Ｍｓｘ１基因多態(tài)性與非綜合征性唇腭裂

吳 旋 綜述，萬偉東 審校

脊椎動物Msx1基因在胚胎發(fā)育過程中多個部位表達，該基因是顱面、四肢和外胚層器官正常形態(tài)形成所必需。近年研究表明，Msx1基因多態(tài)性與非綜合性唇腭裂密切相關(guān)，現(xiàn)就Msx1基因與非綜合征性唇腭裂之間的關(guān)系綜述如下。

1Msx1基因分子生物學(xué)特性

Msx基因家族成員包括Msx1、Msx2、Msx3，Msx1又稱HOX7。Msx1基因是同源異型盒（homeobox）基因家族的成員，同源異型盒基因是一類高度保守的DNA 序列，其共同特點是具有180個核苷酸長度的同源區(qū)，編碼由60 個氨基酸折疊成的3個α- 螺旋結(jié)構(gòu)[1]，該結(jié)構(gòu)被稱為同源異型域(homeodomain，HD)，HD與其N-末端部分氨基酸殘基共同構(gòu)成同源異型蛋白的DNA結(jié)合域(DNA-binding)，與特異的DNA結(jié)合。同源盒基因產(chǎn)物的同源結(jié)構(gòu)域，特異性地識別以5'-TAAT-3'為核心的10-12bp的DNA序列[2]，作為轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子調(diào)節(jié)靶基因的表達。但同源結(jié)構(gòu)域與DNA的相對親和性有所不同。這種差異也許與同源盒基因產(chǎn)物和靶基因間選擇性的相互作用有關(guān)[3]。充當(dāng)轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的同源盒基因，既可以是轉(zhuǎn)錄的抑制子，也可以是激活子。這種雙向式的調(diào)節(jié)與靶基因的序列無關(guān)，只與跟其他轉(zhuǎn)錄因子的相互作用有關(guān)[4]。

人類Msx1基因定位于染色體4p16，含2個外顯子及1個內(nèi)含子。具有高度保守性，全長為3911bp，編碼含303個氨基酸的蛋白，其中有60個為DNA結(jié)合氨基酸。Msxl作為核轉(zhuǎn)錄因子，具有促進生長發(fā)育和抑制分化的作用，是器官發(fā)育過程中的主調(diào)控基因。Homeobox 基因編碼的蛋白在胚胎發(fā)育中參與形成確定形態(tài)信息的自身調(diào)控和轉(zhuǎn)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[5]。Msx1基因突變與人類口面裂、牙發(fā)育不全等有關(guān)[6]。

作為轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的同源盒基因，并不是單獨起作用，而是與其他的同源盒基因構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。同源盒基因與其他轉(zhuǎn)錄因子聯(lián)合起作用，對于同源盒基因的功能特異性是必要的[7]。Msx1和Msx2在頜面部、牙胚發(fā)育過程中的各個發(fā)育階段內(nèi)均以頻繁重疊、彼此相關(guān)的方式進行表達，從基因定位方面提示了它們之間的功能冗余(functional redundancy)，即當(dāng)Msx2的作用逐漸減弱時，Msx1的作用可能相應(yīng)增強，兩者調(diào)控硬組織形成的功能可以相互補充[8-9]，其機制尚不清楚。同源盒基因Msx和Dlx主要表達在脊椎動物特殊的結(jié)構(gòu)中，如顱骨、牙齒、肢體、體軸和附肢骨骼及三部分腦中。Msx蛋白的功能是作為轉(zhuǎn)錄抑制子，而Dlx蛋白則作為轉(zhuǎn)錄激動劑。它們相互影響對方的轉(zhuǎn)錄活動，提示兩者在發(fā)育過程中存在相互補充或拮抗的機制[10]。

2Msx1與非綜合征性唇腭裂

非綜合征性唇腭裂（NSCL/P）是人類最常見的先天性畸形之一。流行病學(xué)調(diào)查表明，國外新生兒唇腭裂發(fā)病率約為1‰，而在我國約為1.2‰，它不但造成嚴(yán)重面部畸形，還往往影響患兒語言、聽力，甚至引起心理障礙，給家庭、社會帶來巨大壓力，這就迫切需要闡明唇腭裂的發(fā)病機理。近年研究表明，Msx1基因突變與非綜合征性唇腭裂密切相關(guān)。

