应力微环境下YAP-Sox2转录轴调控髁突软骨细胞成骨转化的机制

Condylar endochondral ossification is crucial in mandibular growth and osteogenesis, though its underlying mechanism remains unclear. Recent studies observed direct transformation of condylar chondrocytes into osteoblasts in condylar osteogenesis, which shed light on the role of condylar chondrocytes during mandibular growth. Based on literature reviews and our preliminary researches, we hypothesize that stress changes in condylar micro-environment activates YAP-Sox2 axis and further induces cell reprogramming and osteogenesis through BMI1-BMP2 signaling. To test this hypothesis, we plan to synergize or invalidate key factors in the signaling cascade via genetic modification and chemical antagonism in vivo and in vitro. This study is expected to reveal the essential role of condylar chondrocyte in mandibular growth and bone modeling, and to enrich the theory of craniofacial growth and development. It is aimed to provide new insights into developing new therapies for skeletal diseases and targeted interference of mandibular growth and development.

髁突软骨内成骨在下颌骨生长发育和骨塑建中发挥重要作用，然而其机制不明。新近研究结果有别于经典理论，表明软骨细胞直接转化成骨是软骨内成骨的重要途径。本课题组前期研究在髁突中发现大量软骨细胞发生成骨转化，该过程与Sox2信号相关；这一发现对髁突软骨细胞在下颌骨生长发育中的角色带来了新认识，其机制有待深究。总结研究现状，我们认为应力刺激激活YAP-Sox2转录轴，可能进而通过Sox2-BMI1-BMP2诱导细胞重编程和成骨转化。为验证该假说，本课题结合体内、体外实验，采用基因修饰、化学拮抗等方法对该假说中的关键因子进行增效或失效，研究YAP-Sox2-BMI1-BMP2调控髁突软骨细胞成骨转化的机制。该研究将揭示髁突软骨细胞影响下颌骨生长发育和骨塑建的作用机理，丰富颅颌面发育学理论，通过靶向调控YAP-Sox2有望对下颌骨的生长发育进行精准有效的干预，同时为骨骼系统相关疾病治疗提供新思路。

下颌前导型功能矫治器在刺激下颌骨生长方面的作用得到了广泛认可，其原理可能是前导生长发育期的下颌骨引起颞下颌关节内应力的改变，进而刺激颌骨及肌肉产生适应性改建，然而，应力微环境下髁突软骨内细胞的转归尚不清楚，相关分子机制亟待研究。本课题发现：（1）短时间的下颌前导主要导致大鼠髁突软骨层增厚，而较长时间的下颌前导则能刺激大鼠髁突软骨下骨生成，在下颌前导全程，YAP激活，Sox表达增加。（2）下颌前导4周使大鼠下颌骨髁突软骨层成软骨细胞比例增加，而下颌前导8周后大鼠下颌骨髁突软骨层成软骨细胞减少而成骨细胞样细胞增多，且在下颌前导组软骨层细胞中，Hippo通路富集。（3）体外张应力加载能诱导软骨细胞成骨转化。（4）体外培养发现软骨细胞形态在张应力加载3h后形态正常，而在张应力加载6h后被明显拉长。同时，YAP及Sox2 mRNA表达量在张应力加载3h后达到峰值。（5）张应力加载后软骨细胞的YAP、Sox2、BMI1及下游成骨关键因子表达增加，此效应能被RhoA/ROCK1-YAP通路抑制剂Y27632部分阻断。（6）过表达YAP稳转细胞的Sox2、BMI1及成骨关键因子表达明显升高，而这种变化能被Sox2 siRNA部分逆转。本研究首次揭示了张应力加载下髁突软骨细胞的成骨转化潜能，探明了“YAP-Sox2-BMI1”级联信号通路在此生物学过程中的重要作用。实验结果对下颌生长的调控机制有了进一步的补充，丰富颅颌面发育学理论，通过靶向调控YAP-Sox2有望对下颌骨的生长发育进行精准有效的干预。本课题研究成果共撰写论文13篇（已发表12篇，其中10篇为SCI论文）。培养博士研究生4名，硕士研究生5名。整个课题研究达到预期目标。