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研究目的:牙根在承受、传递和分散咀嚼压力等方面具有重要作用。牙根短小、牙根缺如等短根疾病可导致牙早失,影响患者的发音、美观和咀嚼功能,严重危害患者的身心健康。牙根牙本质由成牙本质细胞形成,是牙根的主体结构,因此,探究牙根牙本质的形成机制,对阐明牙根发育的分子机理、预防由于牙根过短导致的牙早失具有重要意义。已有研究报道BMP（bone morphogenetic proteins,BMPs）信号通路及相关转录调节因子参与牙根发育的多个步骤,但其在牙根牙本质形成的作用及机制尚不明确。因此,本课题利用条件性基因敲除小鼠模型,探究I型BMP受体ACVR1介导的BMP信号在牙根成牙本质细胞分化及牙根牙本质形成中的重要作用,为临床治疗牙根发育性疾病及牙根再生提供新思路和新靶点。研究方法:1、在成牙本质细胞中特异性敲除Acvr1基因。收集持续喂养普通饲料的出生后5天含报告基因的转基因小鼠下颌骨;收集自合笼检栓开始喂养含多西环素饲料并于出生当天更换为普通饲料的出生后7天含报告基因的转基因小鼠下颌骨。通过荧光显微镜观察报告基因表达位置,间接反映Cre重组酶的活化位置。2、收集出生后42天的对照组(Osterix-Cre;Acvr1 fx/+)小鼠和Acvr1条件性基因敲除(Osterix-Cre;Acvr1 fx/-)小鼠的下颌骨,固定后,经micro-CT扫描测量下颌第一磨牙牙根长度;收集出生后14天/21天/42天的对照组小鼠和Acvr1条件性基因敲除小鼠的下颌骨,固定后,脱钙、脱水、石蜡包埋及矢状面切片,获得小鼠下颌第一磨牙矢状面连续切片。通过HE染色分别测量牙根发育不同时期（出生后14天/21天/42天）对照组小鼠和Acvr1条件性基因敲除小鼠的下颌第一磨牙牙根长度,明确ACVR1是否可引起短根。通过免疫组织化学染色,检测出生后14天和出生后42天对照组小鼠和Acvr1条件性基因敲除小鼠的下颌第一磨牙DSP/DMP1/BSP的表达水平,探究ACVR1对牙根牙本质的形成和成牙本质细胞的分化的作用。通过天狼星红染色,检测出生后42天对照组小鼠和Acvr1条件性基因敲除小鼠的下颌第一磨牙胶原的形成,确定ACVR1对成牙本质细胞胶原形成能力的影响。研究结果:1、报告基因表达于出生后的成牙本质细胞中,提示Osterix-Cre在这些细胞中被活化,因此间接确定Acvr1基因可在出生后的成牙本质细胞内被敲除。2、成牙本质细胞内Acvr1基因特异性敲除导致小鼠下颌第一磨牙牙根变短且牙根牙本质形成异常。Micro-CT扫描结果示,与对照组相比,出生后42天的Acvr1基因敲除组小鼠下颌骨短小、牙根变短、根管壁变薄。HE染色结果显示,成牙本质细胞内Acvr1基因特异性敲除后,与对照组相比,出生后14天/21天42天的Acvr1基因敲除组小鼠下颌第一磨牙牙根变短,出生后42天时,可见牙根有骨样牙本质形成。3、成牙本质细胞内Acvr1基因特异性敲除导致牙根成牙本质细胞成牙向分化下降,进一步影响胶原的分泌和形成。免疫组织化学染色结果发现,同对照组相比,Acvr1基因敲除组小鼠在出生后14天,临近根分叉处的成牙本质细胞内的DSP、DMP1和BSP的表达均未见明显差异,但在出生后42天DSP表达降低、DMP1表达有降低趋势,嵌入骨样牙本质内的细胞甚至无DMP1的表达,但BSP的表达未见明显差异。天狼星红染色可见,出生后42天,Acvr1基因敲除组小鼠磨牙牙根牙本质胶原纤维呈黄色和绿色,而且排列紊乱、甚至呈不光滑的毛刺样突起突入髓腔内。这说明Acvr1基因敲除小鼠牙根牙本质以较为细小的尚未完全成熟的胶原纤维为主。研究结论:1、I型BMP受体ACVR1促进成牙本质细胞的成牙向分化。2、I型BMP受体ACVR1促进磨牙牙根牙本质有序形成。