FGFR3在小鼠关节软骨损伤修复中的作用及机制研究

关节软骨（AC）损伤后修复能力差，弄清AC损伤修复的机制有助于寻找促其修复的措施。组织修复过程与其发育较相似，研究AC发育机制有助于弄清其损伤修复机制。依文献及前期工作我们推测FGFR3可能经调节BMPR1a（ALK3）等在AC发育及修复中起重要作用。本研究拟用AC细胞条件性敲除或增强FGFR3、ALK3小鼠模型观察FGFR3对AC发育的影响及ALK3等在其中的作用；并在体外培养细胞（上述突变小鼠原代肢芽间充质细胞、AC细胞、以及间充质细胞与软骨细胞系）中观察干预FGFR3、ALK3对它们增生、成软骨分化及肥大分化等表型的影响，明确FGFR3在AC发育、稳定性维持中的作用和机制。在上述研究基础上，观察突变小鼠创伤性骨性关节炎或AC缺损后的修复情况，探讨FGFR3在其中的作用与机制。最后，观察调节FGFR3信号的措施对AC修复的影响，为开发促进AC创伤后修复的生物治疗新措施提供实验基础。

本题主要旨在利用遗传工程小鼠模型研究成纤维细胞生长因子受体3（FGFR3）在调节软骨发育及稳态维持中作用及机制，并探讨防治相关软骨发育、退行疾病的干预措施。FGFR3除可通过激活ERK/MAPK信号通路，促进泛素连接酶Smurf1介导的 Smad1降解之外，我们发现FGFR3还可与 ALK3(BMPR1a) 的直接相互作用，通过Smurf1促进BMPR受体蛋白的降解， FGFR3因此经通过对BMPR稳定性的调控，共同调节软骨发育与稳态维持；FGFR3可降低ATG12-ATG5蛋白水平致软骨细胞自噬受抑，该自噬受抑过程参与了FGFR3功能增强突变所致的生长板软骨发育异常； 我们还发现FGFR3可通过抑制AKT活性参与软骨发育与稳态维持的调节，PTEN敲除与AKT1组成型激活均可缓解FGFR3功能增强突变所致的软骨发育障碍。在关节退行性病变方面，成年期软骨特异性敲除/增强FGFR3后观察小鼠膝关节、下颌关节退变情况，发现FGFR3敲除小鼠关节退变早发且软骨组织损伤与基质丢失更严重，反之FGFR3功能增强小鼠关节退变减轻，基本明确FGFR3在小鼠关节成年期稳定性维持和关节炎发生中起正性保护作用，可延缓软骨退变的发生，其机制与抑制IHH表达有关。我们还发现FGFR3敲除后，软骨中FGFR1表达升高，参与FGFR3对软骨稳态的调节，而软骨中敲除FGFR1关节退变发生延迟，且可明显缓解FGFR3敲除鼠的关节退变，初步在遗传水平理清了关于FGFR1、3在软骨稳态维持中的关系。在机制研究的基础上，我们致力于筛选防治软骨发育及稳态异常的分子。初步发现IHH阻断剂可缓解FGFR3敲除所致软骨退变早发；FGFR3特异配体FGF9、FGFR1的新型阻断剂（合作者筛选的小分子化合物、自主用噬菌体展示技术筛选的FGFR1拮抗短肽）与降低FGFR1表达的白头翁素均可通过延缓软骨基质的降解与软骨组织损伤延缓骨性关节炎的发生。发现骨质疏松药物特立帕肽（PTH1-34）及自行筛选的FGFR3拮抗短肽可通过抑制FGFR3的表达/酪氨酸激酶活性，改善FGFR3功能增强所致的软骨细胞增殖、分化及基质分泌受损，进而缓解软骨发育障碍。上述工作深化了对FGFRs，特别是FGFR3 在软骨发育与稳态、关节炎发生中作用及机制的认识，为筛选治疗软骨发育障碍性疾病与促进退损伤软骨的修复的生物治疗新措施提供重要实验基础。