FGFR3经骨外膜细胞调节骨损伤愈合的作用与机制研究

There are similarities between bone development and bone fracture repair that all occurs by two processes, Intramembranous ossification and Endochondral ossification, and many molecules involved in bone development may play similar roles in bone fracture healing. Previous studies have shown that FGFR3, playing essential roles in bone development and genetic diseases, is expressed in multiple fracture callus cells including osteoblasts, chondrocytes and prehypertrophic chondrocytes during bone fracture healing, which hints FGFR3 may involve the regulation of bone injury healing, however the detailed effects and mechanisms are still not clearly understood. Recently, the applicant and his colleagues found an unknown population of FGFR3-positive periosteum cells that might play an essential role in bone fracture healing; however, the related effects and mechanisms of FGFR3 on these cells are unknown. This project is planning to investigate the role of FGFR3-positive periosteum cells in bone injury healing by using Cell lineage tracing and In vivo imaging techniques, by intervention of FGFR3 and its downstream signaling pathway at animal and cell levels to understand the effects and molecular mechanisms of FGFR3 in regulating bone injury healing through periosteum cells，which will provide the experimental data for developing FGFR3 signaling based biological measures to promote bone injury healing.

骨损伤（骨折）修复与发育过程类似，均涉及软骨内成骨和膜内成骨过程，参与骨骼发育调控的分子常在骨折修复过程中发挥类似作用。研究显示在骨骼发育和遗传性疾病中起重要作用的FGFR3在骨折骨痂内成骨细胞、软骨细胞、前肥大软骨细胞中均有表达，提示FGFR3可能参与骨损伤修复的调控，但具体作用和机制不明。最近我们研究发现骨外膜中存在的一群FGFR3阳性细胞可能在骨折修复中发挥重要作用，但具体的作用和机制不清楚。本课题拟通过活体影像技术及细胞谱系示踪技术研究FGFR3阳性骨外膜细胞在骨损伤愈合过程中的作用；同时，通过动物及细胞水平干预FGFR3及其下游信号通路,明确FGFR3经骨外膜细胞调控骨损伤愈合的作用与机制，为从干预FGFR3信号角度寻找促进骨损伤愈合的生物措施提供实验依据。

骨折十分常见，世界上约1/3的人一生中会发生骨折，虽然一般可通过外科方法治愈，但骨折愈合时间长，严重影响了病人的工作及生活；此外由于病人的生理、病理状态等因素，约5%的患者会出现延迟愈合或不愈合，现有的治疗效果欠佳。因此，如何促进骨折修复是临床亟待解决的重大问题。随着生物医学的进步，除常规手术治疗外，近年来开始尝试从生物学角度寻找促进骨折愈合的措施，如用BMPs, FGFs，PTH等生长因子，移植自体或同种异体干细胞等方法来促进骨折愈合、治疗骨缺损等。然而，尽管这些新的治疗措施有效，但是远没有达到预期的临床效果或副作用较大，其关键的原因在于目前对于骨骼相关干细胞的鉴定尚存在争议，负责骨折修复的干细胞的来源以及相关的细胞分子机制并不完全明了，因此明确负责骨形成以及骨折修复的细胞来源以及相关机制是目前本领域中的重要任务。.本课题从5方面进行了深入的研究：（1）利用FGFR3-CreERT2; tdTomato小鼠研究FGFR3的表达以及FGFR3阳性细胞的谱系，从而明确FGFR3阳性细胞在骨形成以及骨折愈合中的作用。（2）利用模拟人ACH的小鼠FGFR3功能增强性点突变模型，研究FGFR3功能增强对长骨发育、骨折愈合的影响以及相应的细胞、分子机制。（3）利用FGFR3-CreERT2; Rosa26-DTR小鼠研究化学方法杀死FGFR3阳性细胞，对长骨发育、及骨折愈合的影响。（4）分离提取FGFR3-CreERT2; tdTomato小鼠的骨外膜细胞，利用流式细胞仪分选出FGFR3阳性与阴性细胞，通过细胞表面标记物对两种细胞进行鉴定，并比较两种细胞增殖及成骨、成软骨分化能力的差别，明确FGFR3阳性骨外膜细胞在长骨发育及骨折愈合中的作用。（5）分离提取ACH及野生对照小鼠的骨外膜细胞，比较了两种细胞增殖及成骨、成软骨分化能力的差别，明确FGFR3功能增强对骨外膜细胞的调控作用及分子机制。本研究明确了FGFR3对骨外膜细胞的作用及相关机制，为从干预FGFR3信号角度寻找促进骨形成以及骨折愈合的生物措施提供实验基础。