TGF-β3基因與腭裂發(fā)生的相關(guān)研究進(jìn)展

梁碩，史辛藝，王志斌，關(guān)方霞，2

(1.鄭州大學(xué)生物工程系 河南 鄭州 450001;2.河南省醫(yī)學(xué)科學(xué)院 河南 鄭州 450003)

唇腭裂是新生兒口腔頜面部最常見的一種先天性發(fā)育畸形，其發(fā)病率因地域、人種和民族而異，我國的發(fā)生率約為0.182%，居新生兒出生缺陷發(fā)生率的首位［1］。唇腭裂分為綜合征型和非綜合征型兩種，綜合征型唇腭裂是指以某綜合征的表型之一出現(xiàn)的，通常多由單個基因突變引起;而非綜合征型唇腭裂(nonsydromic cleft of lip with or without palate，NSCL/P)，是指單發(fā)的唇裂、腭裂或唇裂合并腭裂，是一種排除了其他系統(tǒng)畸形和綜合征的唇腭裂，占唇腭裂的70%以上。NSCL/P的病因比較復(fù)雜，目前認(rèn)為它是由遺傳和環(huán)境因素相互作用所致的一種多基因多因素遺傳病?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)與唇腭裂相關(guān)基因有很多，常見的有 BCL3，TGFA，TGF-β3 等，其中轉(zhuǎn)化生長因子-3(transforming growth factor-β，TGF-β3)是腭突發(fā)育過程中的關(guān)鍵因子之一。因此本文就TGF-β3基因與腭裂發(fā)生的相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為深入研究該病的病因提供參考依據(jù)。

1 TGF-β3在腭發(fā)育過程中的作用

TGF-β3基因位于14q24，大小為43 kb，含6個內(nèi)含子和7個外顯子，編碼一系列TGF-β家族蛋白，參與調(diào)節(jié)胚胎發(fā)生和細(xì)胞分化，它是TGF-β家族中非常重要的一員。TGF-β家族在腭發(fā)育過程中調(diào)控細(xì)胞增殖、分化和凋亡，細(xì)胞移行，上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，細(xì)胞外基質(zhì)的合成及沉積，基底膜的降解等。在哺乳動物中TGF-β 有3 種亞型:TGF-β1、TGF-β2 和 TGF-β3。盡管3種亞型結(jié)構(gòu)相似，含7l%～76%相同的基因序列，都通過Smads或MAPKs信號通路，并且在不同種族間具有高度保守性，但它們在腭突發(fā)育過程中的作用卻是各不相同的。研究表明，TGF-β3基因缺陷小鼠往往都形成腭裂，提示TGF-β3在兩側(cè)腭突的融合過程中起主要作用;TGF-β2基因缺陷小鼠多有上頜骨和下頜骨畸形，其中腭裂的發(fā)生率為23%;TGF-β1基因缺陷小鼠在胚胎第11天之前死亡，無法研究其在上腭發(fā)育中的作用［2］。

1.1 腭的發(fā)育過程 胚胎早期原始鼻腔和口腔是彼此相通的，腭的發(fā)育使口腔與鼻腔分開。胚胎發(fā)育至第9周左右時，兩側(cè)的側(cè)腭突與前腭突自外向內(nèi)、向后方向生長，最后形成完整的大部分硬腭、軟腭和懸雍垂，將口腔與鼻腔完全隔開。整個過程包括兩側(cè)腭突的生長、上抬、粘附及融合等。其中腭突中嵴上皮(medical edge epithelia，MEE)細(xì)胞在腭突融合過程中顯得尤為重要:首先是其外層上皮細(xì)胞從腭突接觸點(diǎn)開始發(fā)生程序性細(xì)胞死亡脫落，然后通過側(cè)腭突內(nèi)細(xì)胞的緊密接觸形成腭中線，側(cè)腭突發(fā)生向水平方向的轉(zhuǎn)動并向中線生長。MEE細(xì)胞進(jìn)一步通過細(xì)胞凋亡、分化及上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化等途徑降解。腭中線隨著細(xì)胞的降解而消失，間充質(zhì)細(xì)胞在中線處融合，形成完整的腭［3］。腭的發(fā)育過程受許多因素的影響，可能出現(xiàn)發(fā)育異常從而導(dǎo)致腭裂或頜裂。

