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研究背景:脊柱后纵韧带骨化（OPLL）患者颈胸段后纵韧带异位骨化形成，可压迫脊髓及其神经根，导致肢体不同程度功能瘫痪。随着社会节奏日益加快，此病在中国呈逐年上升趋势。但是由于病因不明确，目前尚无有效治疗方法，因此其发病机理是目前研究重点。大量研究表明OPLL具有遗传易感性。全基因组芯片对OPLL患者候选基因进行筛选发现BMP4基因表达具有明显的临床意义，但仅限于通过基因表达方式进行研究，未考虑基因突变情况以及促进OPLL发生发展的具体机制。研究方法：本课题对450例OPLL患者和550例正常对照BMP4基因进行完整测序后，通过关联研究分析与OPLL的发生和严重程度密切相关的多态性位点,将携带上述位点的BMP4基因分别包装入慢病毒载体，转染鼠骨髓间充质干细胞(BMSCs)，构建BMP4基因诱导的间充质干细胞成骨分化模型，并将此基因改造的细胞分别注射入裸大鼠大腿股四头肌腱，建立BMP4基因诱导异位骨化模型。使用动物活体成像系统（FX-PRO）对移植部位骨化发生情况进行历史学和影像学分析，比较各组骨化发生情况差异。并运用qRT-PCR和Western Blot技术分别对转染细胞、动物异位骨化包块和临床手术后纵韧带组织的BMP4基因，成骨因子ALP和细胞信号通路关键蛋白Smad1/5/8、p38MAPK进行蛋白半定量分析。研究该基因突变可能引起的BMP4异常表达，诱导成骨的程度差异和参与诱导成骨的主要细胞信号通路。实验结果：1.关联研究：等位基因统计发现BMP4基因18个SNPs位点,其中SNP8 (C>T; p<0.001; OR: 1.58),SNP13 (rs17563C>T;p<0.001; OR: 1.76)和SNP14 (rs76335800A>T; p<0.001; OR: 1.68)与OPLL发生密切相关。将上述位点的递加模型和已报道OPLL高危环境因素建立逻辑回归模型进行统计纠正后发现：SNP8 (p < 0.001; OR: 3.48), SNP13 (p < 0.001;OR: 2.22)和SNP14 (p < 0.001; OR: 1.99)仍具有显著统计学意义。在该基因内发现一3-kbp紧密连锁不平衡区，单倍体TGGGCTT (p < 0.001, OR: 2.54)与OPLL的发生和严重程度密切相关。(p <0.002). 2.功能研究：在细胞水平，（rs17563T）/（rs17563C）转BMP4基因细胞：BMP4蛋白表达为3倍(p<0.001)，成骨因子ALP蛋白表达3.4倍(p<0.001)，信号通路蛋白Smad1，5，8为4,2倍(p<0.001)，p38MAPK为3.6倍（p<0.001）。在动物水平：（rs17563T）/（rs17563C）BMP4包块：BMP4蛋白表达为2.3倍(p<0.01)，成骨因子ALP蛋白表达2.6倍(p<0.01)，信号通路蛋白Smad1，5，8为3.1倍(p<0.001)，p38MAPK为2.72（p<0.001），包块体积为2.5倍。在手术组织水平：（rs17563T）/（rs17563C）BMP4组织：BMP4蛋白表达为2.3倍(p<0.01)，成骨因子ALP蛋白表达2.6(p<0.01)，信号通路蛋白Smad1，5，8为3.1倍(p<0.001)，p38MAPK为2.72（p<0.001），包块跨越锥体数为2.6倍。结论：在中国北方地区，人BMP4基异常突变可引起自身过量表达，并通过Smad和p38MAPK细胞途径促进OPLL异位形成，加重OPLL严重程度。