2.1 Msx1編碼區(qū)多態(tài)性和NSCL/P：Msx1編碼區(qū)的exon1編碼150個氨基酸，exon2編碼147個氨基酸，編碼區(qū)突變致氨基酸變異大多集中在exon1。Jezewski[11]等對Msx1進行測序分析時發(fā)現(xiàn)的氨基酸突變有，E78V，G98E，G110GV，114G，G116E，L118L。同時證實同義突變G110G（c>t）在亞洲人群的非綜合性唇腭裂中有顯著意義。缺失突變（811-816缺失）在Iowa州人群中與非綜合性唇腭裂的關(guān)聯(lián)性亦被發(fā)現(xiàn)，具有統(tǒng)計學(xué)意義。Yasushi Suzuki[12]等對一組越南NSCL/P核心家庭研究時發(fā)現(xiàn)Msx1基因中兩種錯義突變，P147Q和G98E。其中P147Q，即該基因的第一個外顯子第440個堿基由C變?yōu)锳，此人群中2%的患者有這種點突變，有統(tǒng)計學(xué)意義。Tongkobpetch S[13]等對100名泰國非綜合性唇腭裂患者的Msx1編碼區(qū)進行分析，在外顯子2編碼區(qū)的羧基末端新發(fā)現(xiàn)了兩個突變G267C及P278S，而在162名對照組中沒有發(fā)現(xiàn)此兩種突變。Jungyong Park[14]等以52名韓國非綜合征性唇腭裂患者為對象，對Msx1基因內(nèi)部及其周圍9.8kb長度的序列進行了測序分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了7個snp位點，其中位于exon2的第7個SNP，1170G/A在韓國非綜合性唇腭裂人群中有著顯著意義，當(dāng)以基因型GG為參照時，等位基因A的患病風(fēng)險顯著下降；當(dāng)以等位基因A為參照時，患此病的風(fēng)險隨著等位基因G出現(xiàn)幾率的增加而增大。Vieira等[15]對智利45個NSCLP家系進行研究，發(fā)現(xiàn)MsxI基因兩個錯義突變(G16D和G34A) ， G16D突變可能破壞了一個剪接位點，導(dǎo)致唇腭裂的形成。De Muynck等[16]研究發(fā)現(xiàn)，在一個唇腭裂家系的3個個體中發(fā)現(xiàn)一個新的MsxI突變，C559T，導(dǎo)致編碼氨基酸由谷氨酸轉(zhuǎn)變成終止信號。

2.2 Msx1非編碼區(qū)多態(tài)性和NSCL/P：Daniele Fallin等[17]用直接測序法對Msx1的內(nèi)含子進行了測序分析，鑒定了8個snps位點，只有snp7，c2204a和snp8，g2284a的傳遞不平衡分析有統(tǒng)計學(xué)意義，同時證實了內(nèi)含子中的CA4重復(fù)微衛(wèi)星標(biāo)志與非綜合征性唇腭裂的相關(guān)性，這一點與Beaty[18]等在2002年的報道相符合，進一步證實了CA4重復(fù)微衛(wèi)星在非綜合征性唇腭裂中的作用。Jezewski[11]等在一個Iowa州病例中的5'UTR端發(fā)現(xiàn)了一個突變，-247C->T突變體，先證者除了雙側(cè)唇裂外還有多種先天畸形，并有一個非綜合征性雙側(cè)唇腭裂的舅舅。

2.3 Msx1基因在NSCL/P形成過程中的表達及調(diào)節(jié)：人類連鎖和連鎖不平衡研究發(fā)現(xiàn)， Msx基因特殊編碼序列的突變，可能會使Msx編碼蛋白缺失，從而引起其功能不足，導(dǎo)致遠(yuǎn)端面芽萌出缺乏，隨之發(fā)生一期或二期腭裂[19]。突變Msx1蛋白缺乏N端結(jié)構(gòu)域，無法調(diào)節(jié)細(xì)胞周期素(cyclin D1)，故抑制分化[20]。Msx1在腭基質(zhì)中的表達表明其在腭發(fā)育過程中有一直接作用。Zhang等[21]報道Msx1在腭基質(zhì)中的表達局限在腭架的前份。基因敲除Msxl的小鼠出現(xiàn)口面裂畸形和少牙畸形[22]。Kuratani S[23]證實人的Msxl缺陷出現(xiàn)口面裂畸形和牙齒發(fā)育不全，而成雙的基因敲除鼠的Msxl和goosecoid基因，則出現(xiàn)中耳缺陷和腭裂。

