GNAS基因突变导致纤维结构不良成骨分化障碍的分子机制研究

纤维结构不良是骨科临床中较常见的疾病，病理特征为编织骨由纤维组织化生形成，并有成熟障碍。现已查明病因为骨髓间充质干细胞GNAS基因的激活性突变，但它导致纤维结构不良成骨分化障碍的机制至今仍不明了。前期研究中我们发现，纤维结构不良患者病变部位的骨髓间充质干细胞成骨分化障碍，细胞内cAMP过度累积；而过量的cAMP可显著抑制骨髓间充质干细胞的成骨分化，此种抑制作用是由于cAMP下调成骨分化关键转录因子Runx2的表达造成的；我们还发现过量的cAMP可显著上调Smads通路的抑制因子Smad6的表达。针对这一现象，本项目选择临床上纤维结构不良患者骨髓间充质干细胞成骨分化障碍为主要研究线索，以患者骨髓间充质干细胞中GNAS基因第201号氨基酸突变导致的细胞内cAMP过度累积为切入点，研究cAMP→Smad6↑→Runx2↓→成骨分化障碍之间的信号转导通路，为纤维结构不良发病机制的阐明提供实验依据。

在为期三年的研究工作中，项目组全体成员圆满完成了项目申请书中制定的各项研究任务。我们证明：纤维结构不良中成骨分化障碍的原因在于GNAS基因突变使成骨分化转录因子Runx2的下调，而Runx2的下调则有赖于BMP-Smads信号通路抑制因子Smad6的上调；Smad6转录起始位点上游-1006bp~-995bp的cAMP反应元件（cAMP responsive element，CRE）介导了Smad6在纤维结构不良中的高表达，且转录因子CREB通过与此CRE结合参与其中；上述结果在纤维结构不良病灶来源的hMSCs中得到了验证，更重要地，依据上述结果，我们借助腺病毒载体对纤维结构不良疾病表型进行了有效地纠正。在项目组全体成员的不懈努力下，本项目得以顺利完成，作为第一作者和通讯作者，在<<The Journal of Pathology>>（影响因子7.585）、《FEBS J》（影响因子4.25）和《Chin Med J (Engl)》（已收录）（影响因子0.901）杂志上发表论文，获得国际同行的充分肯定；项目负责人于2010年和2012年分别在日本Combined Meeting of the Orthopaedic Research Societies (CORS)和西安国际骨质疏松及骨矿盐疾病学术会议（ICOBR）上就本项目研究成果做口头发言，并获得后者颁发的“最佳论文奖（Best Paper Award）”。且进一步申请获得了国家自然科学基金青年项目连续资助(面上项目)( 81370050)，形成了以纤维结构不良为研究核心的系列研究。