在小鼠颞下颌关节（TMJ）的关节盂发育过程中、在稳态状态下以及疾病发生时对其形态进行观察与研究

《Journal of Anatomy》：Mapping the murine TMJ glenoid fossa over development, homeostasis and in response to disease

颞下颌关节（TMJ）髁突窝的发育与纤维软骨层形成机制研究中，利用小鼠模型发现：Sox9基因在胚胎期E14.5通过外侧分支表达，对髁突窝形成至关重要，其缺失导致外侧分支缺失；而FSP1标记的纤维软骨层在髁突窝表达量极低，但FSP1缺失（FSP1-Cre;DTA小鼠）可诱导髁突窝结构异常，表现为外侧分支增宽及骨改建活动增强，提示下颌髁突与上颌髁突窝的纤维软骨层存在分子差异，且髁突形态改变可引发髁突窝的适应性重构。

　　本研究聚焦于哺乳动物中重要的颞下颌关节（TMJ）的发育过程，特别是其关节窝（glenoid fossa）的形成机制和分子特征。TMJ是连接上下颌骨的关键结构，负责复杂的咀嚼和张合动作，对维持正常的口腔功能至关重要。在正常情况下，TMJ由下颌骨的髁突（condyle）与颞骨的关节窝共同构成，并由一个纤维软骨盘（TMJ disc）分隔，起到缓冲和润滑的作用。然而，任何结构或功能上的异常都可能导致TMJ疾病，如颞下颌关节骨关节炎（TMJOA），其特征包括关节窝和髁突的退化，以及纤维软骨的破坏，最终影响关节的稳定性和活动范围。研究团队通过使用小鼠模型，揭示了TMJ关节窝的发育规律，以及其与髁突之间的相互作用，强调了机械力在关节窝纤维软骨形成中的作用。

### TMJ的结构与功能

TMJ是一种复杂的滑膜关节，由下颌骨的髁突和颞骨的关节窝组成。在哺乳动物中，这种结构的出现是进化上的一个重要特征，使得咀嚼和张合等动作得以实现。在TMJ的形成过程中，髁突来源于软骨组织，通过软骨内成骨（endochondral ossification）发育，而关节窝则通过膜内成骨（intramembranous ossification）形成。这两种发育方式在结构和分子层面存在显著差异。髁突的发育与纤维软骨的形成密切相关，而关节窝的形成则需要在骨组织表面建立一层纤维软骨，以确保其作为关节面的功能。

### 关节窝的发育过程

研究团队利用小鼠模型，对TMJ关节窝的发育进行了系统分析。结果显示，关节窝的形态在前后轴向呈现出明显的差异。在胚胎发育的早期阶段，如E14.5，关节窝尚未完全形成，仅表现为一个初级分支，与髁突之间存在较大的间隙。随着发育的推进，特别是在E15.5和E16.5阶段，关节窝开始逐渐形成，并与髁突的形态相互适应。到E18.5时，关节窝已经具备了基本的结构，包括前、中、后三个区域，其中前部的形成较为缓慢，而后部则较快完成。这种发育模式表明，关节窝的形成不仅受到自身发育调控的影响，还与髁突的发育密切相关。

在出生后，关节窝的纤维软骨层开始发育，并与髁突的形成同步。这一过程与小鼠开始独立进食的时间相吻合，表明机械力可能在关节窝纤维软骨的形成中起到了关键作用。纤维软骨层的建立不仅增强了关节窝的结构稳定性，还为关节面提供了额外的缓冲功能。值得注意的是，关节窝的纤维软骨层在分子表达方面与髁突存在显著差异。例如，FSP1（fibroblast-specific protein 1）是髁突纤维软骨的重要标志物，而在关节窝中，FSP1的表达水平较低。这说明关节窝和髁突在发育过程中遵循不同的分子调控机制。

### Sox9在关节窝形成中的作用

Sox9是一种重要的转录因子，广泛参与软骨形成和骨生成过程。在胚胎发育的早期阶段，Sox9在髁突的形成过程中起着关键作用，同时也在关节窝的前部区域短暂表达。研究发现，在E14.5时，Sox9在关节窝的侧支区域表达显著，但随后逐渐减少。这一现象表明，Sox9在关节窝的发育中可能起到了一定的引导作用，但其表达并非持续。通过使用Wnt1-Cre;Sox9fl/fl小鼠模型，研究人员发现，Sox9的缺失会导致关节窝侧支和髁突的完全缺失，这说明Sox9在关节窝的形成中具有不可替代的作用。相比之下，一些研究曾表明，Sox9的表达在某些情况下可能不直接参与关节窝的形成，而是通过其他途径间接影响其结构。