Msx1基因表達的調(diào)節(jié)由多種機制完成，包括維甲酸、反義“抑制子”、生長因子以及與其他轉(zhuǎn)錄因子相互作用。李鑫[24]用MTT方法觀察對照組、RA（維甲酸）處理組細(xì)胞的增殖變化，原位雜交檢測兩組細(xì)胞中Msx基因擴增水平的變化，結(jié)果濃度為1×10-8mol/L的RA明顯抑制腭突細(xì)胞的增殖，Msx基因表達陽性，提示RA通過誘導(dǎo)Msx基因的表達而抑制細(xì)胞增殖，在腭裂發(fā)生過程中Msx基因是RA發(fā)揮生物學(xué)作用的靶基因。Berdal 等研究[25]證實，Msx1 mRNA和反義RNA之間的平衡控制著Msx1編碼蛋白的水平，雙向轉(zhuǎn)錄的Msx1同源結(jié)構(gòu)域可能通過調(diào)控Msx1蛋白的水平，對細(xì)胞間信號傳導(dǎo)和分化起作用，在牙齒發(fā)育的生物礦化過程和顱頜面發(fā)育中發(fā)揮重要作用。

2.4 Msx1與其他NSCL/P相關(guān)基因協(xié)同作用：Astanand Jugessur[26]等對TGF-α，TGF-β3， Msx1三個基因的突變位點及其不同基因突變位點的相關(guān)性進行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)TGFA等位基因表型所起的作用在Msx1CA4基因型的患者中非常顯著，具有顯著的統(tǒng)計學(xué)意義。Beaty[18]等研究證實TGF-β3附近的D14S61標(biāo)志和Msx1的CA重復(fù)微衛(wèi)星標(biāo)志的連鎖不平衡分析有意義。Vieira等[27]對217名南美非綜合性唇腭裂患兒Msx1和TGF-β3的聯(lián)合作用進行分析，分析結(jié)果提示Msx1和TGF-β3的聯(lián)合作用促進了南美人群唇腭裂的發(fā)生。

2.5 Msx1與環(huán)境聯(lián)合在NSCL/P中的作用：Beaty[18]研究表明Msx1CA重復(fù)微衛(wèi)星與患者母親吸煙的聯(lián)合作用與非綜合征性唇腭裂相關(guān)性顯著，or值顯示Msx1CA4純合型嬰兒其母親有吸煙史的患病風(fēng)險是母親無吸煙史的4倍。PAULA對吸煙和酒精與候選基因的聯(lián)合作用與非綜合征性唇腭裂的相關(guān)性進行了研究，發(fā)現(xiàn)具有TGF-β3或 Msx1等位基因突變的嬰兒，若其母親有吸煙史（≥10支/天）則患cp的風(fēng)險升高；通過比較發(fā)現(xiàn)母親酗酒（≥4次/月）的嬰兒患CLP的風(fēng)險明顯增加，尤其是帶有Msx1等位基因突變的患兒，其患CLP的幾率比未突變的顯著升高。

綜上所述，同源盒基因Msx1突變在非綜合征性唇腭裂形成過程中發(fā)揮重要作用。對Msx1基因編碼的轉(zhuǎn)錄因子如何調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)信號級聯(lián)反應(yīng)并介導(dǎo)誘導(dǎo)組織間相互作用，下位靶基因及其對器官發(fā)生中相關(guān)細(xì)胞過程的確切作用機制等方面的進一步研究，將為闡明疾病的分子生物學(xué)機制，以及臨床開展非綜合征性唇腭裂患者的產(chǎn)前診斷、早期基因修正、孕期外源性生長因子治療等研究奠定理論基礎(chǔ)。

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[收稿日期]2007-06-29[修回日期]2007-08-30

編輯/李陽利