《Ecotoxicology and Environmental Safety》：OMD activates BMPR2 involved in abnormal osteogenesis in male offspring mice exposed to fluoride during pregnancy
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健康与疾病的发育起源（DOHaD）假说认为，孕期不良环境因素暴露不仅扰乱宫内胎儿发育，还会对后代产生深远的负面后果。以往研究主要关注直接个体氟（一种常见环境暴露因素）暴露的健康风险，而孕期氟暴露对后代的影响鲜有关注。在本研究中，研究人员通过在整个妊娠期向孕鼠提
健康与疾病的发育起源（DOHaD）假说认为，孕期不良环境因素暴露不仅扰乱宫内胎儿发育，还会对后代产生深远的负面后果。以往研究主要关注直接个体氟（一种常见环境暴露因素）暴露的健康风险，而孕期氟暴露对后代的影响鲜有关注。在本研究中，研究人员通过在整个妊娠期向孕鼠提供含100?mg/L氟化钠（NaF）的饮水，建立了产前NaF暴露模型。研究人员发现，产前NaF暴露诱导了宫内过度骨生成，并导致雄性后代出现异常且持续的高骨量表型。机制上，NaF暴露显著上调了骨调节蛋白（OMD）的表达，后者随后通过激活骨形态发生蛋白受体2型（BMPR2）驱动骨髓间充质干细胞（BMSCs）的成骨分化。值得注意的是，使用选择性BMPR2抑制剂CDD?1653进行药理学干预，有效挽救了NaF诱导的BMSCs过度成骨，并减轻了体内异常的骨积累。总之，本研究证明了产前氟暴露通过OMD-BMPR2信号通路触发雄性后代成骨过程的异常激活。这些发现揭示了早期生命环境氟暴露改变雄性后代骨骼稳态的潜在分子机制，并强调了采取公共卫生策略以减轻孕期氟风险的紧迫性。
**研究背景与问题**
健康与疾病的发育起源（DOHaD）假说指出，孕期不良环境暴露可永久改变后代器官发育与生理编程，增加成年期慢性病易感性。氟化物作为广泛存在的环境污染物，能通过胎盘屏障直接暴露胎儿，但既往研究多聚焦于个体直接暴露的骨骼毒性（如氟骨症），而对孕期氟暴露如何影响后代骨骼发育知之甚少。骨骼发育的关键窗口期（小鼠胚胎期GD 14.5至出生）对应软骨内成骨活跃阶段，孕期氟暴露可能遗留终身影响。然而，该领域缺乏系统研究，尤其是宫内暴露对后代雄性小鼠骨代谢的长期影响及分子机制尚不明确。为此，研究人员建立孕期氟暴露小鼠模型，探讨其诱导后代异常骨生成的机制。
**主要结论与意义**
本研究发现，孕期氟暴露（100?mg/L NaF饮水）通过上调骨调节蛋白（OMD，osteomodulin）表达，激活骨形态发生蛋白受体2型（BMPR2，bone morphogenetic protein receptor type 2），驱动骨髓间充质干细胞（BMSCs，bone marrow mesenchymal stem cells）异常成骨分化，导致雄性后代出现持续的高骨量表型。使用选择性BMPR2抑制剂CDD?1653可有效逆转该异常，证实OMD-BMPR2轴是治疗靶点。该研究首次揭示孕期氟暴露通过该信号通路调控后代骨骼稳态的分子机制，为早期环境氟暴露的预防与干预提供理论依据。论文发表在《Ecotoxicology and Environmental Safety》。