### FSP1在关节窝中的作用与缺失的影响

FSP1是髁突纤维软骨的主要标志物，其表达水平在出生后显著上升，并在成年小鼠中持续存在。然而，在关节窝中，FSP1的表达水平较低，且主要局限于表层。这一差异可能反映了两者在发育过程中的不同功能定位。研究团队通过FSP1-Cre;DTA小鼠模型，探讨了FSP1表达缺失对TMJ结构的影响。结果显示，FSP1的缺失导致髁突的纤维软骨层受损，并引发TMJOA样病变。同时，关节窝的形态也发生了显著变化，表现为侧支的扩大和角度的增加。这些变化可能与机械力的改变有关，即在髁突发育异常的情况下，关节窝通过增加重塑活动来适应新的力学环境。

在FSP1缺失的模型中，关节窝的表层显示出大量TRAP（tartrate-resistant acid phosphatase）阳性细胞，这些细胞是破骨细胞的标志，表明关节窝在疾病状态下经历了显著的骨重塑过程。破骨细胞的增加可能导致关节窝的结构发生变化，以维持关节的稳定性和功能。然而，这种适应性反应可能并不总是有益的，有时会导致结构异常，如关节窝的扩张和形态改变。因此，FSP1的表达不仅对髁突的发育至关重要，也对关节窝的形态调控具有重要影响。

### 机械力与关节窝发育的关系

研究还发现，关节窝的纤维软骨层在出生后才开始形成，并且这一过程与牙齿的萌出密切相关。牙齿的萌出标志着小鼠开始独立进食，此时关节窝需要承受更大的机械力，因此纤维软骨的形成可能是为了适应这种变化。此外，关节窝的重塑活动在疾病状态下显著增加，特别是在侧支区域。这表明，机械力不仅在关节窝的形成中起到关键作用，还在其功能维持和适应性调整中发挥重要作用。通过使用TRAP染色技术，研究人员观察到在FSP1缺失的小鼠中，关节窝表面的破骨细胞数量明显增加，这可能与关节窝对机械力变化的反应有关。

### 不同结构的发育差异与功能适应

研究进一步揭示了TMJ中不同结构的发育差异及其对功能的影响。例如，髁突的形成主要依赖于软骨组织，而关节窝则通过骨组织的发育形成，并在后期通过纤维软骨层的建立来增强其功能。这种差异可能与两者在进化过程中的功能需求有关。髁突的发育较为早期，而关节窝的形成则依赖于后天的机械刺激，这种模式可能反映了哺乳动物对咀嚼功能的适应性进化。此外，研究还发现，关节窝的侧支区域在发育过程中更为活跃，可能更容易受到发育缺陷或疾病的影响。这种结构的脆弱性可能与进化过程中其形成时间较晚有关，因为较晚形成的结构往往具有更高的变异性和适应性潜力。

### 对TMJOA的启示

本研究的结果对理解TMJOA的发病机制具有重要意义。TMJOA是一种常见的关节疾病，其特征包括关节窝和髁突的退化，以及纤维软骨的破坏。通过分析FSP1缺失模型，研究人员发现，髁突的纤维软骨层受损后，关节窝会通过增加重塑活动来适应新的力学环境。这种适应性反应可能在一定程度上维持了关节的功能，但也可能导致结构异常。因此，TMJOA的病理变化可能是由于多个结构之间的相互作用，而不仅仅是单一组织的病变。

此外，研究还发现，Sox9的缺失会导致关节窝的完全缺失，这表明Sox9在关节窝的发育中具有重要作用。相比之下，FSP1的缺失虽然不影响关节窝的初始形成，但在疾病后期会导致关节窝的显著变化。这种现象说明，不同结构在发育和疾病状态下的反应可能不同，因此在治疗TMJOA时，需要考虑多个结构的相互作用。

### 对未来研究的启示

本研究为TMJ的发育和疾病机制提供了新的视角，同时也为相关疾病的治疗策略提供了理论支持。首先，研究揭示了关节窝与髁突在发育过程中的不同调控机制，这可能为理解TMJ的结构形成提供新的线索。其次，研究强调了机械力在关节窝纤维软骨形成中的作用，这为未来研究如何通过机械刺激来干预TMJ疾病提供了方向。最后，研究还发现，不同结构对疾病的影响存在差异，这提示在临床治疗中，可能需要针对不同结构采取不同的干预措施。

综上所述，本研究通过详细的分子和形态学分析，揭示了TMJ关节窝的发育规律及其与髁突之间的相互作用。研究结果不仅加深了我们对TMJ结构形成的理解，也为TMJOA等疾病的发病机制和治疗策略提供了新的思路。未来的研究可以进一步探讨不同机械刺激对关节窝和髁突的影响，以及如何通过调控特定分子来干预关节发育和疾病进展。