诱导型Acvr1R206H基因敲入小鼠模型揭示进行性骨化性纤维发育不良的自发性异位骨化机制

本研究针对进行性骨化性纤维发育不良(FOP)这一罕见遗传病，开发了新型诱导型Acvr1R206H基因敲入小鼠模型，成功模拟了损伤诱导和自发性异位骨化(HO)形成过程。研究人员通过CreERT2和rt;tetO-Cre系统精确控制突变表达，发现非损伤诱导的HO进展较慢但同样遵循软骨内骨化过程。该模型为探究FOP发病机制和开发靶向治疗提供了重要工具，相关成果发表于《JBMR Plus》。

　　

进行性骨化性纤维发育不良(FOP)是一种让患者"逐渐变成石头"的残酷疾病，由于ACVR1基因突变导致软组织异常骨化。这种罕见病最典型的R206H突变会使患者从童年开始就经历无法控制的异位骨化(HO)，最终形成"第二副骨架"。目前临床上面临两大困境：一是HO既可由损伤触发也可自发形成，但自发机制不明；二是现有动物模型难以同时模拟这两种病理过程。

宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院(Perelman School of Medicine at the University of Pennsylvania)的研究团队在《JBMR Plus》发表重要成果。他们构建了新型诱导型Acvr1^ARC-R206H/+基因敲入小鼠模型，通过CreERT2和rt;tetO-Cre两种诱导系统，首次在同一模型中实现了损伤诱导和自发HO的双重模拟。研究发现损伤诱导的HO在14天内快速形成，而自发HO需要3-4周缓慢发展，但都遵循典型的软骨内骨化过程。这一突破性模型为揭示FOP自发骨化的分子机制和开发新型疗法提供了关键平台。

研究采用的主要技术包括：1)构建条件性Acvr1^ARC-R206H/+敲入等位基因；2)使用Tamoxifen诱导的R26^creERT2系统和Doxycycline诱导的rt;tetO-Cre系统实现时空特异性重组；3)心肌毒素(CTX)肌肉注射建立损伤诱导模型；4)显微CT(VivaCT40/80)定量HO体积；5)组织学分析(H&E、阿辛蓝等染色)解析骨化进程。

条件性Acvr1^R206H敲入小鼠模型构建
研究人员设计了新型基因结构：在天然Acvr1启动子控制下，将floxed野生型cDNA(外显子5-10)与突变型cDNA(含R206H突变)串联，通过Cre介导重组实现从野生型到突变型的转换。该设计使小鼠在重组前保持Acvr1野生型纯合状态，重组后成为Acvr1^R206H杂合子，更贴近人类FOP患者的基因型。

损伤诱导HO的形成
通过Tamoxifen激活R26^creERT2系统或Doxycycline激活rt;tetO-Cre系统后，CTX损伤的小鼠在14天内呈现典型的HO发展轨迹：3天出现免疫细胞浸润，7天形成纤维增生，10天出现肥大软骨细胞，14天形成成熟骨组织。显微CT显示HO体积随时间显著增加，组织学证实其通过软骨内骨化途径形成。

非损伤诱导HO的突破性发现
研究首次在全局表达Acvr1^R206H的成年小鼠中观察到自发HO。与损伤诱导的快速进程不同，自发HO需要3-4周缓慢发展，主要出现在后肢、脊柱和肋椎关节周围。组织学显示肌肉组织中出现软骨岛和矿化骨区域，证实其同样通过软骨内骨化途径形成。

重组效率的关键作用
研究发现高重组效率是诱导自发HO的必要条件：rt/rt;tetO-Cre小鼠的平均重组率达85.7%，而rt/+;tetO-Cre小鼠效率较低；类似地，R26^{creERT2/creERT2}纯合子经3次Tamoxifen处理后重组效率达90.8%，显著优于杂合子。

这项研究建立了首个能同时模拟FOP损伤诱导和自发HO的小鼠模型，揭示了两种HO形式在时间进程上的差异。特别重要的是，自发HO模型的建立为研究FOP的基础病理机制开辟了新途径，使科学家能够区分损伤特异性通路与HO形成的共性机制。该模型将成为探究ACVR1^R206H突变如何改变细胞微环境、筛选靶向药物的重要平台，为开发既能预防急性发作又能控制慢性进展的FOP治疗方案提供不可替代的研究工具。