HIF-1α通过PI3K/Akt信号通路调控小鼠颅底蝶枕软骨联合区软骨细胞增殖与分化的机制研究

本研究针对颅底软骨联合区（CBS）发育异常导致的颅面畸形问题，通过模拟低氧微环境探究HIF-1α对蝶枕软骨联合区（SOS）软骨细胞（SOSCs）的调控机制。研究发现HIF-1α通过激活PI3K/Akt信号通路促进软骨细胞增殖、基质合成及表型维持，为颅底发育异常治疗提供新靶点。

　　

颅底作为颅面骨骼发育的核心结构，其蝶枕软骨联合区（SOS）的双向生长特性与颅面形态密切相关。临床中，颅底发育异常常伴随中面部发育不全或下颌位置异常，但调控机制尚不明确。尤其值得注意的是，与长骨生长板不同，SOS缺乏次级骨化中心且处于低氧微环境，暗示其可能通过独特通路调控软骨内成骨。这一科学问题吸引了昆明医科大学团队的目光，他们聚焦于低氧环境核心调控因子HIF-1α（缺氧诱导因子-1α），试图揭示其在SOS发育中的分子机制。

为系统解析这一机制，研究人员采用多维度技术策略：通过Micro-CT和组化染色（H&E、阿辛蓝等）动态观察1-8周龄小鼠SOS形态；利用钴氯化物（CoCl₂）模拟低氧和siRNA干扰技术调控HIF-1α表达；结合RNA-seq筛选关键通路；采用CCK-8、流式细胞术和Western blot等功能实验验证表型变化。所有动物实验均通过昆明医科大学伦理审查（批号Kmmu20231512），细胞来源于C57BL/6J小鼠原代SOS软骨细胞。

HIF-1α表达特征与发育关联

显微CT与组化显示小鼠SOS呈双向生长板结构，随年龄增长逐渐骨化。免疫组化揭示HIF-1α在1-8周龄小鼠SOS各层持续表达，2周龄静止区表达最强，提示其可能参与早期发育调控。

HIF-1α增强促进软骨表型维持

100μM CoCl₂处理使SOSCs的S期细胞比例提升1.8倍（P<0.05），凋亡率下降35%。Western blot显示SOX9和胶原II表达上调2.1倍，RUNX2下降60%，阿辛蓝染色证实基质合成增强。

PI3K/Akt通路的核心调控作用

RNA-seq筛选出8253个差异基因，KEGG分析显示PI3K/Akt通路显著富集。使用MK2206抑制剂阻断该通路后，p-Akt水平降低70%，SOX9表达减弱；而CoCl₂处理可部分逆转此效应，证实HIF-1α通过PI3K/Akt调控细胞活性。

这项发表于《Scientific Reports》的研究首次阐明HIF-1α-PI3K/Akt轴在SOS发育中的双重作用：既通过上调SOX9维持软骨表型，又通过抑制RUNX2延缓骨化进程。其意义在于：①为颅底畸形提供潜在治疗靶点；②揭示软骨内成骨的微环境特异性调控机制；③拓展了HIF-1α在颅面发育中的认知边界。值得注意的是，SOSCs对缺氧的响应模式与关节软骨存在差异，这种组织特异性机制值得后续探索。研究还发现SLC2A1等新候选基因，为深入解析颅底发育的代谢调控网络指明方向。