激活Notch信号通路促进新骨形成

骨质疏松是影响公众健康的重要疾病。我们前期实验表明，Notch信号通路的激活在体外促进成骨细胞矿化。然而目前，骨细胞的矿化机理还不清楚，而且Notch信号通路在骨细胞矿化中的作用亦未见文献报道。因此，本项申请的中心目的是，通过流式细胞分选配合基因芯片技术，明确Notch信号通路的激活对成骨细胞矿化的促进作用，寻找骨细胞矿化相关的基因，并为研究Notch信号通路调控成骨细胞矿化的机理提供基础。然后，我们在体内动物模型中验证Notch信号通路的激活对骨生成的促进作用。该项研究将有利于寻找到与矿化相关的新基因，为以调控矿化为基础的、骨质疏松治疗药物的研发提供新的靶点,并为Notch信号通路在骨生物学中作用机理的研究提供理论基础。因此，本项目具有重要的学术意义及临床应用价值。

Notch信号通路在成骨细胞分化中起重要作用。免疫荧光染色实验表明，Notch受体和配体均在成熟的骨细胞高表达。骨髓基质细胞（BMSC）体外成骨性分化实验显示Notch信号通路在成骨细胞成骨性分化后期的矿化阶段高表达；Notch信号通路受体和配体均随成骨细胞成骨性分化过程进展而表达增加，其中Notch1和Jag1表达量最高，并且其变化最显著。Notch信号通路抑制剂则显著抑制Notch信号通路在成骨细胞分化后期的激活和矿化结节的形成。Notch信号抑制剂显著抑制成骨细胞分化标志物在BMSC成骨性分化晚期的表达，提示Notch信号通路在成骨细胞晚期分化中起关键作用。Notch配体Jag1的缺失，同样显著抑制成骨细胞分化标志物在BMSC成骨性分化晚期的表达和矿化结节的形成。Notch激活剂显著提高正常及卵巢切除大小鼠的骨密度及BV/TV百分比，提示Notch信号通路是非常好的骨质疏松药物治疗靶点，而Notch激动剂将有可能成为新一类治疗骨质疏松的药物。为了降低人为因素对测量的影响，我们开发了骨小梁区域自动识别体统。逐层分析显示骨小梁体积及骨量的分布自生长板以下先以指数形式衰减，最后达到一个平台而不再改变。目前骨小梁结构分析的常规方法仅仅对各组分析区域内各层骨小梁的体积、骨量等进行简单的分组加和然后分析不同组之间的统计差异，而没有考虑到骨小梁在分析区域内的空间分布，因此不适于分析骨小梁结构的细微改变，而指数衰减模型非线性回归统计分析能区分出骨小梁结构的细微改变。根据逐层分析生长板以下的骨小梁区域，我们发现分析区域的选择对分析结果有显著影响。生长板以下特定区域对检测骨小梁结构的细微变化有重要作用。利用包含最大正方体或最大立方体的宽度/厚度测定方法，我们发现骨小梁厚度、周长/面积比值等比骨密度（BMD）、骨体积百分比（BV/TV）对骨小梁结构的细微改变更敏感。因此，本项目首先确认了Notch信号通路在成骨细胞分化晚期的关键作用，并且通过大小鼠实验证明Notch激活剂有可能开发成为新一类的治疗骨质疏松的药物。然后，本项目发展了一种更灵敏的检测骨小梁微结构改变的方法，将有助于骨质疏松治疗药物动物实验结果的分析。