一、外源性FGF8蛋白可以在体外挽救无牙区牙胚发育研究目的：小鼠牙列在牙胚的退化过程中形成了一个不长牙的无牙区,这是小鼠牙列的一个特征。无牙区牙胚的再生为研究牙的的再生和替换提供了一个极佳的模型,以前有研究发现,无牙区FGF信号被抑制是无牙区牙胚退化的一个原因。本研究中,在小鼠胚胎无牙区加入外源性FGF蛋白,观察外源性FGF蛋白对无牙区发育的影响,进一步确认FGF是否可以挽救无牙区牙胚的发育。研究方法：①将CD-1小鼠交配后,查到母鼠孕栓当天中午记为E0.5,E13.5时收集胚胎,显微镜下将下颌同个象限中的切牙胚,无牙区和磨牙胚分离出来。将浸泡过生长因子液体的蓝色琼脂小珠加到无牙区牙胚上。将同时分离的切牙胚、磨牙胚和加了生长因子小珠的无牙区牙胚体外培养24h后,移植至CD1小鼠肾囊膜下培养4w后,分离移植块中的牙组织。②分离E13.5小鼠胚胎半个下颌,将浸有生长因子的琼脂小珠从无牙区插到间充质中,浸泡BSA的小珠做为对照。肾囊膜下培养4w后分离牙组织。③将浸泡过生长因子液体的蓝色琼脂小珠加到分离的无牙区牙胚上,浸泡过BSA的小珠做为对照。置于半固体培养基上体外培养24h或48h后,分别用作组织学分析,原位杂交分析,BrdU标记和TUNEL分析。研究结果：FGF8可以诱导E13.5的无牙区牙胚体外成牙。但是并不能在一个下颌象限中挽救无牙区牙胚的发育。FGF8通过促进细胞增殖和抑制细胞凋亡而阻止了无牙区牙胚的退化。原位杂交结果显示,FGF8诱导了一些成牙相关基因在无牙区牙胚的表达,从而启动了无牙区牙胚的发育程序。结论：FGF8可以促进无牙区细胞增殖并且抑制无牙区牙胚上皮细胞凋亡,FGF8还可以诱导多种对牙发育非常关键的基因在无牙区牙胚表达,由此重新启动无牙区牙胚的发育程序。我们的结果还证明了无牙区周围的牙胚通过多种信号途径抑制了无牙区牙胚的发育。二、BMP信号通路在牙和腭发育中的作用研究目的：骨形成蛋白家族(BMPs)属于TGF-β超家族,它们包括超过20种多功能的细胞因子。BMP信号路径在颅颌面部器官发育中起着关键作用,包括牙和腭部发育。BmprⅠa和BmprⅠb编码的两种I型BMP受体是BMP信号路径转导的主要受体,以前的研究发现,在上皮中表达的BmprⅠa对牙和腭突发育起着重要作用,但是间充质中BmprⅠa的作用仍不清楚。在本研究中,我们研究了牙及腭突发育的过程中,在间充质中表达的BmprⅠa的作用;并检测了小鼠腭部和牙发育过程中,BmprⅠa和BmprⅠb是否有功能互补。研究方法：①将Wnt1Cre; BmprⅠa+/-小鼠与BmprⅠaF/F小鼠交配就可以得到Wnt1Cre; BmprⅠaF/-,即在神经嵴来源的细胞中特异的失活BmprⅠa的小鼠。为了阻止胚胎期小鼠早死,将终浓度为200μg/ml的异丙肾上腺素加到2.5mg/ml的维生素C溶液中,从胚胎E7.5开始给孕鼠喂药。小鼠胎龄计算时以查到孕栓的当天中午计为胚胎E0.5天,按胎龄获得的胚胎先用冷的PBS冲洗数遍,分离小鼠胚胎头部,4%的多聚甲醛在4℃过夜固定,经过脱水,透明,石蜡包埋,10μm切片用来进行组织学染色分析和原位杂交实验。另外有一部分标本经过不同的处理后准备用来做冰冻切片进行免疫组化分析。②为了得到同时含有Wnt1Cre;BmprⅠaF/-和pMes-caBmprⅠb两个位点的小鼠,将Wnt1Cre;BmprⅠa+/-小鼠与BmprIaF/+;pMes-caBmprⅠb小鼠交配,含有这些复合位点的小鼠的基因型则为Wnt1Cre;BmprⅠaF/-;caⅠb。如上所述,给孕鼠喂药,收集胚胎进行组织学分析。