BMAL1缺失通过上调MMP3促进下颌骨发育不良

发布时间：2020-05-01 00:10

【摘要】：背景:骨性下颌发育不良(SMH)是最常见的颅颌面发育畸形之一,不仅严重地影响患者的容貌、咀嚼、发音,甚至可以诱发阻塞性睡眠呼吸暂停综合征(OSAS)等严重并发症。近年来,研究报道生物钟在许多的生理和行为过程中起到关键作用,其对生物体的生长和发育有着不可忽视的影响。目的:因此,我们的研究欲探讨生物钟对下颌骨生长发育的作用及机制。方法:通过构建“Jet Lag”生物节律紊乱模型小鼠和核心钟基因Bmal1~(-/-)小鼠,与正常对照组小鼠对比,利用micro-CT、HE染色、Masson染色、Trap染色等方法比较下颌骨骨量及骨体积等发育的情况。并将野生型小鼠和Bmal1~(-/-)小鼠的骨髓间充质干细胞(mBMSC)进行RNA Sequence检测,筛选得到与骨发育相关的差异表达基因,并利用蛋白芯片进一步验证野生型小鼠和Bmal1~(-/-)小鼠之间的差异蛋白,筛选得到受BMAL1调控的潜在靶标并研究Bmal1影响下颌骨生长发育的分子机制。结果:(1)相较于正常患者的下颌骨组织,在骨性下颌发育不良(SMH)的青少年下颌骨组织中,生物钟基因的表达明显改变,提示生物节律与下颌骨发育具有相关性。(2)我们的研究证实在正常发育的下颌骨组织中生物钟基因呈节律性表达,生物节律紊乱的“Jet Lag”模型小鼠钟基因表达紊乱,且下颌骨发育水平低于正常野生型小鼠。说明生物节律紊乱可导致发育过程中下颌骨骨量减少。(3)Bmal1是核心的钟基因,在节律维持过程中发挥重要作用,我们进一步研究发现Bmal1~(-/-)小鼠的下颌骨发育水平低于正常野生型小鼠,说明生物钟基因Bmal1调控下颌骨的生长发育。(4)为了探讨BMAL1可能的调控靶标,我们提取了野生型小鼠和Bmal1~(-/-)小鼠的骨髓间充质干细胞(mBMSC),进行了全基因组RNA测序(RNA-seq),并利用下颌骨组织进行蛋白芯片验证,筛选得到MMP3在Bmal1敲除后表达明显升高;此外,相较于发育正常的青少年,患有SMH的青少年下颌骨组织中MMP3的表达较高。因此我们推测MMP3可能是BMAL1缺失引起下颌骨发育不良的潜在作用靶标。(5)进一步机制研究发现,敲除Bmal1促进p65的磷酸化,而磷酸化的p65可以进入细胞核,直接调控Mmp3的转录,增加MMP3的表达。MMP3的增高可以抑制骨髓间充质干细胞(BMSCs)的成骨分化,同时促进RAW264.7细胞的破骨分化。结论:生物钟影响下颌骨的生长发育,其中,核心钟基因Bmal1缺失通过影响p65的磷酸化来上调MMP3的表达,进而抑制成骨分化、促进破骨分化,影响下颌骨的生长。这一结果为青少年骨性下颌发育不良(SMH)的防治提供了新的思路。
【图文】：

扫描图像,临床特征,发育不良,下颌

33图 4.1 骨性下颌发育不良患者的临床特征。（A）正常和 SMH 患者的初始面部照片；（B）正常和 SMH 患者的 CBCT 扫描图像。在侧面片中，红色箭头指的是 Co-Go（髁顶点 Co 和下颌角点 Go 之间的距离）和 Go-Me（下颌角点 Go 和颏下点 Me 之间的距离）；（C）SMH 患者和正常个体之间 Co-Go，Go-Me 之间的距离和下颌平面角的比较。骨性下颌发育不良（SMH）患者的特征在于下颌骨的骨量不足（图 4.1A）。运用口腔锥形束 CT(CBCT)扫描颌骨，重建的三维（3D）扫描图像显示青少年 SMH 患者与正常受试者之间的下颌骨骨量差异（图 4.1B）。在青少年 SMH 患者中，反映下颌骨生长的指标 Co-Go（R），Co-Go（L），Go-Me（R）和 Go-Me（L）显著低于对照组，下颌平面角 MP-FH（R），MP-FH（L）指数较大（图 4.1C）。

下颌骨,模型小鼠,时间线,生物钟基因

华中科技大学博士学位论文为了确定生物钟基因的表达与 SMH 之间的相关性，我们获取下颌骨骨性后缩的患者和下颌正常对照组患者的下颌骨组织，并利用 Western Blot 来测量下颌骨组织中的钟基因 BMAL1，CLOCK，REV-ERBα，PER1，PER2，CRY1 和 CRY2 的表达水平。SMH 患者下颌骨组织中 BMAL1，CLOCK，PER1 和 CRY2 蛋白水平相比正常对照组下降，，但 CRY1 表达上调（表 4.1）。我们的研究结果表明，SMH 与生物钟基因的表达变化密切相关。4.2 生物节律紊乱模型鼠的建立
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R782

【相似文献】