先前的研究表明1,25-二羟基维生素D（1,25（OH）₂D）在维持骨骼健康中起着十分重要的作用,而1,25（OH）₂D缺乏能够加速骨质疏松的发生与发展,然而其分子机制尚不十分清楚。为了研究1,25（OH）₂D缺乏在骨质疏松发生发展中的分子机制,我们开展了以下四个方面的研究。为了研究25-羟基维生素D-1α羟化酶基因（Cyp27b1）杂合敲除(Cyp27b1^+/-)能否作为1,25（OH）₂D缺乏的小鼠模型以及1,25（OH）₂D缺乏加速骨量丢失是否与Bmi1下调有关,利用分子生物学和影像学方法比较了8月龄正常饮食野生型（WT）和Cyp27b1^+/-小鼠的血清钙磷等指标、骨骼表型以及Bmi1表达水平的差异。结果证明血清钙、磷、PTH和25（OH）D水平在Cyp27b1^+/-小鼠与WT小鼠之间没有显著性差异,而血清1,25（OH）₂D水平在Cyp27b1^+/-小鼠较WT小鼠显著降低。随着1,25（OH）₂D水平降低的Cyp27b1^+/-小鼠的椎骨骨密度、骨容量和骨小梁数目均较WT小鼠显著降低,同时发现Bmi1和VDR基因和蛋白表达水平在椎骨组织中显著下调。这些结果说明Cyp27b1^+/-可以用作1,25（OH）₂D缺乏的小鼠模型,而1,25（OH）₂D₃缺乏可能通过VDR介导下调Bmi1,从而加速骨量丢失,促进骨质疏松的发生和发展。为了明确1,25（OH）₂D是否经VDR介导转录上调Bmi1表达,我们利用不同剂量1,25（OH）₂D₃处理人骨髓间充质干细胞（BM-MSCs）,通过Real-time RT-PCR方法证明1,25（OH）₂D₃能够以剂量依赖性的方式上调Bmi1基因在BM-MSCs中的表达;继而利用生物信息学方法分析发现VDR与Bmi1启动子区是否存在潜在的结合位点;利用染色质免疫沉淀实验（Ch IP）和凝胶电泳迁移率实验（EMSA）证明VDR能够与Bmi1启动子区碱基序列结合;利用荧光素酶报告基因检测证明1,25（OH）₂D经VDR介导能够转录上调Bmi1基因在BM-MSCs中的表达。这些结果率先证明了1,25（OH）₂D₃能够经VDR介导直接转录上调Bmi1基因在BM-MSCs中的表达。为了研究间充质干细胞过表达Bmi1基因是否能够矫正1,25（OH）₂D缺乏引起的骨量丢失,发挥抗骨质疏松的作用,我们构建了MSC过表达Bmi1基因的Cyp27b1^+/-小鼠(Bmi1^TgCyp27b1^+/-)模型,利用分子生物学和影像学方法分析比较了8月龄WT、Bmi1^Tg、Cyp27b1^+/-和Bmi1^TgCyp27b1^+/-四种基因型小鼠椎骨的表型差异。结果发现间充质干细胞过表达Bmi1不仅矫正了Cyp27b1^+/-小鼠的骨密度、骨容量、骨小梁数目、胶原合成、成骨细胞数和ALP阳性面积降低,破骨细胞面、RANKL与OPG m RNA比值和血清TRAP5b含量增加,而且矫正了Cyp27b1^+/-小鼠椎骨组织的氧化应激和DNA损伤增加以及骨细胞衰老和SASP。这些结果表明,间充质干细胞过表达Bmi1能够通过抑制骨组织的氧化应激和DNA损伤、细胞衰老和SASP,促进成骨细胞骨形成,抑制破骨细胞骨吸收,从而发挥矫正1,25（OH）₂D缺乏引起的骨量丢失的作用。为了研究Bmi1是否是1,25（OH）₂D发挥促进成骨细胞骨形成作用的关键效应分子,我们从8周龄WT和Bmi1^-/-小鼠分离骨髓细胞或骨髓单核细胞,在有或无10^-8M 1,25（OH）₂D₃处理及诱导成骨分化或破骨细胞分化条件下培养,培养得到的细胞利用细胞化学染色和图像分析发现Bmi1基因敲除能够阻断1,25（OH）₂D₃的体外成骨作用及其诱导破骨细胞分化的作用;同时利用1,25（OH）₂D₃（1μg/kg）经腹腔注射到8周龄WT和Bmi1^-/-小鼠,1天后进行BM-MSC Ex vivo培养分析CFU-f和ALP阳性CFU-f的变化;腹腔注射1,25（OH）₂D₃（1μg/kg）8天后,利用组织学和影像学方法比较分析了各组小鼠椎骨的表型差异。结果证明1,25（OH）₂D₃体外处理能够促进WT小鼠BM-MSC增殖和向成骨细胞分化以及骨髓单核细胞向破骨细胞分化,但不能促进Bmi1^-/-小鼠上述指标的增加;1,25（OH）₂D₃体内干预显著增加WT小鼠的BM-MSC增殖和分化、成骨细胞数、椎骨的骨密度、骨容量、骨小梁数目和骨小梁厚度,但不能显著增加Bmi1^-/-小鼠的上述成骨指标。这些结果表明,Bmi1作为1,25（OH）₂D₃的关键下游效应靶分子在其调节骨形成与骨吸收中的过程中发挥十分重要的作用。我们的结果表明,Bmi1是1,25（OH）₂D的一个关键下游靶点,在预防1,25（OH）₂D缺乏引起的骨质疏松方面起着关键作用。本研究不仅揭示了1,25（OH）₂D发挥抗骨质疏松作用的新机制,而且为1,25（OH）₂D及其下游关键效应分子在防治质疏松中的临床应用提供了新的理论和实验依据。