牙缺失基因的研究進展

李藍 張博文 趙志河

[摘要] 先天缺牙屬于牙齒發(fā)育異常中牙的數(shù)目異常，在臨床中是較為常見的疾病，不僅影響患者的咀嚼功能，而且影響其發(fā)音、容貌和心理健康。目前遺傳連鎖和分子生物學研究使得部分綜合征性和非綜合征性牙缺失的基因突變得以定位。盡管作用機制尚未明了，但現(xiàn)已知涉及的重要突變因子有很多，本文就近年來與綜合征性和非綜合征性牙缺失相關的基因研究作一綜述。

[關鍵詞] 非綜合征性先天缺牙； 綜合征性先天缺牙； 基因

[中圖分類號] Q 786 [文獻標志碼] A [doi] 10.7518/hxkq.2013.04.027

先天缺牙是指牙發(fā)育過程中牙的數(shù)目異常，包括個別牙先天缺失、多數(shù)牙先天缺失和先天無牙癥。牙缺失根據(jù)是否有伴發(fā)癥狀又分為綜合征性和非綜合征性兩種。牙缺失是人類比較常見的先天性顱面畸形，正常人群中患病率為3.5%～6.5%；乳牙也存在缺失，但發(fā)生率低，為0.5%～0.9%[1]。

目前，遺傳連鎖和分子生物學研究使得部分非綜合征性和綜合征性牙缺失的基因突變得以定位。本文就非綜合征性先天缺牙和綜合征性先天缺牙有關基因的研究進展作一綜述。

1 非綜合征性牙缺失相關基因

非綜合征性牙缺失是指由牙齒數(shù)目先天不足引起的牙缺失，缺牙數(shù)目為1顆或幾顆，甚至全口無牙。缺牙數(shù)目在6顆以上稱多數(shù)牙先天缺失，6顆以下稱少數(shù)牙先天缺失。其常見遺傳模式是常染色體顯性遺傳，但隱性遺傳、X連鎖遺傳、多基因多因子遺傳方式也有報道。

目前，非綜合征性牙缺失的分子生物學發(fā)生機制還未全部了解，除了肌節(jié)同源盒基因1（muscle seg-ment homeobox gene 1，MSX1）和人類成對盒基因9（paired box homeotic gene 9，PAX9）上的一些確定突變與牙缺失有關之外，軸抑制基因-2（axis inhibi-

tion protein-2，AXIN-2）突變可能是牙缺失的誘因[2]。目前對先天缺牙的研究多集中于MSX1和PAX9基因，已有研究[3-4]證明其各自發(fā)生突變均可引起非綜合征性先天性缺牙。MSX1和PAX9是牙齒正常發(fā)育過程中必要的轉錄因子，Ogawa等[5]發(fā)現(xiàn)它們具有協(xié)同作用，PAX9基因通過與MSX1基因啟動子區(qū)域的直接結合而與MSX1蛋白之間存在遺傳上位性，這兩個分子還能聚合并協(xié)同激活骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bone mor-phogenetic protein，BMP）-4的轉錄。

1.1 PAX9

PAX9是轉錄因子配對盒基因家族成員之一，在動物和人類的胚胎、牙齒發(fā)育過程中起重要調控作用。PAX9位于14q12～13，mRNA長度為1 630 bp，由4個外顯子構成。其中第4～131位氨基酸是PAX9基因的DNA結合域，位于第2個外顯子內的這個序列高度保守，是PAX9的重要功能域，具有和某些基因啟動子的固定核苷酸序列結合而啟動基因轉錄的功能，在胚胎發(fā)育過程中對多種組織器官的發(fā)育起重要調控作用。自從2000年Stockton等[6]首次報道PAX9的框移突變導致先天性缺牙后，國內外已出現(xiàn)了該基因多個不同位點的不同突變類型導致先天性缺牙的報道，涉及的突變類型包括錯義突變、無義突變、同義突變、插入突變、移碼突變和基因缺失[6-8]。

