在骨骼系统中,颅面部骨骼在其组织结构的复杂度、胚胎来源及骨调控机制等方面有别于身体的其他骨组织,因而可被视为一个相对独立的结构功能复合体。颅面骨生长发育异常不仅影响美观和器官功能,甚至损害个体中枢神经系统的发育。因此,了解颅面部骨骼的正常生长发育过程是我们能够更好地理解颅面骨发育缺陷的病因并采取有效治疗措施的必要前提。颅面骨的生长发育过程受多个信号通路的共同调控。其中,mTORC1信号通路可整合细胞内外多种信号,在细胞生长、增殖与分化、蛋白合成、自噬等功能中起着关键调控作用。然而其对成骨细胞分化及骨生成过程的调控在不同发育阶段可能作用不同。此外,以往研究大多针对mTORC1在长骨发育中的作用,而对颅面骨生长发育的影响罕有报道。基于以上问题,本研究针对C57BL/6NCrl小鼠出生后颅面部生理性生长发育的动态过程以及Tsc1条件性基因敲除所导致的颅面部异常形态发育、骨量和骨质量的改变进行表型阐述和机制探索,旨在加深了解小鼠颅面部生长发育的动态过程,并探求mTORC1信号通路对颅面骨生长发育的影响。在第一章中,我们通过文献整理,概述了人颅面骨的胚胎来源、三维生长、颅底发育及常见的颅面骨发育畸形相关疾病;同时,也对mTOR信号通路的构成、生理生化功能、相关信号间相互交通及其在骨调控中的作用进行归纳总结,为进一步实验研究提供理论基础。在第二章中,我们应用Micro-CT及相关形态学测量对出生后7天至390天的C57BL/6NCrl雌性小鼠的颅面骨生长发育动态模式进行系统性地分析。标定47个骨性标志点,测量44个线性及角度项目,并对颅面部的比例性和上下颌骨的生长协调性进行分析。实验数据表明,C57BL/6NCrl雌性小鼠颅面部有着独特而复杂的生长发育模式,且发育早期与发育后期呈现不同模式。此外,本章记录了不同组织胚胎来源、不同骨化方式成骨的颅面骨在生长发育过程中骨质量参数的动态变化,如骨厚度(thickness),骨体积(BV),骨体积分数(BV/TV),骨矿物质密度(BMD),组织矿物质密度(TMD)等,并对C57BL/6NCrl雌性小鼠与C57BL/6J雄性小鼠生长发育模式的性别差异进行对比,更完整地刻画了颅面骨生理性生长发育的复杂性和动态性,并为接下来研究颅面骨病理性生长发育提供了正常参考标准。在第三章中,我们通过对Tsc1条件性基因敲除所导致的小鼠颅面部异常形态发育的测量和分析,揭示mTORC1信号对小鼠颅面部形态发育的影响。研究结果表明,在神经嵴来源的细胞中条件性敲除Tsc1基因导致小鼠颅面部呈现长度缩短、宽度增加、高度增加、前额隆突、眶距增大等稳定遗传的典型体征,其病因为颅底蝶骨间联合(ISS)的过早融合,进而造成颅面部整体形态的发育异常。Micro-CT显示,出生后7天时,CKO小鼠ISS融合概率为60%(6/10),2月龄时融合概率为100%(10/10)。ISS融合模式均为腹侧首先融合,剩余软骨细胞向背侧移动,最终完全融合。其机制可能由于ISS中央休止区软骨细胞中高尔基体与细胞核的位置关系在发育早期阶段改变,导致部分软骨细胞的极性/运动方向改变。在第四章中,我们从骨生成及矿化的角度出发,研究讨论了Tsc1条件性基因敲除对小鼠颅面骨骨量及骨质量的影响。研究结果表明,在神经嵴来源细胞中条件性敲除Tsc1基因,导致相应颅面骨骨量进行性增加、骨矿物质密度增加;骨主要组成成分(骨矿物质、骨基质和水)所占比例改变,其中骨基质(ECM)体积增加最为显著。RNA-seq结果表明基因敲除小鼠(CKO)额骨成骨细胞的分化及矿化功能增强;参与ECM合成的基因及ECM受体integrins的基因表达增加。CKO小鼠额骨中,FAK在mRNA及蛋白水平上表达增加。应用FAK抑制剂(出生后2W-8W,50mg/kg剂量灌胃给药)无法避免CKO小鼠骨量及骨矿物质密度的增加。应用mTORC1抑制剂Rapamycin(出生后P3-2M)对Tsc1基因敲除所导致的骨量增加有良好治疗效果。以上研究结果阐述了 C57BL/6NCrl小鼠颅面部出生后正常生长发育过程,描绘了颅面骨各参数在不同发育时期的变化曲线,并揭示了 TSC1/mTORC1信号在颅面骨生长发育中的重要调控作用,为临床上寻求结节性硬化症(TS)患者骨病变的有效治疗手段以及为骨质疏松患者探求改善骨量与骨质量的潜在途径提供了实验依据。