小鼠翼突内侧板的次级软骨在腭帆张肌路径引导中起关键作用

《Journal of Anatomy》：Secondary cartilage in the murine medial pterygoid plate has a critical role in the pathfinding of the tensor veli palatini

本文通过小鼠模型，系统研究了翼突内侧板（Medial Pterygoid Plate, MPP）及其钩突（Pterygoid Hamulus, PH）的发育起源、结构整合及其与腭帆张肌（Tensor Veli Palatini, TVP）的相互作用。研究揭示了MPP是一种由神经嵴来源的双组分结构，其背侧部分通过Runx2依赖的膜内成骨发育，而腹侧部分和PH则通过Sox9依赖的软骨内成骨形成次级软骨。尤为重要的是，该研究首次证明腹侧MPP和PH形成的软骨性结构，对于TVP肌肉的早期路径引导至关重要，这为理解哺乳动物颅面功能发育提供了新的机制见解。

　　

1. 引言

哺乳动物幼崽能够有效吮吸，依赖于在口腔后部形成密封，这需要腭帆张肌（Tensor Veli Palatini, TVP）与翼突钩突（Pterygoid Hamulus, PH）的精确协同。翼突内侧板（Medial Pterygoid Plate, MPP）支撑着PH，是这一功能结构的关键组成部分。然而，关于MPP和PH的发育起源、结构组成及其与TVP的功能关系，此前尚未完全阐明。本研究旨在利用小鼠模型，深入探究MPP的个体发育、谱系及其在TVP肌肉路径引导中的作用。

2. 材料与方法

研究使用了野生型小鼠及条件性基因敲除小鼠品系，包括Wnt1Cre;Runx2^fl/fl、Wnt1Cre;Sox9^fl/fl，以及用于谱系追踪的Wnt1Cre;tdTom和Mesp1Cre;tdTom小鼠。胚胎样本取自胚胎期（E）13.5至E18.5。通过三色染色、免疫荧光（检测Sox9、Runx2、肌肉标记12/101等）、胶原杂交肽（B-CHP）染色以及谱系追踪技术，对MPP和PH的发育过程进行了详细的时空分析。

3. 结果

3.1 多元素共同构建翼突内侧板

对E14.5至E17.5胚胎的组织学分析显示，MPP在发育早期（E14.5）即呈现为两个独立的凝聚体：背侧凝聚体（dMPP，呈天狼星红弱阳性）和腹侧凝聚体（vMPP，阿尔新蓝阳性）。到E15.5，MPP表现出明确的双组分结构：dMPP形成骨性桥连接基蝶骨（Basisphenoid, BS）和vMPP，PH在MPP后端呈现为圆形结构。随后，dMPP逐渐骨化并与BS融合，而vMPP和PH则维持软骨状态。在TVP与MPP之间，观察到一个滑囊（Bursa）的形成，这可能用于减少肌肉运动时的摩擦。

3.2 翼突内侧板具有独特的分子特征

免疫荧光分析揭示了MPP不同区域的分子差异。在E13.5，dMPP已表达成骨关键因子Runx2，而vMPP则开始表达软骨形成关键因子Sox9。随着时间的推移，vMPP在软骨内成骨过程中开始共表达Runx2和Sox9，而PH则始终仅表达Sox9，保持为软骨。B-CHP染色显示，dMPP和BS在E14.5就出现了活跃的胶原重塑，而vMPP的胶原重塑则发生较晚（E16.5），PH在整个胚胎期未发生明显的胶原重塑。这证实了vMPP是一种发育较晚的“次级软骨”。

3.3 翼突内侧板与钩突均源自神经嵴

谱系追踪实验表明，在Mesp1Cre;tdTom（标记中胚层）小鼠中，MPP、PH及邻近的BS区域几乎不表达红色荧光蛋白（RFP）。相反，在Wnt1Cre;tdTom（标记神经嵴）小鼠中，整个MPP、PH及与之相连的BS区域均显示出强烈的RFP标记。这强有力地证明了MPP及其相关结构完全来源于神经嵴，而更靠尾侧的BS部分则可能来源于中胚层。

3.4 腹侧MPP与钩突引导早期肌肉路径寻找

通过条件性基因敲除模型，研究进一步验证了不同组分的功能。在Wnt1Cre;Runx2^fl/fl突变体中，dMPP的膜内成骨被破坏而缺失，但vMPP和PH的软骨结构依然存在。有趣的是，TVP肌肉纤维仍能正常地环绕残留的软骨结构走行。然而，在Wnt1Cre;Sox9^fl/fl突变体中，神经嵴来源的vMPP和PH的软骨形成被完全抑制，尽管dMPP正常骨化。此时，TVP肌肉失去了正确的迁移路径，未能延伸至腭部区域，而是聚集在MPP侧面形成一团杂乱的细胞团。这明确表明，vMPP和PH形成的软骨性结构，是引导TVP肌肉早期路径寻找的关键支架。

4. 讨论与结论

本研究证实小鼠翼突内侧板是一个复合结构，其背侧部分通过Runx2依赖的膜内成骨方式发育，而腹侧部分及钩突则通过Sox9依赖的软骨内成骨途径形成次级软骨。谱系追踪明确了这些结构完全来源于神经嵴。最重要的发现是，腹侧MPP和钩突形成的软骨并非简单的结构支撑，它们在胚胎发育早期为TVP肌肉的迁移和路径寻找提供了必需的物理引导。当这一软骨性引导结构缺失时，TVP肌肉无法正确定位，这可能会影响后续软腭 stiffening 功能的建立，进而可能影响吮吸等关键哺乳动物行为。

综上所述，翼突内侧板及其钩突的协调发育，融合了不同的成骨模式，并主动引导了关键肌肉的形态发生。这一发现不仅深化了我们对颅面复合结构发育机制的理解，也为相关肌肉导向异常所致的功能障碍提供了潜在的发育生物学解释。未来研究可进一步探索肌肉活动是否反向影响MPP的形态发生，以及这一复杂结构在哺乳动物进化中的起源机制。