Bmi1基因属于Polycomb基因家族成员,能抑制细胞周期素依赖性激酶抑制因子p16^ink4a和p19^arf,其与造血、神经、白血病和骨髓间充质干细胞等的自增殖有关。为了探讨Bmi1间充质干细胞过表达在调节骨骼生长发育中的作用,我们构建了Bmi1间充质干细胞过表达小鼠模型(Bmi1^Tg)。我们选取了8周龄同窝WT和Bmi1^Tg小鼠,利用组织学、组织化学、免疫组织化学、Real time RT-PCR、Western blot和骨髓间充质干细胞培养等方法比较分析了WT和Bmi1^Tg小鼠的表型差异。比较分析发现相较于同窝WT小鼠,Bmi1^Tg小鼠长骨、肝、脑、肠、肺和肾等组织以及BM-MSCs中Bmi1的RNA和蛋白表达水平明显增高,且体型大小、体重、长骨大小和重量、生长板宽度、骨密度、小梁骨容量/组织容量（BV/TV）、骨骺、皮质骨容量及小梁骨数量、成骨细胞数、碱性磷酸酶（ALP）和I型胶原阳性面积、成骨相关基因包括Runx2、ALP、COL-I、和骨钙素（OCN）的表达水平、BM-MSCs的总成纤维细胞集落形成（CFU-f）和ALP阳性CFU-f数量显著增加。而Bmi1^Tg小鼠的骨小梁分离度和TRAP阳性破骨细胞面相较于WT小鼠明显降低。这些结果说明我们成功建立了Bmi1间充质干细胞过表达的转基因小鼠模型,并且Bmi1间充质干细胞过表达能够通过促进BM-MSCs增殖和向成骨细胞分化,同时抑制破骨细胞骨吸收,从而发挥促进骨骼生长发育的作用。先前研究表明Bmi1缺失通过抑制骨髓间充质干细胞的增殖和向成骨细胞分化导致骨骼生长阻滞和骨质疏松表型。为了明确Bmi1间充质干细胞过表达是否能够纠正Bmi1缺失引起的生长阻滞和骨质疏松表型,我们构建了Bmi1间充质干细胞过表达的Bmi1^-/-(Bmi1^Tgg Bmi1^-/-)小鼠,运用影像学、组织化学、免疫组织化学和骨髓间充质干细胞培养等方法比较分析它们与同窝WT、Bmi1^Tg和Bmi1^-/-小鼠的表型差异。结果显示:Bmi1骨髓间充质干细胞过表达虽然不能完全纠正Bmi1^-/-小鼠的表型,但可以延长其生存期、增加其体型和体重,并增加其长骨大小、重量、长度和生长板宽度。骨密度、小梁骨骨容量/组织容量百分率、骨骺、皮质骨容量、骨小梁数目、成骨细胞数、ALP和COL-I阳性面积百分比以及BM-MSCs的总成纤维细胞集落形成（CFU-f）和ALP阳性CFU-f数量在Bmi1^TgBmi1^-/-小鼠中明显增加,而TRAP阳性破骨细胞面在Bmi1^TgBmi1^-/-小鼠明显减少。这些结果说明Bmi1在间充质干细胞过表达能够通过其直接作用促进BM-MSC增殖和向成骨细胞分化,抑制破骨细胞骨吸收,发挥促进骨骼生长发育的作用;同时也说明Bmi1在其它组织中的表达能够通过其间接作用改善造骨微环境,发挥其在调节骨骼生长发育中的作用。先前我们利用基因工程的方法,在小鼠甲状旁腺素相关肽基因第84位氨基酸序列后敲入一个氨基酸翻译终止密码子TGA,使其只表1-84位,而缺乏NLS和C-末端,建立了一个缺失PTHrP NLS和C-末端小鼠模型,称为PTHrP Knock-In（PTHrP KI）小鼠。PTHrP KI小鼠表现为严重的生长阻滞和成熟前衰老以及骨质疏松表型。然而,PTHrP NLS和C-末端在调节骨骼发育和成骨细胞骨形成中的作用及机制尚不明确。我们发现在PTHrP KI小鼠体中Bmi1表达水平下调,因而我们推测Bmi1和PTHrP共定位于细胞核且存在相互作用,为了明确Bmi1间充质干细胞过表达是否能够纠正PTHrP NLS和C末端缺失引起的成熟前衰老和骨质疏松,我们构建了Bmi1间充质干细胞过表达的PTHrP KI(Bmi1^TgKI)小鼠,运用影像学、分子生物学、组织化学、免疫组织化学和骨髓间充质干细胞培养等方法,比较分析了它们与同窝WT、Bmi1^Tg和PTHrP KI小鼠的表型差异。结果发现:Bmi1间充质干细胞过表达虽然不能完全纠正PTHrP KI小鼠的表型,但可以延长其生存期、增加其体型和体重,并增加其长骨大小、长度和生长板宽度。骨密度、小梁骨骨容量/组织容量百分率、骨骺、皮质骨容量、骨小梁数目、成骨细胞数、ALP和COL-I阳性面积百分比以及BM-MSCs的总成纤维细胞集落形成（CFU-f）和ALP阳性CFU-f数量在Bmi1^TgKI小鼠中明显增加。Bmi1^TgKI小鼠中成骨相关基因包括Runx2、ALP、COL-I和骨钙素（OCN）表达水平,抗氧化酶相关基因包括SOD1/2、谷胱甘肽还原酶（GSR）和谷胱甘肽过氧化物酶1（GPX1）、硫氧还蛋白（Txn1）和过氧化物酶（CAT）以及SOD1和Bmi1蛋白表达水平较PTHrP KI小鼠均明显上调。而相较于PTHrP KI小鼠,骨小梁分离度、TRAP阳性破骨细胞面、RANKL与OPG比值以及破骨相关基因包括TRAP和RANKL表达水平、细胞增殖和凋亡相关基因包括p16、p19、p21、p27和p53mRNA以及p16、p19、p21、p53和Caspase-3蛋白表达水平在Bmi1^TgBmi1^-/-小鼠均明显减少。此外,Bmi1^TgKI小鼠的细胞增殖核抗原（PCNA）和抗凋亡蛋白Bcl-2的蛋白表达水平相较于PTHrP KI小鼠明显上调。这些结果说明Bmi1间充质干细胞过表达能够通过抑制p16和p19信号通路,促进骨髓间充质干细胞增殖和分化及成骨细胞骨形成,抑制破骨细胞骨吸收、氧化应激和细胞凋亡,从而发挥促进骨骼生长发育的作用,发挥改善PTHrP KI引起的成熟前衰老和骨质疏松的作用。本研究率先建立了Bmi1间充质干细胞过表达的转基因小鼠模型,该模型是一个研究Bmi1在调节骨骼生长发育中的作用及机制的重要动物模型。我们的结果表明,Bmi1作为PTHrP核定位序列的下游靶标构成PTHrP-Bmi1信号轴通过抑制p16和p19信号通路。此外,Bmi1在其它组织中的表达能够通过其间接作用改善造骨微环境,发挥其在调节骨骼生长发育的作用。本研究进一步阐述了PTHrP核定位序列和C末端在调节骨骼生长发育中的作用机制,为临床应用PTHrP核定位序列和C末端或抗氧化剂防治骨质疏松提供了理论和实验依据。