脊椎骨发育缺陷相关的疾病，如脊椎肋骨发育不全综合症，胸腰椎综合症等，是常见的出生缺陷。这些疾病的病理发生机制仍不是很清楚。对脊椎骨早期模式发育和形态发生（Patterning andmorphogenesis）的分子机制研究，将有助于对这些病理发生过程的理解。脊椎骨从头部到尾部具有不同的区段和形态结构。在哺乳动物中，在前原节期中胚层（PSM，presomitic mesoderm）前端开始周期性的产生体节（Somite），这是脊椎骨的前身组织。大量的研究表明，这个体节形成过程是由时钟因子（Oscillator）和一些形态素（Morphogen）共同调节的。传统上认为，脊椎骨的不同区段的模式和属性（Patterningand identity）在体节分节前就已经决定了；分节后的体节根据内在已有的信号指导下，分化形成形态各异的脊椎结构。我们通过分析发现一个Ndrg基因家族的成员，Ndrg2，在脊椎骨发育以及软骨内骨化过程中特异的表达。在小鼠脊椎发育过程中，Ndrg2基因最开始表达在PSM中。在体节分节之后，Ndrg2基因表达在体节的中胚层细胞中，体节分化一段时间后Ndrg2基因的表达消失。在小鼠软骨内骨化过程中，Ndrg2基因主要表达在肢芽发育早期聚集的间充质干细胞中（MSC，mesenchymal stem cell）。当间充质干细胞开始向软骨和骨分化之后，Ndrg2主要表达在软骨膜细胞中（Perichondrium）。为了更进一步研究Ndrg2基因在脊椎骨发育过程中功能，我们构建了Ndrg2基因条件性敲除小鼠Ndrg2c/c。Ndrg2基因全身敲除小鼠Ndrg2-/-没有软骨内骨化过程的缺陷，但是表现出一系列脊椎骨同源异型转变缺陷。Ndrg2基因在这个过程中的作用具有剂量效应，Ndrg2+/-小鼠表型外显率没有Ndrg2-/-小鼠高。并且通过转基因小鼠Col1a1-Ndrg2和Col2a1-Ndrg2分别在成骨细胞和软骨细胞中过表达Ndrg2基因，也会导致脊椎骨同源异型转变缺陷。有意思的是，在软骨细胞和成骨细胞中条件性敲除Ndrg2基因的小鼠Col1a1-Cre;Ndrg2c/c和Col2a1-Cre; Ndrg2c/c，都表现出与Ndrg2-/-小鼠相似的表型，这说明Ndrg2基因是在体节模式形成之后发挥它对脊椎骨模式和属性的调节作用的。而之前人们认为脊椎骨模式和属性的决定是在体节形成之前。在分子机制上，我们发现Hox基因表达的变化与Ndrg2-/-小鼠的表型相关。我们还发现Ndrg2可能是通过抑制Bmp/Smad信号调控脊椎骨的发育。综上所述，本文首次详细的分析了Ndrg2基因在骨骼发育过程中的表达谱，并研究了其在小鼠脊椎骨发育过程中的作用。本文首次报道了Ndrg2基因的功能获得型和功能丧失型的小鼠模型。研究结果表明脊椎骨的模式和属性在体节分节之后仍然是可塑的；Hox基因的晚期功能可能对脊椎骨的模式和属性的决定也是很重要的。我们的研究拓展了人们对脊椎骨发育机制的认识，同时为脊椎骨相关疾病的治疗提供了新的理论基础。