骨肿瘤是常见的原发性肿瘤,其中软骨瘤和骨性骨肉瘤是骨骼系统中最常见的两种肿瘤。这两种肿瘤通常好发于长骨处,不仅影响患者日常生活,同时极易发生转移。由于对传统的放疗和化疗不敏感,手术切除是目前唯一有效的治疗手段。因此,研究其发生和发展的分子和细胞机制将有助于开发更加安全有效的治疗方式。以往的研究已经发现多种基因的突变均能直接导致软骨瘤或骨肉瘤的发生。然而不同肿瘤中确切的细胞起源与参与其中的基因突变仍然有待进一步研究。Hedgehog信号通路是一类在进化上十分保守的信号通路,在胚胎图式发育和器官发生,以及出生后调控成体干细胞维持和组织稳态中都发挥着非常重要的作用。许多研究表明hedgehog信号通路的异常也会参与多种肿瘤疾病的发生。在不同基因突变引起的骨肿瘤发生及恶化过程中都发现了hedgehog信号通路的过度激活。虽然已经有大量研究证实hedgehog信号通路自身在胚胎时期骨和软骨发育中存在信号的明显激活,然而其在骨肿瘤中的作用并不十分清楚。在本研究中我们构建了Prrx1-CreERT;Ptch1^f/f转基因小鼠,通过注射他莫昔芬（tamoxifen,TAM）诱导特异性敲除hedgehog信号通路的负调控受体Ptch1,在出生后的间充质干细胞中特异性激活hedgehog信号。通过这一系统,我们详细研究了hedgehog信号在小鼠出生后骨发育和骨肿瘤发生发展中的作用及分子机制。研究结果表明,间充质干细胞中特异性激活hedgehog信号通路在小鼠的长骨中诱发了软骨瘤和骨膜外骨肉瘤的发生,并且肿瘤的产生伴随着骨关节形态畸形和关节炎样损伤的发生。通过谱系示踪实验我们确认了突变小鼠中软骨瘤和骨肉瘤全部来源于Prrx1⁺表达的细胞。进一步研究发现,Ptch1敲除的突变小鼠主要通过增强了hedgehog下游转录因子Gli1与Wnt5a和Wnt6启动子的结合激活了Wnt信号,从而促进了间充质干细胞的增殖和异常分化。通过小分子化合物IWP2阻断Wnt信号,可以有效挽救Prrx1-CreERT;Ptch1^f/f小鼠中的骨肿瘤和关节畸形表型。这些实验结果证明,异常激活的hedgehog信号诱发了Wnt旁分泌信号通路的改变,引起细胞命运决定的变化,造成软骨细胞和成骨细胞分化异常和生长紊乱,最终导致了肿瘤的发生。综上所述,我们的研究阐释了间充质细胞中异常激活的hedgehog信号通路通过调控Wnt信号通路导致不同类型的骨肿瘤的同时发生。提示Ptch1敲除小鼠可以作为研究骨肿瘤的良好动物模型,hedgehog信号通路也可以作为有效的治疗骨肿瘤的靶点。同时,我们的研究也拓展了Prrx1⁺细胞的定义,这类细胞不仅是骨髓内部软骨和成骨的祖细胞,并且在骨膜上也定义了一类成骨细胞的前体,为了解骨肿瘤的细胞学基础提供了一定的参考。