金属蛋白酶BMP1/TLL1在牙、牙周组织生长发育中的作用及机制研究

BMP1/TLL1, two different metalloproteinases co-expressed in various tissues with overlapping functions, are essential for extracellular matrix biosynthesis. Clinical cases reported patients with BMP1 mutation had the typical dentinogenesis imperfecta with obvious alveolar bone loss, which may indicate BMP1 and the closely related TLL1 play a crucial role in the tooth and periodontium development. Our group has successfully generated the Bmp1/Tll1 double knockout (dKO) mice and revealed the dentinogenesis imperfecta and periodontitis-like phenotypes. The aim of this study is to specify the role of BMP1/TLL1 in tooth and periodontium formation at different development stages and the regulatory mechanism of BMP1/TLL1 in extracellular matrix homeostasis using Bmp1/Tll1 dKO mice, and odontoblast and osteoblast cell lines with shRNA inhibiting BMP1/TLL1 expression. This study will systematically explain the role of BMP1/TLL1 in the dentin and periodontium development through regulating the extracellular matrix homeostasis. Additionally, it will fully uncover the tooth and periodontal diseases related to BMP1/TLL1 gene defects and provide innovative insight into the prevention and control.

BMP1、TLL1是细胞外基质生物合成过程中重要的金属蛋白酶，两者在多种组织共同表达，且有重叠互补作用。临床报道发现BMP1基因突变患者有典型的牙本质发育不全、明显的牙槽骨吸收，提示BMP1及与其密切相关的TLL1在牙、牙周组织生长发育过程中具有重要作用。课题组在成功构建Bmp1/Tll1双基因敲除小鼠基础上，初步揭示基因敲除小鼠有牙本质发育不全、牙周炎样表型。本研究拟利用Bmp1/Tll1双基因敲除小鼠、shRNA抑制BMP1/TLL1表达的成牙本质细胞和成骨细胞系，进一步明确BMP1/TLL1在牙、牙周组织不同生长发育阶段的作用，尤其是其对细胞外基质稳态的调控机制。本研究有望系统阐明BMP1/TLL1通过调控细胞外基质稳态，维持牙本质、牙周组织正常的生长发育，并将揭示与BMP1/TLL1基因缺陷相关的牙、牙周组织疾病，为其防治提供新思路。

骨形态发生蛋白1（bone morphogenetic protein 1, BMP1）/Tolloid样蛋白1（tolloid like 1, TLL1）是重要的基质金属蛋白酶，可通过调控细胞外基质的生物合成在组织、器官生长发育中发挥重要作用。临床报道发现BMP1/TLL1蛋白酶的编码基因发生突变可导致伴有成骨发育不全的I型牙本质发育不全，提示该蛋白酶家族在牙及骨等硬组织发育中具有重要作用。本项目的主要研究内容和结果包括：1、成功构建Bmp1/Tll1双基因敲除小鼠，证实其有牙本质发育不全和牙周炎样表型；2、明确BMP1/TLL1作为重要金属蛋白酶，通过参与细胞外基质胶原蛋白（主要是I型胶原）和非胶原蛋白（主要是DMP1，DSPP）的生物合成，精细调控细胞外基质稳态，从而在牙本质、牙周组织的生长发育过程中发挥重要作用；3、成功构建Bmp1和Tll1的单基因敲除小鼠，发现在细胞外基质稳态调控中发挥关键作用的是BMP1，而不是TLL1。本项目系统地阐明了BMP1/TLL1通过调控细胞外基质稳态，维持牙本质、牙周组织正常的生长发育，并揭示了与BMP1/TLL1基因缺陷相关的牙、牙周组织疾病，为其防治提供新思路。本项目发表SCI论文6篇，包括Journal of Dental Research（第1标注）、Journal of Periodontology（第1标注）、Oral Diseases（第1标注）、Journal of Bone and Mineral Research（第3标注）等领域内的高质量期刊，发表北大中文核心期刊论文2篇。项目负责人5次应邀在国际会议上作口头报告或壁报展示，获得2019IADR牙髓生物研究青年学者奖、2017世界华人牙科研究协会青年学者奖等学术奖励4项。以本项目为依托，共培养了3名博士生和2名硕士生，2名研究生获粤港澳大湾区口腔医学研究生论坛三等奖。总之，在3年的项目执行期内，本项目严格按照经费预算，顺利完成了预期目标。