DMP1-蛋白聚糖在骨和牙齿矿化中的调节作用及相关机制研究

牙本质基质蛋白1（DMP1）是骨和牙齿矿化过程中高表达的非胶原蛋白。Dmp1基因缺失能够导致严重的骨矿化缺陷。我课题组发现，DMP1蛋白在骨和牙中特异性断裂为两种蛋白活化片段（DMP1-NH2和DMP1-COOH），其中，DMP1-NH2片段主要表现为蛋白聚糖形式(DMP1-PG)。而且，DMP1-PG在佝偻病小鼠的矿化组织中表达明显升高，并集中表达在过度堆积的类骨质中。考虑到蛋白聚糖在骨基质发育中的作用，我们推测DMP1-PG在骨和牙本质细胞外基质矿化过程中具有重要的调控作用。本研究将通过体内实验（构建DMP1-PG转基因鼠，观察骨和牙齿的矿化情况）和体外实验（DMP1-PG影响成骨细胞和成牙本质细胞形成矿化结节的能力，及对矿化相关信号通路的调节）来探讨DMP1-PG对骨和牙齿矿化的影响。如发现DMP1-PG具有调节矿化的作用，可将其作为新的靶点来展开对矿化缺陷类疾病发病机制研究。

骨是人体最大的矿化结缔组织器官, 牙本质是牙齿硬组织中体积最大的部分。骨基质和牙本质基质的矿化水平直接影响骨骼和牙齿的功能及人的健康水平。对二者的矿化机理的研究一直是生物矿化领域研究的的热点和前沿，二者的矿化机理有着很大程度上的相似性。牙本质基质蛋白1（Dentin matrix Protein 1, DMP1）是骨及牙本质矿化密切相关的细胞外基质非胶原蛋白之一，是骨及牙本质矿化必需的蛋白质。DMP1在体内以两种活化片段形式存在；它们分别是DMP1-N片段和DMP1-C片段。 前期的体外及体内研究结果表明DMP1-C片段能够有效地促进骨及牙本质的矿化。而对DMP1-N片段的研究较少。 DMP1-N片段主要以蛋白聚糖（DMP1-PG)的形式存在于骨及牙本质基质中。本课题用体外(in vitro)及体内(in vivo)方法研究了DMP1-PG对骨和牙本质矿化的影响。体外（in vitro）实验表明富含DMP1-PG及其它蛋白多糖的骨提取物（命名为“DMP1-PG Rich”）可抑制成骨细胞株（MC3T3-E1细胞）的矿化，矿化抑制呈浓度依赖性，低浓度时作用不明显，高浓度时有显著的抑制矿化作用。100%纯度的DMP1-PG对成骨细胞的矿化没有明显的抑制作用。据此，我们认为DMP1-PG需要其他蛋白多糖的协同与辅助，才能发挥更有效的抑制矿化作用。我们制备了6个家系的DMP1-N转基因鼠【体内(in vivo)方法】，对DMP1-N转基因鼠的分析表明：在野生型的背景上过表达DMP1-N转基因不会引起骨或牙本质矿化障碍。当DMP1-N片段过高表达时，其它分子的表达调整可能会代偿过多DMP1-PG的抑制矿化作用。