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Sirt1基因属于组蛋白去乙酰化酶III型基因家族成员,与酵母菌的沉默信息调节因子（silent information regulator 2,Sir2）同源。它不仅能催化组蛋白,还能作用于非组蛋白转录因子底物,能与多种信号通路（Wnt、Notch等）中的蛋白如FOXOs、P53、NF-κB、c-Myc等相互作用,参与神经保护、细胞衰老与凋亡、代谢疾病、炎症、癌症、氧化应激反应等过程。虽然有文章报道特异性敲除间充质干细胞Sirt1能够抑制骨髓间充质干细胞增殖与分化而降低骨容量,但特异性间充质干细胞过表达Sirt1对骨骼发育及成骨细胞骨形成的影响至今未见报道。为了研究Sirt1在调节骨骼发育及成骨细胞骨形成中的作用及机制,我们利用基因工程技术构建了间充质干细胞特异性高表达Sirt1的转基因小鼠(Sirt1TG)。通过鉴定发现,Sirt1蛋白和基因表达水平在Sirt1TG小鼠骨组织中均明显增加,而在其它组织中则无明显变化。为了明确间充质干细胞过表达Sirt1对骨骼生长和骨形成的影响,我们利用X线摄影、微CT扫描及三维重建、组织学、和免疫组化等方法,比较分析了4周龄野生型（WT）和Sirt1TG小鼠骨骼表型的差异。结果发现:与同窝WT小鼠相比,长骨大小、软骨生长板宽度、Ⅱ型胶原总灰度值、骨容量、成骨细胞数、碱性磷酸酶（ALP）、Ⅰ型胶原（Col-Ⅰ）阳性面积百分比和成骨及成骨细胞分化相关基因表达水平,包括Runx2、ALP、Col-Ⅰ和骨钙素（OCN）及Wnt3a-LRP5通路相关基因水平,在Sirt1TG小鼠明显增加,而抗酒石酸酸性磷酸酶（TRAP）阳性破骨细胞面在Sirt1TG小鼠明显减少。这些结果证明Sirt1间充质干细胞过表达能够通过促进软骨内骨形成和成骨细胞骨形成,抑制破骨骨吸收而加速骨骼生长和骨形成。为了明确Sirt1间充质干细胞过表达促进成骨细胞骨形成是否与促进BM-MSC增殖和向成骨细胞分化有关,通过骨髓细胞体外培养、细胞化学染色及图像分析方法检测了BM-MSC增殖和向成骨细胞分化能力的变化。结果显示:Sirt1转基因小鼠骨髓细胞其甲基蓝染色阳性成纤维细胞集落形成单位（CFU-f）面积、ALP阳性CFU-f面积百分率均较WT小鼠明显增加。这些结果证明了Sirt1过表达能够促进BM-MSC增殖和向成骨细胞分化。鉴于Sirt1的激活剂白藜芦醇是一种天然的抗氧化剂,能够清除或抑制氧自由基生成,我们推测Sirt1在间充质干细胞的过表达也可能通过抑制氧化应激,发挥促进小鼠骨骼发育的作用。我们检测了同窝4周龄WT和Sirt1TG小鼠的骨髓细胞和骨组织中氧化应激相关指标的变化。结果显示:与WT小鼠相比,活性氧镞（ROS）水平在Sirt1TG小鼠明显降低,而抗氧化酶基因包括SOD1、SOD2、GPX1、GSR、TXN表达水平以及抗氧化酶蛋白包括SOD1、SOD2、Prdx1、Prdx4表达水平在Sirt1TG小鼠均明显上调。这些结果说明Sirt1间充质干细胞过表达能够通过提高骨骼组织的抗氧化能力,抑制氧化应激,从而发挥促进小鼠生长发育的作用。我们先前的研究发现Bmi-1（B细胞淋巴瘤滤过性病毒插入位点1）基因敲除小鼠表现为成熟前衰老和骨质疏松表型,并且伴有Sirt1蛋白表达水平明显下调。为了明确Sirt1间充质干细胞过表达能否纠正或改善Bmi-1缺失小鼠的成熟前衰老和骨质疏松表型,我们建立了Sirt1间充质干细胞过表达的Bmi-1缺失(Sirt1TGBmi-1-/-)小鼠,并比较分析了它们与WT、Sirt1TG、Bmi-1-/-小鼠的表型差异。结果发现:与Bmi-1-/-小鼠相比,Sirt1TGBmi-1-/-小鼠的生存期明显延长,体重明显增加。这些结果说明Sirt1间充质干细胞过表达能够延长Bmi-1-/-小鼠的寿命,改善其生长发育。为了明确Sirt1间充质干细胞过表达能否纠正和改善Bmi-1-/-小鼠的骨骼生长阻滞和成熟前骨质疏松的表型,我们利用影像学、组织学、组织化学和免疫组织化学、Real-time PCR等方法,比较分析了4周龄小鼠的骨骼表型差异。结果发现:与同窝Bmi-1-/-小鼠相比,长骨长度、软骨生长板宽度和Ⅱ型胶原总灰度值、骨容量、成骨细胞数、碱性磷酸酶（ALP）、Ⅰ型胶原（Col-Ⅰ）阳性面积百分比和成骨及成骨细胞相关基因表达水平,包括Runx2、ALP、Col-Ⅰ和骨钙素（OCN）及Wnt3a-LRP5通路相关基因水平在Sirt1TGBmi-1-/-小鼠均明显增加,而抗酒石酸酸性磷酸酶（TRAP）阳性破骨细胞面在Sirt1TGBmi-1-/-小鼠明显减少。这些结果证明Sirt1间充质干细胞过表达能够通过促进软骨内骨形成和成骨细胞骨形成,抑制破骨骨吸收,而发挥改善Bmi-1缺失引起的骨骼生长阻滞和成熟前骨质疏松的作用。为了明确Sirt1间充质干细胞过表达改善Bmi-1缺失引起的成熟前骨质疏松是否与其抑制氧化应激有关,我们利用2’,7’-二氯荧光黄双乙酸盐（DCF-BA）掺入和流式细胞仪检测、Real-time PCR和Western blot等方法比较分析了四种基因型小鼠骨髓细胞中ROS水平以及骨组织抗氧化酶基因和蛋白及p53和p21蛋白表达水平的变化。结果显示:与Bmi-1-/-小鼠相比,活性氧镞（ROS）水平和抗氧化酶基因包括SOD1、SOD2、FOXO3a、GPX1、GSR、TXN的表达以及抗氧化酶蛋白包括SOD1、SOD2、FOXO3a的表达在Sirt1TGBmi-1-/-小鼠中均明显上调,而细胞周期依赖性蛋白激酶抑制因子p53和p21在Sirt1TGBmi-1-/-小鼠明显下调。这些结果说明Sirt1间充质干细胞过表达能够通过提高骨骼抗氧化能力,抑制氧化应激,延缓骨骼衰老,从而发挥促进小鼠骨骼生长发育的作用。本研究结果证明了Sirt1间充质干细胞过表达能够通过抑制氧化应激,促进BM-MSC增殖和向成骨细胞分化、刺激软骨内骨形成和成骨细胞骨形成、抑制破骨细胞骨吸收,发挥促进骨骼生长发育的作用。同时,我们还证明了Sirt1间充质干细胞过表达能够通过上述机制,纠正了Bmi-1缺失引起的成熟前衰老、骨骼生长阻滞和骨质疏松。本研究结果不仅阐明了Sirt1间充质干细胞过表达在促进骨骼生长发育中的作用机制,而且为Sirt1作为刺激成骨细胞骨形成的靶标用于防治骨质疏松提供了理论和实验依据。