IFT80调控上颌快速扩大腭中缝骨改建的机制研究

Rapid maxillary expansion is a preferred treatment to maxillary transverse skeletal deficiency in orthodontics. However, the patients after surgery still have a risk of recurrence, even after a retention phase. Our previous study demonstrated that the polycystin-primary cilia complex plays a key role in regulating rapid maxillary expansion mechanotransduction. Intraflagellar transport (IFT) proteins are known to be essential for primary cilia formation. The aim of this study is to investigate the role of IFT Protein 80 in bio-mechanical bone remodeling during rapid maxillary expansion. Using the murine midpalatal suture expansion model, we will examine the spatiotemporal expressions of IFT80 and mechanotransduction-related factors in vivo. At the molecular level, we will study the mechanisms in which IFT80 regulates osteoblast proliferation and differentiation, primary cilia formation and mechanotransduction under bio-mechanical strain by silencing IFT80 with lentivirus-mediated shRNA technology. We will further investigate the role of IFT80 in osteoblast, which were subjected to mechanical strain, in regulating osteoclast differentiation and bone resportion in a transwell co-culture system. Finally, we will study the role of IFT80 in rapid maxillary expansion osteogenesis in vivo by injecting the lentivirus-mediated shRNA vector into midpalatal suture regions. Our study explored the mechanisms that promote the new bone formation and reduce the new bone resorption in rapid maxillary expansion, and provide the theoretical evidences to improve rapid maxillary expansion for treatment of maxillary transverse skeletal deficiency.

我们前期研究发现初级纤毛-多囊蛋白复合物在上颌快速扩大机械生物信号转导中发挥重要作用。细胞纤毛内转运蛋白（IFT Protein）是初级纤毛形成与维持的关键。为明确细胞纤毛内转运蛋白80（IFT80）在上颌快速扩大腭中缝骨改建中的调控机制，本项目利用小鼠上颌快速扩大动物模型，研究IFT80以及机械生物信号转导相关调控因子的时空表达规律；利用RNA干扰技术沉默小鼠成骨细胞IFT80基因，同时构建体外牵张培养成骨细胞模型，研究IFT80对体外牵张培养成骨细胞的增殖、分化以及初级纤毛形成和机械生物信号转导的调控机制；利用成骨细胞与破骨细胞共培养模型，研究IFT80基因沉默对体外牵张培养的成骨细胞调节破骨细胞功能的影响；最后进行在体转染实验，研究体内IFT80基因沉默对腭中缝牵张骨形成的影响。本研究探索了促进骨缝牵张骨形成钙化和减少骨吸收的机制，为发展更有效扩大腭中缝的方法奠定理论基础。

上颌牙弓狭窄是正畸临床常见的错合畸形，上颌快速扩大腭中缝是治疗此类错合畸形最常用的方法。但是，快速扩大的腭中缝边缘尚未钙化的新骨不能对抗组织回弹力，从而导致复发。上颌快速扩大属于缝牵张成骨技术，骨缝组织细胞在牵张力刺激下增殖分化，促进骨缝边缘新骨的形成。但是，骨缝组织细胞如何感受机械刺激信号并转化为生物化学信号机理不明确。.我们前期研究发现初级纤毛-多囊蛋白复合物在上颌快速扩大机械生物信号转导中发挥重要作用。细胞纤毛内转运蛋白是初级纤毛形成与维持的关键。细胞纤毛内转运蛋白缺失可引起初级纤毛形成或分解障碍，导致多种细胞信号缺陷，引发各种纤毛疾病。细胞纤毛内转运蛋白80（IFT80）为细胞纤毛内转运复合体-B 的重要组成部分，在骨组织细胞中有高表达。IFT80基因突变可诱发严重的骨骼发育异常。因此，我们提出假说：IFT80经力学刺激感受器初级纤毛调控上颌快速扩大腭中缝骨改建。.本课题从整体、细胞与分子水平出发，系统阐明IFT80调控上颌快速扩大腭中缝骨改建的机制。首先，利用小鼠上颌快速扩大动物模型，研究IFT80以及机械生物信号转导相关信号通路调控因子的时空表达规律，发现IFT80介导上颌快速扩大腭中缝骨改建；其次，利用RNA干扰技术沉默小鼠成骨细胞IFT80基因，同时构建体外牵张培养成骨细胞模型，研究IFT80对体外牵张培养成骨细胞的增殖、分化以及初级纤毛形成和机械生物信号转导的调控机制，发现IFT80经Hedgehog信号通路介导体外牵张培养促进成骨细胞分化；再次，利用成骨细胞培养基，研究IFT80基因沉默对体外牵张培养的成骨细胞调节破骨细胞功能的影响，发现IFT80基因沉默抑制体外牵张培养的成骨细胞调节破骨分化，Hedgehog信号通路参与此过程；最后，进行在体转染实验，研究体内IFT80基因沉默对腭中缝牵张新骨形成的影响，发现体内IFT80基因沉默抑制腭中缝牵张骨形成。.本课题揭示了IFT80经Hedgehog信号通路调控上颌快速扩大骨中缝骨改建，为临床发展更有效扩大腭中缝的方法奠定理论基础。