1.2 TGF-β3在胎鼠腭發(fā)育過程中的表達(dá) 小鼠孕11～16 d相當(dāng)于人類的孕6～12周，該時期是腭部發(fā)育的關(guān)鍵時期。孕11.0～11.5 d，上頜突長出腭突并垂直延伸，此時TGF-β3僅在上皮細(xì)胞中表達(dá)，并持續(xù)表達(dá)至上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化結(jié)束、MEE細(xì)胞消失為止。孕12.0～12.5 d，腭突仍呈垂直生長，可分別在上皮及間充質(zhì)細(xì)胞中檢測到 TGF-β1和 TGF-β2的表達(dá)。孕13.0～13.5 d，腭突抬高，TGF-β3 在上皮細(xì)胞中表達(dá)升高，促進(jìn)了腭中線的形成［4］。孕14.0～14.5 d，兩側(cè)腭突接觸前MEE細(xì)胞中的TGF-β3表達(dá)水平開始迅速升高，口腔樣上皮及鼻腔樣上皮中也有TGF-β3表達(dá)。TGF-β1和TGF-β3在同種上皮細(xì)胞中均有表達(dá)，TGF-β2則在間充質(zhì)細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，少量MEE細(xì)胞中也有 TGF-β2 表達(dá)［4］。腭中線形成后，TGF-β3 表達(dá)水平達(dá)最高峰，上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化活躍。孕15.0～15.5 d，腭突開始聯(lián)會融合，MEE細(xì)胞持續(xù)表達(dá)TGF-β1和TGF-β3，直至MEE細(xì)胞完全失去其上皮表型轉(zhuǎn)化為間充質(zhì)細(xì)胞［4］，但與孕 13.5～14.5 d 相比，尚未完成轉(zhuǎn)化的上皮細(xì)胞TGF-β3的表達(dá)量明顯減少［4］，腭中線兩側(cè)的間充質(zhì)細(xì)胞TGF-β2持續(xù)高表達(dá)［5］。孕16.0～16.5 d，融合后的腭組織中只含少量表達(dá)TGF-β3的上皮細(xì)胞，TGF-β3主要在間充質(zhì)細(xì)胞中表達(dá);TGF-β2在中線兩側(cè)間充質(zhì)細(xì)胞中廣泛表達(dá)，而TGF-β1只在腭突和鼻突的骨化區(qū)表達(dá)。

2 TGF-β3在腭發(fā)育過程中的作用機(jī)制

目前，研究發(fā)現(xiàn)TGF-β3在腭發(fā)育過程中，對腭突生長和抬高的作用不大，主要作用于腭突的融合過程。Taya等［3］第一次提出 TGF-β3是通過誘導(dǎo) MEE細(xì)胞表面絲足的形成來促進(jìn)腭突融合的，并將其作用機(jī)制闡明如下:①絲足使MEE細(xì)胞的表面積增大，有利于腭突接觸粘附;②絲足富集大量的細(xì)胞粘附分子和細(xì)胞橋粒為腭突接觸粘附提供便利;③絲足能使MEE細(xì)胞表面電荷減少，對腭突接觸和粘附十分重要;④絲足能使細(xì)胞轉(zhuǎn)化能力增強(qiáng)，有利于MEE細(xì)胞轉(zhuǎn)化為口腔樣上皮或鼻腔樣上皮及上皮間充質(zhì)，促使腭中線降解。新近研究［6］發(fā)現(xiàn)，與正常小鼠相比，在腭突接觸前，TGF-β3基因缺陷小鼠MEE細(xì)胞中的某些細(xì)胞外基質(zhì)分子和細(xì)胞粘附分子表達(dá)異常。而在體外實(shí)驗(yàn)中添加外源性TGF-β3可恢復(fù)TGF-β基因缺陷小鼠MEE細(xì)胞中上述分子的表達(dá)量及分布，可促進(jìn)腭突融合。

腭中線降解是腭突融合過程中十分關(guān)鍵的一環(huán)。目前關(guān)于腭中線降解機(jī)制的研究較多，但分歧較大，主要集中在細(xì)胞移行途徑和細(xì)胞程序性死亡途徑兩點(diǎn)上。Murillo等［7］認(rèn)為腭中線降解僅經(jīng)過細(xì)胞移行途徑，而Dudas等［8］認(rèn)為腭中線降解僅經(jīng)過細(xì)胞程序性死亡途徑。盡管對腭中線降解途徑的認(rèn)識存在分歧，但他們一致認(rèn)同不管是細(xì)胞移行還是細(xì)胞程序性死亡均為TGF-β3所誘導(dǎo)。而 Ahmed等［9］研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞移行和細(xì)胞程序性死亡都參與了TGF-β3誘導(dǎo)的腭中線降解，其始發(fā)反應(yīng)為細(xì)胞周期停滯，還發(fā)現(xiàn)上述3個反應(yīng)是有序而獨(dú)立的過程。Iordanskaia等［10］進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞周期停滯是上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化和細(xì)胞凋亡的先決條件，處于G1/S期的細(xì)胞進(jìn)入上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，處于G2/M期的細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞凋亡。細(xì)胞周期停滯主要由TGF-β1基因誘導(dǎo)，上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化和細(xì)胞凋亡主要由TGF-β3基因誘導(dǎo)，而上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化和細(xì)胞凋亡的同時還受到多種信號分子的調(diào)控，如p38MAPK、TGF-β 受體、Smads、STAT3 及 PKA 等［11］。