**关键技术与方法**
研究人员采用C57BL/6J小鼠（购自苏州大学实验动物中心）建立孕期NaF暴露模型（GD 0.5至分娩，饮水含100?mg/L NaF）。核心技术包括：全骨骼阿尔辛蓝-茜素红双染评估宫内骨化；Micro-CT（SkyScan 1276）分析后代股骨微结构参数（骨密度、骨体积分数等）；组织学染色（H&E、Masson三色）观察骨小梁与胶原沉积；原代BMSCs分离与成骨诱导培养；碱性磷酸酶（ALP）染色与活性检测、茜素红S（ARS）染色定量矿化；RT-qPCR与Western blot检测基因及蛋白表达；免疫荧光（IF）定位骨标志物；RNA-seq（Illumina平台）鉴定差异表达基因；siRNA及质粒转染（Lipofectamine 2000）进行功能敲低与过表达；体内药物干预（CDD?1653，腹腔注射，每两天一次，GD 8.5至GD 18.5）。
**研究结果**
**3.1 孕期氟暴露模型的建立及雄性胎儿宫内早期过度骨生成**
通过全骨骼双染显示，NaF组雄性胎儿（GD 18.5）长骨矿化长度（肱骨、桡骨、尺骨、股骨、胫骨）显著增加，而总骨长度无差异，提示宫内软骨内成骨加速，形成过度骨生成表型，但不影响胎儿整体生长。
**3.2 孕期NaF暴露增强BMSCs成骨潜能并导致后代雄性骨量异常增高**
Micro-CT显示，NaF组雄性后代（PD 28）股骨骨密度（BMD）、骨体积分数（BV/TV）、骨小梁数目（Tb.N）和厚度（Tb.Th）显著升高，分离度（Tb.Sp）和骨小梁模式因子（Tb.Pf）降低，H&E与Masson染色证实骨小梁密度和胶原沉积增加。体外原代BMSCs成骨诱导后，ALP活性和矿化结节形成显著增强，骨标志物（RUNX2、OPN、OCN）mRNA和蛋白水平均上调，表明孕期氟暴露永久性地增强了BMSCs成骨能力。
**3.3 孕期NaF暴露通过OMD-BMPR2信号轴触发过度成骨**
RNA-seq分析显示，胎儿骨组织中骨发育相关基因富集，Omd和Bmpr2持续高表达（PD 28仍升高）。体外MC3T3-E1细胞实验证实，敲低Omd抑制BMPR2表达及成骨分化（ALP、ARS、RUNX2/OPN/OCN），而过表达Omd则相反。Bmpr2敲低不影响OMD表达，但抑制成骨；共转染实验表明，Bmpr2敲低可阻断OMD过表达的促成骨效应，证明OMD通过BMPR2依赖方式促进成骨。
**3.4 抑制BMPR2挽救孕期氟诱导的雄性后代过度骨形成**
体内使用BMPR2抑制剂CDD?1653干预后，NaF组雄性后代股骨BMD、BV/TV、Tb.N等参数显著降低，Tb.Sp和Tb.Pf升高，H&E与Masson染色显示骨小梁密度和胶原面积恢复至接近对照水平。Western blot和IF证实，CDD?1653降低RUNX2、OPN、OCN表达，但不影响OMD上调，进一步证实OMD处于BMPR2上游。
**讨论与结论**
讨论指出，本研究不同于以往直接氟暴露模型，孕期氟暴露主要上调BMPR2而非BMP2配体，提示宫内暴露通过增强受体敏感性驱动成骨。OMD-BMPR2轴的持续激活可能源于表观遗传记忆（如DNA甲基化或组蛋白修饰），使早期应激表型留存至出生后。药物干预证明了靶向BMPR2的治疗潜力，但需注意防止抑制过度。研究局限性包括仅纳入雄性后代、未阐明上游表观机制、暴露阈值未明。结论部分翻译如下：总之，研究人员建立了孕期NaF暴露模型，并证明孕期氟暴露通过激活OMD-BMPR2信号通路，触发雄性后代持续性骨骼过度骨生成。机制上，孕期氟暴露诱导OMD持续性表达，进而上调BMPR2，驱动雄性后代BMSCs的异常成骨分化。重要的是，使用选择性BMPR2抑制剂CDD?1653进行药理学抑制，有效挽救了NaF诱导的过度骨形成，并减轻了体内病理性高骨量。综上所述，这些发现揭示了孕期氟诱导高骨量的分子机制，并提供了有力证据表明靶向OMD-BMPR2轴是早期生命氟暴露的一个有前景的预防和治疗策略。
