靶细胞和靶基因概述

由于骨骼生长发育过程中的许多相关基因对于其他器官和组织的发育至关重要，全身性的基因敲除往往是致死的，因此骨骼系统的条件性基因敲除小鼠模型成为骨骼研究的重要工具。运用骨骼系统特异性的启动子在转录水平调控Cre-lox系统，可使得Cre在骨骼发育的特定时期表达于某种特定的细胞中，从而为骨生长发育及对特定细胞功能的针对性研究提供了可能。以下的讨论将针对骨形成与骨吸收过程中四种主要的调控细胞：软骨细胞、成骨细胞、骨细胞和破骨细胞，及其主要标记基因在Cre转基因小鼠体系中的应用。

骨的发生包括膜内成骨 (intramembranous ossification)与软骨内成骨 (endochondral ossification)［1，11，12］两种方式。在膜内成骨过程中，间充质干细胞直接分化为成骨细胞［13］；而在软骨内成骨过程中，间充质干细胞首先分化为软骨细胞并形成软骨组织，软骨组织中的软骨细胞经历增殖、成熟、分化、凋亡和钙化，最终被骨组织替换而形成骨［1］。膜内骨化发生于一些颅面骨和锁骨外侧部的骨形成过程中；而软骨内骨化发生于四肢的长骨、颅骨基部、脊椎骨、肋骨和锁骨内侧部的骨形成过程中。如图2-3所示，在骨骼发育过程中，软骨细胞和成骨细胞具有共同的前体细胞——间充质干细胞。针对间充质干细胞或骨软骨前体细胞的Cre转基因小鼠体系可用于对软骨和矿化骨中早期骨骼系统发育相关基因的条件性敲除。更为重要的是，这些模型可用于研究特异基因在成骨细胞系和软骨细胞系分化中的作用［9］。针对骨软骨前体细胞的模型主要包括Prxl-Cre、Dermol-Cre，以及Sox9-Cre。成骨细胞是骨骼系统中最为广泛研究及应用的靶细胞，成骨细胞活性的研究对于骨的初始矿化和成骨化相关的信号通路的研究至关重要［1］。因此，一系列成骨细胞特异性的Cre系统被广泛研究应用，包括表达于成骨前体细胞的Osterixl(Osxl)　-Cre，以及表达于成骨细胞的Ⅰ型胶原 (Collαl)　-Cre，以及骨钙素OC-Cre。一旦成骨细胞形成，足以将自己包裹在骨化基质中的骨沉积，它就被称为骨细胞。骨细胞不再分泌类骨质，但是可以调控成骨细胞活力，并具有骨传导性［14］。由于极难获取及体外培养，骨细胞的相关研究主要依赖于体内模型，而Cre-loxP转基因小鼠的应用正为此提供了极大的便利。牙本质基质蛋白1(DMPl)是特异性研究骨细胞功能表型的靶基因。破骨细胞所介导的吸收降解矿化骨和钙质是维持骨内稳态的另一方面，这一过程对于形成稳定的血钙离子浓度至关重要［15］。针对破骨细胞特异性模型包括抗酒石酸盐酸性磷酸酶 (TRAP)-Cre和组织蛋白酶K(CtsK)-Cre。

以上所述各类细胞及其标记基因均如图2-3所示，以下篇幅将就骨骼研究中不同Cre启动子模型和靶细胞类型做一综述。(https://www.daowen.com)

图2-3　骨骼发生发育相关细胞分化过程，以及以其标记基因 （若无特别注明，则为小鼠源标记基因）为靶基因的Cre小鼠模型