Smad3基因剔除导致小鼠发生骨质疏松

目的和方法为了研究Smad3基因的功能,用基因打靶的方法建立了Smad3基因剔除小鼠。通过分析小鼠的表型,发现Smad3基因剔除小鼠主要表现为骨关节炎和粘膜免疫缺陷,我们进一步分析了小鼠骨骼方面的表型。取出生后4 d和4周的Smad3基因剔除和野生型小鼠的膝关节,脱钙,石蜡包埋,切片,进行H&E染色观察它们的微观结构。发现在4 d时,基因剔除小鼠和野生型小鼠相比,胫骨短小。在4周时可以观察到基因剔除小鼠骨小梁稀疏,骨小梁体积变小。另外,还发现在Smad3基因剔除小鼠胫骨的皮质骨宽度明显小于野生型小鼠。通过X射线和测量6周龄小鼠股骨的骨密度和骨矿含量。结果结果显示Smad3基因剔除小鼠的骨密度和骨矿含量均低于野生型小鼠。这些结果表明Smad3基因剔除导致小鼠发生骨质疏松。利用原位杂交检测成骨细胞的标志分子-骨钙素、碱性磷酸酶和骨桥素基因表达降低,提示成骨细胞减少。用RT-PCR检测到核结合因子2、骨涎蛋白、骨钙素I、型胶原在基因剔除小鼠表达降低,而胸腺中的IFN-γ表达降低。用TRAP染色来检测出生后8 d的Smad3基因剔除小鼠骨切片中破骨细胞,并且用Osteometrics公司的骨计量软件分析骨切片,结果表明基因剔除小鼠的NOc/TAr(破骨细胞数目/单位骨小梁面积)、OCs/Bs(破骨细胞表面积/骨表面积)和NOc/BPm(破骨细胞数目/单位骨面积)等指标均高于野生型小鼠。为了进一步验证基因剔除小鼠的破骨细胞的分化受到影响,分离Smad3和野生型小鼠的骨髓细胞,向破骨细胞的方向进行诱导分化,TRAP染色结果表明基因剔除小鼠的骨髓细胞分化成破骨细胞数目显著多于野生型小鼠。结论Smad3基因剔除引起成骨细胞数量减少,破骨细胞数目增多,从而导致小鼠骨小梁稀疏、骨密度降低,引起骨质疏松。