敲除Sp7+成骨细胞中的印度刺猬因子通过抑制成骨分化及骨形成，导致小鼠出现以严重骨骼发育不良为特征的侏儒表型

哺乳动物骨骼系统由骨组织与软骨组织组成，主要起源于三种不同胚层的细胞，通过两种骨化方式发育而成：即膜内成骨和软骨内成骨。在骨发育过程中，成骨细胞的增殖及分化过程受多种激素、生长因子和细胞因子的调控，其中重要的信号通路有BMP/Smads、Wnt/β-catenin、Fibroblast growth factor (FGF)、Hedgehog，关键的转录因子包括Runx2及Sp7等。

Hedgehog (Hh)信号通路在脊椎动物和昆虫的多种发育过程中发挥着重要作用，是物种间高度保守的信号通路。哺乳动物中存在三种刺猬基因：音速刺猬因子 (Shh)、印度刺猬因子 (Ihh)和沙漠刺猬因子 (Dhh)；而骨发育过程中，印度刺猬蛋白(Ihh)作为Hedgehog信号通路配体生物作用的主要输入，印度刺猬因子（Indian hedgehog，Ihh）是调控复杂的软骨内成骨的重要细胞因子，主要表达于前肥大软骨细胞、部分肥大软骨细胞及成骨谱系细胞；目前研究已阐明人类IHH基因的突变是A1型短指畸形(brachydactyly type A1)和肢端股骨头发育不良(acrocapitofemoral dysplasia)等遗传性疾病的关键致病因素。小鼠遗传学研究进一步表明软骨细胞来源的印度刺猬因子通过调控软骨细胞的增殖、肥大分化，参与成软骨祖细胞向成骨细胞前体细胞的定向，从而维持生长板的正常发育及软骨内成骨。而成骨谱系细胞的印度刺猬因子调控成骨细胞分化及骨形成作用的相关研究很少，其可能的分子机制仍有待阐明。

锌指转录因子Sp7，也称Osterix，是一种包含C2H2型锌指结构的转录因子，在前成骨细胞向成熟成骨细胞及骨细胞的分化过程中起到至关重要的作用。通过Sp7基因表达介导Cre 的表达，主要靶向软骨膜、骨膜及初级骨化中心的成骨谱系细胞并特异性敲除打靶的目的基因。本课题组通过Sp7-iCre转基因小鼠（该小鼠正常发育，与野生型小鼠无异），Ihh^fl/fl基因打靶小鼠交配，培育基因型为Sp7-iCre;Ihh^fl/fl的基因工程小鼠，体内特异性敲除Sp7⁺成骨细胞中的Ihh基因，在体研究成骨细胞中的Ihh基因调控骨形成的作用并初步探究其潜在的分子机制。

我们的研究结果表明揭示了Sp7+成骨细胞的Ihh基因调控细胞分化及骨形成的重要作用。该Ihh基因特异性敲除小鼠以短肢、矮小畸形为特征，表现为全身骨发育不良，尤其皮质骨和小梁骨形成障碍，生长板的异常形态，但并不影响趾（指）间关节分割正常；体外实验进一步表明Sp7+成骨细胞中的Ihh基因可能通过BMP2/SMAD/RUNX2信号通路调控成骨细胞分化、矿化及骨形成。

图1 Sp7-iCre转基因小鼠的基因靶向策略；Sp7-iCre；Ihh^fl/fl和Ihh^fl/fl小鼠的育种策略。

图2 敲除成骨细胞Ihh基因导致小鼠严重的发育不良、骨骼异常和出生时的死亡。测量新生小鼠的体重减轻和体长减小。p<0.05表示差异有统计学意义。

图3 两组小鼠（P0）胫骨石蜡切片的H&E染色，bar=100μm（上图），20μm（中图），50μm（下图），分别；Von Kossa染色（阳性位点着黑色）和Masson's Trichrome染色（新生骨着蓝色）；两组小鼠的组织形态学定量结果，n = 4。数值为平均值±标准差，***p<0.001，**p<0.01，*p<0.05，ns：差异无统计学意义。

此该文已于2022年6月3日被《Calcified Tissue International (CTIN)》接收。山西医科大学第二临床医学院2019级博士研究生王云飞为文章第一作者，山西医科大学第二临床医学院李鹏翠教授为通讯作者。