Runx1及其共转录因子Cbfβ在成骨细胞分化及骨发育中作用的研究

【摘要】骨生理过程分为骨发育与骨重建。骨发育与软骨细胞和成骨细胞的分化功能密切相关。骨是成熟骨组织的一种替换机制,由成骨细胞负责的骨形成与破骨细胞负责的骨吸收共同维持的动态平衡。一旦成骨细胞或软骨分化产生异常,影响骨发育与骨重建,会造成各种骨代谢疾病,例如骨质疏松症。所以,研究成骨细胞与软骨细胞分化机制显得尤为重要。本文通过条件性基因敲除技术研究基因在骨组织内功能,探讨Runxl基因及其共转录因子Cbfp在成骨细胞分化及骨发育中作用。间充质干细胞可发育为成骨细胞,软骨细胞,脂肪细胞,以及其他类型细胞。Runxl是Runx家族成员,近年来,随着Runxl在软骨细胞中的功能研究日益受到重视,使我们关注到Runxl对间充质干细胞系细胞分化的作用,Runxl在成骨细胞领域中的研究基本是空白。Runxl全基因敲除小鼠胚胎阶段致死,故本课题采用条件性基因敲除手段,用OsX启动子介导cre酶表达使Runxl在成骨细胞中特异性敲除,准确地研究Runxl在成骨细胞中缺失后对骨骼的影响。与野生型小鼠相比,Runx1f/f;Osx-cre小鼠长骨密度下降明显,皮质骨变薄,骨小梁变细,骨髓中脂肪细胞含量显著上升。体外培养新生小鼠头盖骨细胞诱导成为成骨细胞,发现Runxl缺失成骨细胞碱性磷酸酶活性降低,矿化作用明显减弱,分化出大量脂肪细胞,并抑制成骨细胞中骨基质蛋白mRNA和蛋白表达,促进脂肪细胞重要的转录因子C/EBPa和PPARy表达。通过机制研究发现,Runxl可与Cbfβ互作抑制C/EBPa在间充质干细胞中表达,抑制脂肪细胞分化,从而促进成骨细胞分化,促进骨形成,维持骨重建的平衡性。Cbfβ可与Runx家族蛋白形成异二聚体,有研究表明CBFβ缺陷小鼠软骨细胞发育受到影响,膜内成骨和软骨内成骨都受到抑制,故我们推测Cbfβ在软骨细胞与成骨细胞分化中的功能也极其重要。为研究Cbfp在骨发育中作用,使用间充质干细胞特异性启动子Dermo-Cre小鼠与CbfpFlox小鼠杂交,得到在间充质干细胞中特异性敲除CBFβ的小鼠模型。研究发现,在间充质干细胞中敲除Cbfp,会使小鼠体型矮小,四肢短小,骨化延迟,骨骺端生长板延长、骨缩短、骨髓腔变小、生长板细胞排列紊乱,以及由于气管软骨发育缺陷使小鼠出生后就窒息死亡。根据机制研究我们发现,CBFβ基因表达缺陷抑制软骨细胞增殖及ColX表达抑制软骨发育,并通过抑制Osterix表达抑制成骨细胞分化,但成骨细胞中Runx2表达量并不受影响。综上,Runx1是成骨细胞分化中重要的转录因子,可通过抑制脂肪细胞中C/EBPα转录抑制脂肪细胞分化促成骨分化。Cbfβ作为Runx家族蛋白在转录水平调控的搭档,可通过与Runx家族蛋白形成异二聚体调控软骨细胞增殖与成骨细胞分化。这些发现为后续研究奠定了基础,可能为骨质疏松及遗传性的矮小症与骨化作用延迟症提供新的药物靶点和治疗方向。
【作者】王祎萍；
【导师】李亦平；邵建忠；
【作者基本信息】浙江大学，细胞和分子生物学，2014，博士
【关键词】成骨细胞；软骨细胞；脂肪细胞；条件性基因敲除；Runx1基因；Cbfβ基因；骨发育；骨重建；

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