BMP信号和FGF信号这两条信号通路中一些重要的家族成员的异常表达会导致很多人类疾病的发生。成纤维细胞生长因子8（FGF8）功能紊乱将导致特发性低促性腺激素性性腺功能减退、唇腭裂等,其中特发性低促性腺激素性性腺功能减退患者伴有腋毛和阴毛缺如。BMP信号和FGF信号在调节毛囊发育过程中扮演着极其重要的作用。已有文献报道发现,在人类斑秃患者中发现BMP2的表达显著下降,这可能是斑秃的发病的原因之一。本论文将着重探讨Bmp2、Bmp4、Fgf8和Fgf18在小鼠毛囊发育中作用。BMP2和BMP4是BMP通路中十分重要的两个配体,在器官的发生、发育及分化等方面起到不可替代的作用。Bmp2和Bmp4从早期毛囊发生时开始表达,其表达区域和表达强度伴随着毛囊周期性循环变化而变化。在本实验中,我们首先将K14-Cre和Bmp2f/f小鼠进行交配,构建出在上皮细胞（表皮细胞）中条件性敲除Bmp2基因的K14-Cre;Bmp2f/f小鼠。K14-Cre;Bmp2f/f小鼠出生后能够正常生活,前期无明显表型。但是其毛发从出生后第19天（P19）开始出现周期性脱落的现象。为了确定Bmp2是否参与调控早期毛囊的发育,我们收取了毛囊发育关键时期的胎鼠,进行组织切片。形态学观察的结果表明,Bmp2条件性敲除小鼠毛囊在早期形态发生阶段没有明显异常。免疫组化和原位杂交的结果也显示,K14-Cre;Bmp2f/f小鼠在胎龄14.5（E14.5）和E17.5时,毛囊早期发育相关标记基因（Lef1、Shh、Bmp4、Sox2）的表达情况与野生型小鼠相似。形态学的结果显示,Bmp2基因的敲除导致小鼠毛囊退化期和静止期缩短。扫描电镜和半薄切片染色的结果表明,Bmp2基因的敲除导致小鼠毛小皮结构异常。透射电镜的结果进一步证实,K14-Cre;Bmp2f/f小鼠毛小皮的高密度电子层被破坏。免疫组化和免疫荧光的结果发现,K82和AE13的表达明显下降。这些结果进一步确认了K14-Cre;Bmp2f/f小鼠毛小皮的发育异常。以上结果说明,表皮细胞中的BMP2信号是调控小鼠出生后毛囊发育必不可少的生长因子,表皮细胞中条件性敲除Bmp2,导致小鼠毛囊发育周期出现紊乱,毛小皮结构发育异常,最终导致K14-Cre;Bmp2f/f小鼠出生后出现周期性秃毛的现象。接着,我们将K14-Cre小鼠和Bmp4f/f小鼠进行交配,构建出在表皮来源的细胞中条件性敲除Bmp4基因的K14-Cre;Bmp4f/f小鼠。令人惊讶的是,K14-Cre;Bmp4f/f小鼠表型一切正常,无秃毛现象。为了进一步确定表皮细胞中的Bmp4信号是否参与调控毛囊的发育,我们收取一系列毛囊发育关键时间点的胎鼠,对其背部皮肤进行组织切片。我们利用了一系列实验手段,从形态学（HE染色）、蛋白水平和m RNA水平分别比较了同期野生型小鼠和K14-Cre;Bmp4f/f小鼠的毛囊发育情况及各毛囊发育关键基因（包括毛囊早期发育相关标记基因Lef1、Shh、Sox2、Pdgfrα和出生后毛囊发育关键基因AE13、AE15和Gata3）的表达情况。结果证明,虽然在毛囊发生开始就在毛囊表皮细胞中检测到了微弱的BMP4信号,但表皮细胞中的BMP4信号对调控毛囊的发育作用不大,或它的功能能够被家族中其他配体所替代,因此,K14-Cre;Bmp4f/f小鼠毛囊发育正常。