敲除Sp7+成骨細胞中的印度刺猬因子通過抑制成骨分化及骨形成，導致小鼠出現以嚴重骨骼發育不良為特征的侏儒表型
哺乳動物骨骼系統由骨組織與軟骨組織組成，主要起源于三種不同胚層的細胞，通過兩種骨化方式發育而成：即膜內成骨和軟骨內成骨。在骨發育過程中，成骨細胞的增殖及分化過程受多種激素、生長因子和細胞因子的調控，其中重要的信號通路有BMP/Smads、Wnt/β-catenin、Fibroblast growth factor (FGF)、Hedgehog，關鍵的轉錄因子包括Runx2及Sp7等。
Hedgehog (Hh)信號通路在脊椎動物和昆蟲的多種發育過程中發揮著重要作用，是物種間高度保守的信號通路。哺乳動物中存在三種刺猬基因：音速刺猬因子 (Shh)、印度刺猬因子 (Ihh)和沙漠刺猬因子 (Dhh)；而骨發育過程中，印度刺猬蛋白(Ihh)作為Hedgehog信號通路配體生物作用的主要輸入，印度刺猬因子（Indian hedgehog，Ihh）是調控復雜的軟骨內成骨的重要細胞因子，主要表達于前肥大軟骨細胞、部分肥大軟骨細胞及成骨譜系細胞；目前研究已闡明人類IHH基因的突變是A1型短指畸形(brachydactyly type A1)和肢端股骨頭發育不良(acrocapitofemoral dysplasia)等遺傳性疾病的關鍵致病因素。小鼠遺傳學研究進一步表明軟骨細胞來源的印度刺猬因子通過調控軟骨細胞的增殖、肥大分化，參與成軟骨祖細胞向成骨細胞前體細胞的定向，從而維持生長板的正常發育及軟骨內成骨。而成骨譜系細胞的印度刺猬因子調控成骨細胞分化及骨形成作用的相關研究很少，其可能的分子機制仍有待闡明。
鋅指轉錄因子Sp7，也稱Osterix，是一種包含C2H2型鋅指結構的轉錄因子，在前成骨細胞向成熟成骨細胞及骨細胞的分化過程中起到至關重要的作用。通過Sp7基因表達介導Cre 的表達，主要靶向軟骨膜、骨膜及初級骨化中心的成骨譜系細胞并特異性敲除打靶的目的基因。本課題組通過Sp7-iCre轉基因小鼠（該小鼠正常發育，與野生型小鼠無異），Ihhfl/fl基因打靶小鼠交配，培育基因型為Sp7-iCre;Ihhfl/fl的基因工程小鼠，體內特異性敲除Sp7+成骨細胞中的Ihh基因，在體研究成骨細胞中的Ihh基因調控骨形成的作用并初步探究其潛在的分子機制。
我們的研究結果表明揭示了Sp7+成骨細胞的Ihh基因調控細胞分化及骨形成的重要作用。該Ihh基因特異性敲除小鼠以短肢、矮小畸形為特征，表現為全身骨發育不良，尤其皮質骨和小梁骨形成障礙，生長板的異常形態，但并不影響趾（指）間關節分割正常；體外實驗進一步表明Sp7+成骨細胞中的Ihh基因可能通過BMP2/SMAD/RUNX2信號通路調控成骨細胞分化、礦化及骨形成。
圖1 Sp7-iCre轉基因小鼠的基因靶向策略；Sp7-iCre；Ihhfl/fl和Ihhfl/fl小鼠的育種策略。
圖2 敲除成骨細胞Ihh基因導致小鼠嚴重的發育不良、骨骼異：統鏨鋇乃勞。測量新生小鼠的體重減輕和體長減小。p<0.05表示差異有統計學意義。
圖3 兩組小鼠（P0）脛骨石蠟切片的H&E染色，bar=100μm（上圖），20μm（中圖），50μm（下圖），分別；Von Kossa染色（陽性位點著黑色）和Masson's Trichrome染色（新生骨著藍色）；兩組小鼠的組織形態學定量結果，n = 4。數值為平均值±標準差，***p<0.001，**p<0.01，*p<0.05，ns：差異無統計學意義。
此該文已于2022年6月3日被《Calcified Tissue International (CTIN)》接收。c7c7.app第二臨床醫學院2019級博士研究生王云飛為文章第一作者，c7c7.app第二臨床醫學院李鵬翠教授為通訊作者。
