FGFR 拮抗剂修复软骨发育异常小鼠模型下颌骨缺损修复的研究突破

为探究 Fgfr2 和 Fgfr3 激活突变对下颌骨形成及修复的影响，研究人员在 Crouzon 综合征（Crz）和软骨发育不全（Hch）小鼠模型中展开研究。结果发现 Fgfr2c342Y/+突变后期促进骨形成，Fgfr3534K/+突变导致修复缺陷，FGFR3 拮抗剂可改善。这为相关疾病治疗提供思路。

　　在生命的奇妙旅程中，骨骼的发育与修复如同精密的交响乐，每一个音符都至关重要。成纤维细胞生长因子受体（FGFR）作为其中关键的 “指挥家”，一旦出现异常，就会引发一系列的 “演奏失误”。在人类世界里，FGFR 基因的功能获得性突变会导致软骨发育异常和颅缝早闭等病症，严重影响患者的生活质量。然而，尽管 FGFR 在颅面骨骼的形成中扮演着重要角色，但它在颌骨修复过程中的具体作用机制却如同神秘的面纱，一直未被完全揭开。为了探索这片未知的领域，来自法国巴黎西岱大学（Université de Paris Cité）等机构的研究人员踏上了征程，他们的研究成果发表在《Bone Research》杂志上，为我们揭示了 FGFR 在颌骨修复中的奥秘，为相关疾病的治疗带来了新的希望。

研究人员为了深入了解 FGFR 在颌骨修复中的作用，精心挑选了两种小鼠模型，分别是 Crouzon 综合征（Crz）小鼠模型（Fgfr2^c342Y/+）和软骨发育不全（Hch）小鼠模型（Fgfr3^534K/+）。在研究过程中，他们运用了多种关键技术方法。首先是建立非稳定下颌骨骨折模型，通过对 6 周龄的突变和对照小鼠进行手术，制造下颌骨骨折，以此模拟真实的骨折情况。其次，利用显微 CT（Micro-CT）成像技术，对骨折后的小鼠颅骨和下颌骨进行扫描，获取详细的骨结构信息，从而分析骨修复过程中的形态变化。再者，进行组织学染色，如用 Safranin O/Fast-Green、Sirus Red/Alcian Blue 等染色方法，观察软骨和骨的发育情况；运用免疫组织化学染色检测相关蛋白的表达，如胶原蛋白 I、II、X，Sox9，Fgfr3 等。此外，还采用了空间转录组分析技术，对骨折后 14 天的骨痂进行检测，探究基因表达的变化。

