨基質降解酶MMP13表達增加。
　　三、突變X基因抑制軟骨發(fā)育及Pthlh轉錄活性
　　1.突變X基因抑制軟骨增殖、基質分泌及降低軟骨分化相關基因Col2、Col10、Aggrecan、PTHrP及FGFR3表達;
　　2.突變X可能通過pthlh基因啟動子上的AP1結合位點抑制其轉錄活性。
　　結論:<