过度活化的骨形态发生蛋白及其受体信号传导通路在后纵韧带骨化中的病理机理研究

Ossification of the posterior longitudinal ligament (OPLL) is a pathological ectopic ossification of this ligament at the cervical and thoracic spine, causing myeloradiculopathy as a result of chronic pressure on the spinal cord and nerve roots. The pathogenesis of OPLL is unknown. Some evidence have shown that BMP signaling is overactive in OPLL, but the causes remain obscure. Herein, we hypethisze that overactive BMP singaling promotes the synthesis of bone formation related proteins, and eventually results in origination and progressive development of OPLL. We also hypothesize that increses in BMPRs promoters’ activities, defects in negative feedbacks on BMP signaling, local inflammatory reactions and accumulating effects of SNPs all contrubite to the overactive BMP signaling in the OPLL. In this proposal, we will apply many molecular and cellular biology techniques to test these hypothesis systemically, to elucidate the causes of the overactive BMP signaling and its roles in pathogenesis of OPLL. This study will reveal the molecular etiology of OPLL and provide essential information for the prevention, diagnosis and therapy of OPLL.

脊柱后纵韧带骨化（OPLL）压迫脊髓导致肢体瘫痪，危害严重。目前OPLL发病机制尚不清楚。以往研究证明，在骨化的后纵韧带中骨形态发生蛋白受体（BMPRIA\IB\II）过量表达，但导致其过量表达的分子机制尚不清楚。我们的假说是OPLL中过度活化的BMP信号传导通路持续性的激活骨形成蛋白的合成，从而造成OPLL的发生发展。同时我们也假说BMPRs的转录调控活性增加，负反馈调控机制的缺失，局部的炎症反应及相关SNPs的微效累积效应是BMP信号传导通路过度活化的原因。本课题中，我们将运用分子生物学和细胞生物学技术系统地对以上假说进行验证，揭示BMP信号传导通路过度活化的原因及其在OPLL中的作用机制，为OPLL的预防、诊断和治疗提供理论依据。

后纵韧带骨化（Ossification of the Posterior Longitudinal Ligament, OPLL）是脊柱后纵韧带发生的病理性异位骨化，压迫脊髓，严重者可导致四肢瘫痪。OPLL是基因与多种环境因素相互作用的结果，尚无OPLL单一发病机制的证据。虽然在过去国内外关于OPLL的分子机制研究主要集中在探讨以上易感基因的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism，SNP)与OPLL发生发展的关系上，但近年来人们已认识到单一的SNP对某种疾病发生发展的作用十分有限。因此我们认为，以上易感基因本身的功能和相应的信号传导通路对于OPLL的病理发生有着更为关键的作用，而SNPs是一种辅助的作用，众多SNPs的协同可以呈现调控其信号传导通路而促进病理进程的微效累积效应。在本课题中，我们的假说是，局部诸多遗传，机体病理变化与环境因素引起过度激活BMP及其相应的受体介导的下游信号传导通路，例如MAPK和Smad，通过调控与韧带钙化相关分子的活性，如NPPS，COL11A2，COL6A1，ALP，而导致OPLL发生与进行性发展。本课题研究发现OPLL中BMP信号传导通路的过度激活是OPLL发生发展的关键。OPLL中BMP信号传导通路的过度激活使Smad和MAPK信号旁路均被活化，从而使参与骨和软骨形成的关键转录因子如Sox9，Runx2，Osterix等合成增加，促进异位骨化。其中MAPK 的激活是关键。我们发现pERK, pJNK, pAKT, p-PI3K在OPLL病理标本中的表达明显高于正常对照组织。其阳性细胞主要为血管内皮细胞以及周细胞。少量的成纤维细胞也为阳性。我们的结果表明MAPK和AKT信号通路在OPLL中被激活，均参与OPLL的病理发生发展过程。我们同时也检测了Sox9，Runx2等转录因子在OPLL中的表达，发现其在某些周细胞为阳性。我们进一步利用间质干细胞的分子标记CD133，CD166等对OPLL中的干细胞进行了鉴定，发现一部分周细胞为间质干细胞。我们认为这些干细胞对OPLL的发生其关键作用。我们进一步鉴定这些间质干细胞的生物学特性，发现其表达多种分子标记，包括GDI, EphB1，TGFBR1，p-RhoA， p-Src等。这些结果为进一步明确OPLL疾病的分子发病机制提供了重要的数据。