BMP与WNT信号通路在鸡胚气管软骨发育中的关键作用及分子机制研究

本研究针对气管软骨发育机制不清的问题，通过鸡胚模型系统解析了BMP/WNT信号通路的时空表达模式。研究人员结合组织学、原位杂交和qPCR技术，发现BMP2与COL2A1共定位，且BMP受体抑制剂DMH1可改变软骨环形态并上调COL2A1/WNT2表达，揭示了BMP-WNT交叉调控在气管软骨模式化中的核心作用，为呼吸道疾病研究提供新视角。

　　

气管软骨是维持呼吸道通畅的关键结构，但其发育机制长期存在知识空白。现有研究多集中于小鼠模型，而禽类胚胎因其操作优势和与哺乳动物的保守性，成为研究永久性软骨发育的理想体系。尤其值得注意的是，气管软骨的环状模式如何建立、哪些信号分子参与这一过程，仍是发育生物学领域的未解之谜。

针对这一科学问题，来自加拿大Nova Scotia的研究团队在《Developmental Biology》发表了创新性成果。研究通过鸡胚模型系统分析了HH34-HH37阶段气管软骨的形态发生和分子特征，结合DMH1抑制剂实验，首次揭示了BMP和WNT信号在禽类气管软骨发育中的协同调控机制。

关键技术方法包括：鸡胚HH12-HH37阶段样本的获取与处理；全胚胎Alcian Blue染色和HBQ组织学染色；BMP2/COL2A1等基因的荧光原位杂交(FISH)；跨发育阶段的qPCR基因表达谱分析；以及通过壳外培养技术进行BMP受体抑制剂DMH1的胚胎给药实验。

研究结果首先通过形态学分析揭示：

1. 气管软骨环从HH36开始显影：组织学显示HH35出现软骨凝聚，HH36形成明显软骨环，至HH37环宽度增加56.95±8.16μm，长度达582.03±62.85μm，且宽度/间隙比值显著改变，提示发育中的动态重塑。

2. 基因表达谱揭示关键调控节点：qPCR显示COL2A1在HH36-HH37表达激增4倍，WNT2翻倍增长，而SHH、TBX4/5等下降。特别在HH35-HH36分化期，COL2A1与WNT2的同步上调暗示二者功能关联。

3. BMP2的空间表达模式：原位杂交发现BMP2从HH36开始呈现环状表达，与COL2A1共定位，但BMP4无此特征。这种特异性定位提示BMP2可能通过旁分泌机制直接调控软骨分化。

4. BMP信号阻断实验：DMH1抑制BMP I型受体后，8μM组出现软骨环增宽（43.8μm vs 对照组39.7μm）和间隙变窄（最小8.9μm），伴随BMP4、COL2A1和WNT2表达显著上调，证实BMP-WNT通路交叉调控软骨形态建成。

讨论部分强调，该研究首次在禽类模型中建立了气管软骨发育的分子框架：

• 不同于小鼠模型中BMP4的主导作用，鸡胚中BMP2与COL2A1的共定位揭示了物种特异性调控差异。
• WNT2的上调与软骨分化同步，且受BMP抑制后表达增强，支持二者形成负反馈环路调控软骨模式化。
• 独特的steno-trachealis肌肉解剖可能解释禽类与哺乳动物在软骨-肌肉协同发育上的差异。

这项研究不仅填补了永久性软骨发育机制的空白，其建立的鸡胚操作体系更为模拟人类气管畸形（如气管软化症）提供了新模型。未来通过单细胞测序解析BMP/WNT靶向的软骨前体细胞亚群，或将推动基于干细胞的气管再生治疗策略发展。