③为了确定Wnt1Cre;BmprⅠaF/-;caIb小鼠的牙发育是否延迟,将E13.5的Wnt1Cre;BmprⅠaF/-:caIb和野生型小鼠胚胎下颌磨牙牙胚分离出来后进行肾囊膜移植。本实验使用成熟的CD1雄鼠进行肾囊膜移植和培养。研究结果：BmprⅠa和BmprⅠb在发育的牙和腭部的表达区域有重叠但又明显不同。特异性失活神经嵴来源的间充质细胞中的BmprⅠa会导致一种并不常见的腭裂—继发腭前部裂。这种突变型小鼠的牙发育停滞在蕾状期或帽状早期,并且伴有严重的下颌缺陷。牙及腭部的缺陷与其间充质中BMP应答基因下调及细胞增殖的降低相关。为了确定在牙和腭部的发育过程中BmprⅠb是否可以代替BmprⅠa的作用,在神经嵴来源间充质中特异性失活BmprⅠa的同时持续的过表达激活的BmprⅠb,结果发现在间充质中用caBmprⅠb代替BmprⅠa可以挽救磨牙及上颌切牙的缺陷,但是被挽救的牙表现出成牙本质细胞和成釉细胞分化的延迟。相反,caBmprⅠb并不能挽救腭裂及下颌缺陷,包括下切牙的缺失。结论：正常的腭突和牙发育绝对需要正常表达的BmprⅠa,在颅颌面部发育的过程中,BmprⅠb以组织特异性的方式与BmprⅠa有局限性的功能互补。三、BMP信号平衡在牙和腭发育中的作用研究目的：在实验二中我们用Wnt1Cre特异性地失活神经嵴来源的间充质细胞中的BmprⅠa,会导致一种并不常见的腭裂—继发腭前部裂,这种突变小鼠的牙发育停滞在蕾状期或帽状早期,并且伴有严重的下颌缺陷。并且发现在间充质中用caBmprⅠb代替BmprⅠa可以部分挽救磨牙及上颌切牙的缺陷,但是caBmprⅠb并不能挽救腭裂及下颌缺陷包括下切牙的缺失。在用caBmprⅠb挽救突变型小鼠的牙及腭部缺陷的同时,我们也用caBmprⅠa作为阳性的平行对照,利用转基因小鼠模型研究了BMP信号平衡对小鼠颅颌面部发育的影响。研究方法：①将Wnt1Cre;BmprⅠa+/-小鼠与BmprⅠaF/+;pMes-caBmprⅠa小鼠交配得到基因型分别为Wnt1Cre; BmprⅠaF/-, Wnt1Cre; BmprⅠaF/-; pMes-caBmprⅠa, Wnt1Cre; BmprⅠaF/+; pMes-caBmprⅠa和Wnt1Cre; pMes-caBmprⅠa。将终浓度为200μg/m(?)的异丙肾上腺素加到2.5mg/ml的维生素C溶液中,从胚胎E7.5开始给孕鼠喂药,以阻止胚胎死亡的发生。②小鼠胎龄计算时以查到孕栓的当天中午计为胚胎E0.5天,按胎龄获得Wnt1Cre; pMes-caBmprⅠa小鼠不同时期胚胎。胚胎用冷的PBS冲洗数遍,分离小鼠胚胎头部,4%的多聚甲醛在4℃过夜固定,经过脱水,透明,石蜡包埋,10μm切片用来进行组织学染色分析和原位杂交实验。另一部分标本经过不同的处理后准备用来做冰冻切片进行免疫组化分析。③为了确定Wnt1Cre; pMes-caBmprⅠa小鼠的牙发育是否延迟,将E13.5的Wnt1Cre; pMes-caBmprⅠa和野生型小鼠胚胎下颌磨牙牙胚分离后进行肾囊膜移植。本实验,使用成熟的CD1雄鼠进行肾囊膜移植和培养。研究结果：①随着间充质中BmprⅠa量的变化小鼠颅颌面部畸形的不同。②Wnt1Cre介导的BmprⅠa在间充质中的过表达会导致继发腭完全性的腭裂和牙分化的延迟,同时伴有腭突前部间充质细胞增殖缺陷和腭突后部异位软骨的形成。结论：正常的腭突和牙发育需要平衡的BMP信号活性,间充质中过度的BMP信号通路活性会造成腭突前部细胞增殖水平的降低和后部异位软骨的形成而导致腭裂,并且延迟成牙本质细胞和成釉细胞分化。