为了进一步确认Bmp4在毛囊发育过程中是否毫无作用,我们将K14-Cre小鼠、Bmp2f/f小鼠和Bmp4f/f小鼠进行交配,构建出表皮来源的细胞中条件性敲除Bmp2和Bmp4基因的K14-Cre;Bmp2f/f;Bmp4f/f小鼠。通过对小鼠的观察,K14-Cre;Bmp2f/f;Bmp4f/f小鼠秃毛表型更加严重的。在P13就开始秃毛,并且长时间保持类似裸鼠的无毛状态,直到新一波毛发的萌出,但新萌出的毛发十分稀疏。免疫荧光的结果证实,Bmp2和Bmp4共同参与调控内根鞘的鞘小皮发育分化。Fgf8在胚胎发育中多个器官的发生形成及发育分化起着关键作用。我们构建了在表皮中特异过表达Fgf8的小鼠模型。突变小鼠全身无毛、个体偏小,存活时间约为一个月左右。我们对其无毛症状进行进一步研究,组织学结果分析表明,突变型小鼠从E17.5开始,毛囊发育停滞在第二阶段。统计学分析发现,与野生型小鼠相比,突变型小鼠的毛囊密度显著下降。原位杂交的实验结果表明,Fgf8的持续激活提高了Bmp4的表达,进而降低了毛囊密度。免疫组化的结果表明,过度激活Fgf8降低Shh和Gli1的表达,而Shh表达的缺失会抑制毛囊向下生长。虽然突变型小鼠Lef1的表达水平与野生型小鼠没有明显区别,但其表达位置出现明显的异常。与野生型相比,突变小鼠毛囊的Sox2的表达没有出现明显异常。免疫荧光的结果证实,过度激活Fgf8会提高PDGF信号。同时,Fgf8的过表达抑制了表皮细胞的增殖,并且促进表皮细胞凋亡,毛囊表皮细胞增殖和凋亡速率的改变抑制了毛囊的发育。根据以上结果,我们得出结论,紊乱的FGF8信号抑制毛囊发育。已有研究报道发现,Fgf18的敲除会导致毛囊的静止期缩短。鉴于FGF18在胚胎发育中的关键作用,我们构建了在表皮中特异过表达Fgf18的小鼠模型,进一步研究Fgf18在毛囊发育中的作用。突变小鼠表现出毛囊发育异常和毛发稀疏的表型。组织学结果分析表明,突变型小鼠毛囊发育缓慢,且毛囊发育速度从颈部到尾部逐渐降低。碱性磷酸酶染色结果发现,与野生型小鼠相比,突变型小鼠的毛囊密度显著下降。免疫组化分析发现,E14.5和E17.5时,Lef1和Sox2的表达在突变型小鼠毛囊与野生型小鼠毛囊中没有明显区别。然而,与野生型小鼠相比,突变型小鼠毛囊Shh的表达明显降低。免疫荧光的结果发现,突变型小鼠毛囊和野生型小鼠毛囊中的Pdgfrα表达模式基本一致。同时,与野生型小鼠相比,Fgf18的过表达不影响表皮细胞的增殖。但是,过度激活Fgf18促进表皮细胞凋亡,抑制了毛囊的向下生长。结果表明,FGF18信号在毛囊发育的调节中起着重要作用。综上所述,本论文重点研究了Bmp2、Bmp4、Fgf8和Fgf18在毛囊发育过程中所扮演的角色。论文阐明了由Bmp2缺失引起的小鼠周期性秃发,突出了BMP2在毛囊发育中的关键作用,并明确强调了在毛囊发育过程中,Bmp2和Bmp4共同参与调控鞘小皮的发育。Fgf8和Fgf18过度激活都能引发毛囊发育异常,毛囊数量减少以及毛囊发育的停滞。本文的研究结果进一步说明,在毛囊的发育过程中,FGF和BMP信号组成复杂的信号网络,精确调控毛囊的形态发生和周期性循环。