肥大软骨细胞特异性敲除Smad4导致软骨内成骨异常

肥大软骨细胞被认为在软骨内成骨过程中发挥"引擎"的作用，但它们的确切功能并未完全知晓。本研究将利用组织特异性条件基因敲除技术研制在肥大软骨细胞中阻断Smad4介导TGF-β信号的小鼠模型。综合利用各种分子生物学技术手段在生物整体水平和组织细胞水平对肥大软骨细胞特异性Smad4基因敲除小鼠的表型进行研究和分析，深入探索阻断Smad4介导的TGF-β信号对肥大软骨细胞的分化、凋亡和软骨-骨转化等功能的影响，寻找肥大软骨细胞TGF-β/Smad4信号在调节其它关键信号通路如Ihh/PTHrP、FGF等过程中的新的分子机制。该研究将为进一步深入研究TGF-β信号通过肥大软骨细胞调节软骨内成骨的生理功能及其在相关疾病发生中的作用提供新的实验动物模型。

肥大软骨细胞被认为在软骨内成骨过程中发挥"引擎"的作用，但是相关基因在这个过程中的分子机制有待深入研究。在本研究中，我们构建了一个新的转基因小鼠品系Col10a1(8.0kb)-Cre-intron2，可以在几乎所有的肥大软骨细胞中表达Cre重组酶并介导基因的敲除。利用这个新的转基因小鼠品系，我们构建了在肥大软骨细胞中特异性敲除Smad4的小鼠模型，发现肥大软骨细胞在缺失Smad4介导的TGF-β信号以后，其自身发育不会发生明显的改变，但是却会导致小鼠生长板静息区软骨细胞数量减少，增殖区软骨细胞增殖下降，致使基因敲除小鼠体长变短。出乎意料的是，基因敲除小鼠还会发生骨髓造血细胞数量减少，谱系分化异常的表型。而在另一个基因敲除小鼠模型中，缺失了Smad4的软骨细胞同样也会导致类似的骨髓造血异常。我们进一步研究发现，骨髓造血的异常可能与紧邻肥大软骨细胞的一群Ptc+前成骨细胞数量的减少有关。我们目前的研究第一次证明，Smad4介导的TGF-β信号通路通过肥大软骨细胞同时调节生长板软骨的发育和骨髓造血，在软骨内成骨过程中发挥重要作用。