Shh信号通过拮抗Wnt通路调控小鼠颅底软骨发育的分子机制研究

本研究针对颅底软骨过早闭合的发育机制难题，通过Vismodegib部分抑制Sonic hedgehog(Shh)信号，首次建立颅底早闭小鼠模型。研究发现E10.5时期Shh与Wnt信号在颅底原基共激活，Shh通过拮抗Wnt/β-catenin信号维持颅底软骨正常发育节奏，该机制为颅面畸形治疗提供新靶点。论文发表于《BMC Biology》。

　　

颅底作为连接颅脑与躯干的关键结构，其发育异常会导致颅面畸形综合征。虽然已知Indian hedgehog(Ihh)通过PTHrP途径调控软骨细胞分化，但Sonic hedgehog(Shh)在颅底早期发育中的作用仍不清楚。传统基因敲除方法因导致胚胎早期死亡而受限，这成为研究颅底发育分子机制的瓶颈。

为突破这一限制，Jiangping Chen等研究人员创新性地采用小分子抑制剂Vismodegib建立条件性Shh信号干扰模型。通过不同剂量(50-200 mg/kg)的E10.5阶段性干预，发现150 mg/kg剂量组在维持胚胎存活的同时，能诱导E17.5小鼠出现颅底软骨过早闭合的典型表型。研究运用micro-CT三维重建、免疫荧光染色、RNAscope原位杂交等技术，系统揭示了Shh-Wnt信号对话在颅底发育中的时空调控规律。

剂量依赖性表型分析显示，50 mg/kg仅引起基枕软骨(IOS)部分融合，而200 mg/kg则导致颅底中央结构缺失，重现Shh基因敲除表型。这种梯度效应首次证明Shh信号强度与颅底发育存在剂量依赖关系。通过Alcian blue/alizarin red染色时序分析发现，Vismodegib处理组在E14.5前颅底模式正常，但E15.5开始出现IOS过早骨化，E16.5-E17.5时蝶枕软骨(SOS)和蝶间软骨(ISS)出现加速肥大分化，表现为ColX表达区域扩展和ColII区域缩短。

与Ihh缺陷模型不同，Vismodegib处理组的Ptch1、Gli1和PTHrP表达未受抑制，软骨细胞增殖标记Phh3反而增强。关键发现出现在E10.5-E12.5发育窗口期：RNAscope检测显示E10.5颅底原基中Shh与Wnt通路共激活而Bmp信号静默；E11.5短暂抑制Shh后，E12.5颅底软骨腹侧间充质细胞出现β-catenin核转位及Lef1/Runx2异位表达。这种Wnt信号异常激活先于软骨分化加速现象，提示腹侧软骨膜细胞命运改变可能是颅底早闭的始动因素。

研究结论创新性提出"Shh-Wnt拮抗"调控模式：背侧口咽上皮分泌的Shh通过抑制腹侧Wnt/β-catenin信号，维持颅底软骨膜前体细胞的稳态。这种时空特异性调控机制解释了临床观察到的颅底发育异常谱系——从部分软骨早闭到完全性颅底缺失都可能源于Shh信号梯度变化。该发现为Apert综合征等颅缝早闭疾病的分子分型提供了理论依据，并提示靶向信号通路串扰可能是未来治疗方向。

这项研究的技术亮点在于：建立可调控的Shh信号干扰动物模型；采用多组学方法（组织学染色、三维成像、分子标记检测）进行表型-机制关联分析；首次揭示颅底腹侧软骨膜细胞的命运决定机制。论文通过精巧的实验设计，解决了传统基因敲除方法无法研究的发育生物学问题，为颅面畸形发病机制研究开辟了新途径。