3 TGF-β3基因的多態(tài)性與腭裂發(fā)生的相關(guān)性

TGF-β3基因與腭裂發(fā)生相關(guān)的認(rèn)識基于對基因敲除小鼠的研究。Kaariene等［2］和 Taya等［3］研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β3-/-小鼠表現(xiàn)為腭裂畸形，但無其他顱面畸形發(fā)生。Brunet等［12］應(yīng)用TGF-β3抗體及反義寡核苷酸抑制 TGF-β3，可阻斷正常小鼠腭板的融合。而Yang和Lee［13］研究發(fā)現(xiàn)，在雞胚腭裂模型中添加外源性TGF-β3，可誘導(dǎo)其腭板融合。

關(guān)于TGF-β3基因多態(tài)性與人類NSCL/P關(guān)系的研究報道結(jié)果各不相同。國內(nèi)朱江輝等［14］對170個NSCL/P核心家庭成員DNA標(biāo)本進(jìn)行TGF-β3 CA重復(fù)序列多態(tài)性檢測。經(jīng)傳遞不平衡檢驗(yàn)和基于單體型的單體型相對危險度檢驗(yàn)分析，未發(fā)現(xiàn)TGF-β3 CA重復(fù)序列多態(tài)性與NSCL/P發(fā)生之間有關(guān)系，但應(yīng)用家系為基礎(chǔ)的相關(guān)性檢驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)TGF-β3基因突變與NSCL/P發(fā)病危險之間有關(guān)聯(lián)。林健燕等［15］對200例NSCL/P患者各基因位點(diǎn)多態(tài)性檢測，發(fā)現(xiàn) TGF-β3 G15572多態(tài)性與母親妊娠早期被動吸煙、感染史、補(bǔ)充維生素及父親知曉妊娠前吸煙、飲酒對NSCL/P的發(fā)生具有交互作用。而劉寧等［16］對48例NSCL/P患者的TGF-β3基因SfaNI多態(tài)性進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)其與中國人群 NSCL/P發(fā)生無關(guān)。國外Suazo等［17］對智利150例NSCL/P患者及其父母的TGF-β3基因進(jìn)行等位基因遺傳不平衡檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)TGF-β3基因多態(tài)性與NSCL/P有關(guān)。但Marazita等［18］針對多國820個家庭6565例的標(biāo)本進(jìn)行了連鎖分析，結(jié)果卻未發(fā)現(xiàn)TGF-β3基因多態(tài)性與NSCL/P相關(guān)。有研究表明，先天性腭裂患者TGF-β3基因很少發(fā)生突變［19］，僅表現(xiàn)為表達(dá)水平的改變。Nogai［20］、Gan［21］、柴茂洲等［22］在動物實(shí)驗(yàn)中也得出了相同的結(jié)論。提示TGF-β3基因表達(dá)異常與腭裂發(fā)生具有相關(guān)性，其機(jī)制可能與該基因DNA甲基化等表觀遺傳現(xiàn)象有關(guān)。

4 總結(jié)與展望

在動物實(shí)驗(yàn)中，TGF-β3基因在胚胎腭發(fā)育的關(guān)鍵時期表達(dá)，并參與腭突融合的調(diào)控，因此，TGF-β3基因突變與腭裂的發(fā)生具有明確的因果關(guān)系。但在臨床研究中，TGF-β3基因的多態(tài)性與腭裂相關(guān)性的研究結(jié)果卻不相同，這可能與地域、種族及研究方法的差異有關(guān)。而TGF-β3基因在胚胎時期腭發(fā)育過程中的作用機(jī)制尚未闡明，腭裂發(fā)生是否與環(huán)境-基因相互作用有關(guān)也需進(jìn)一步研究。

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