研究结果主要围绕以下几个方面展开：

1. Fgfr3^534K/+突变影响下颌骨形成：在胚胎发育阶段，研究人员发现 Fgfr3^534K/+突变会导致小鼠 Meckel 软骨（MC）在 E13.5 时体积减小，Sox9 蛋白表达降低，FGFR3 表达延迟；到 E16.5 时，MC 体积增大，但肥大软骨细胞比例减少。在出生后的 P21，突变小鼠髁突软骨中较小的肥大软骨细胞比例增加，较大的软骨细胞比例减少。成年（P42）后，突变小鼠下颌骨长度、下颌支高度和鼻枕长度降低，颅骨更宽，下颌骨形态和生长出现明显异常。这一系列结果表明，Fgfr3 在 MC、次生软骨和下颌骨的骨形成中起着关键作用，其表达异常会干扰膜内成骨和软骨内成骨过程。
2. Fgfr2^c342Y/+突变增加非稳定下颌骨骨折后骨痂的骨形成：研究人员对成年（P42）的 Fgfr2^c342Y/+小鼠和对照小鼠进行非稳定垂直下颌骨骨折实验。在骨折后的早期（第 14 天），Fgfr2^c342Y/+突变对骨痂软骨体积、胶原蛋白 X 阳性与胶原蛋白 II 阳性区域的比例以及肥大软骨细胞的凋亡率均无显著影响。然而，到了骨折后第 21 天和第 28 天，Fgfr2^c342Y/+小鼠骨痂的骨体积 / 总体积（BV/TV）比值显著高于对照组，且骨痂中的破骨细胞数量明显减少。这说明 Fgfr2^c342Y/+突变在骨修复的后期阶段促进了骨形成和骨矿化。
3. Fgfr3^534K/+突变导致下颌骨修复缺陷和假关节形成：同样对成年（P42）的 Fgfr3^534K/+小鼠和对照小鼠进行下颌骨骨折实验，结果显示，Fgfr3^534K/+小鼠在骨折后第 7 天骨痂软骨体积显著低于对照组，且软骨细胞成熟延迟。在骨折后的不同时间点，Fgfr3^534K/+小鼠骨痂的 BV/TV 比值均显著低于对照组。到骨折后第 14 天，Fgfr3^534K/+小鼠骨痂中胶原蛋白 X 阳性 / 胶原蛋白 II 阳性区域的比例降低，软骨细胞增大受到抑制，且凋亡细胞比例减少。在评估骨修复质量时发现，Fgfr3^534K/+小鼠存在大量的假关节和骨不连现象。这充分表明，Fgfr3^534K/+突变严重损害了下颌骨的软骨内骨修复过程。
4. Fgfr3^534K/+小鼠骨痂的 GeoMx 空间全转录组分析：研究人员对骨折后 14 天的 Fgfr3^534K/+小鼠和对照小鼠骨痂进行 GeoMx 空间全转录组分析。在软骨痂中，发现了 529 个差异表达基因，其中与软骨细胞分化、骨基质矿化和骨修复相关的基因，如 Hmgb2、Col11a2、Dmp1、Phospho1 等表达下调，而 MAPK 信号通路相关的 Dusp9 基因表达上调。在新形成的骨痂中，鉴定出 541 个差异表达基因，参与自噬、凋亡和 DNA 修复的基因，如 Smad1、Comp、Birc2、Alkbh2 等表达异常，同时 MAPK 和 STAT 信号通路的负调控因子 Dusp3、Socs3 表达上调。这些结果揭示了 Fgfr3^534K/+突变影响下颌骨修复的分子机制，表明 MAPK 和 STAT 信号通路在 FGFR3 相关疾病中起着关键作用。
5. BMN111 和 BGJ398 预防假关节的发生：研究人员选用酪氨酸激酶抑制剂 BGJ398（infigratinib）和 C 型利钠肽类似物 BMN111（vosoritide）对骨折后的 Fgfr3^534K/+小鼠进行治疗。结果显示，在骨折后第 14 天，药物治疗组的骨痂 BV/TV 值显著高于对照组，软骨细胞分化得到促进，凋亡细胞比例增加，骨痂中的骨小梁间距减小。到骨折后第 28 天，药物治疗组的 BV/TV 比值进一步升高，骨痂体积减小，且所有治疗小鼠均实现了完全骨桥接，无假关节形成，同时破骨细胞活性降低。这表明 BGJ398 和 BMN111 能够有效促进骨折后的骨修复，加速骨痂重塑，为临床应用提供了潜在的治疗方案。

研究结论和讨论部分指出，Fgfr3 的功能获得性突变与软骨内骨形成和下颌骨修复的严重损害相关，并促进了假关节的形成，这凸显了 Fgfr3 在调节骨修复过程中软骨细胞和骨细胞分化的重要作用。同时，FGFR3 拮抗剂能够挽救因 Fgfr3 功能获得性突变导致的骨痂形成受损，这为 FGFR3 相关骨软骨发育异常患者、创伤性骨折患者以及颅颌面和下颌骨截骨术后患者的骨修复治疗提供了有前景的治疗思路。然而，目前仍需要进一步研究来确定 FGFR3 拮抗剂在正常情况下（即不存在 FGFR 突变时）对骨修复的影响，以及探索更精准有效的治疗方案，以更好地服务于临床患者。总之，这项研究为骨骼修复领域带来了新的曙光，为后续的研究和治疗提供了重要的理论基础和实践指导。