對小鼠胚胎發(fā)育的研究發(fā)現(xiàn)，在形態(tài)學特征未出現(xiàn)前，PAX9已局限表達于將要形成的牙齒間充質細胞中，因此PAX9可作為牙齒萌出位置的標志物，PAX9缺失的胚胎，牙齒發(fā)育阻止在蕾狀期[9]。Zhao

等[10]發(fā)現(xiàn)PAX9部分突變引起人類恒磨牙的缺失，而PAX9的全部丟失可能涉及乳磨牙和恒磨牙的缺失[11]。影響牙齒發(fā)育的PAX9突變分布在第1、2、4外顯子上，Pereira等[7]研究發(fā)現(xiàn)718位核苷酸堿基由G變成C與牙缺失沒有聯(lián)系；但Kobielak等[8]認為它與第三磨牙的缺失有關，研究發(fā)現(xiàn)1031位G到A以及912位T到C的多態(tài)性改變都對牙缺失有影響。

1.2 MSX1

MSX1早期又叫Hox7，位于4p16.1上，mRNA長度為1 713 bp，是一種重要的轉錄因子，包括一個高度保守的編碼60個氨基酸長度、具有DNA結合能力的同源異型結構域的同源異型框序列。MSX1基因包括兩個外顯子，第二個外顯子包括一個同源異型結構域，該域可捆綁DNA，促進MSX1與PAX9或者其他器官形成相關分子之間的蛋白質交互作用[5]。MSX1引起牙缺失是由于單倍計量不足導致的常染色體顯性遺傳[12]。但是，MSX1常染色體隱性遺傳突變也有報

道[13]。

首例由MSX1基因突變導致的人類常染色體顯性遺傳缺牙，是在研究1例有嚴重常染色體顯性遺傳缺牙癥家族時被報道?；颊叩诙パ篮偷谌パ老忍煨匀笔В?p16位點上MSX1同源異型框序列發(fā)生G587C錯義突變。隨后的序列分析確定是31位精氨酸轉變?yōu)楦彼幔瑥亩鴮е碌鞍踪|結構改變[14]。2002年Lidral等[15]又發(fā)現(xiàn)，MSX1基因發(fā)生T182A的錯義突變，導致第61位蛋氨酸變?yōu)橘嚢彼?，可能干擾了MSX1與遠端缺失同源異型盒（distal-less homeobox，DLX）聚合體的形成，進而引起牙發(fā)育障礙和先天缺失。近年的多項研究[16]已證明：發(fā)生在MSX1基因第一個外顯子的3個突變，第二個外顯子的4個突變都與牙缺失有關，主要影響第二前磨牙、第三磨牙。也有學者[17]報道，MSX1和一些綜合征有關：如witkop

牙-甲綜合征，他們發(fā)現(xiàn)MSX1基因突變可能導致與唇裂有關的牙缺失，并且MSX1也可導致非單純性牙缺失，即牙齒缺失發(fā)生在唇腭裂區(qū)域外。

1.3 AXIN-2

AXIN-2是WNT/β-連環(huán)蛋白信號途徑的重要組成成分，其表達產物是Wnt信號轉導系統(tǒng)的負性調控因子，而Wnt信號轉導系統(tǒng)在組織發(fā)育和腫瘤發(fā)生過程中起重要作用。AXIN-2的無義突變可引起家族性牙缺失，這種牙缺失比MSX1和PAX9突變引起的表現(xiàn)型更嚴重。AXIN-2突變導致大部分恒磨牙、前磨牙、下頜切牙和上頜側切牙缺失，但上頜中切牙完整。除牙缺失外，AXIN-2突變個體還傾向于患大腸結腸癌。Lammi等[18]發(fā)現(xiàn)，在伴有大腸結腸癌易

感性的牙缺失患者中，AXIN-2基因上1966位C變成T。最近，Mostowska等[19]調查了一群已排除MSX1和PAX9基因突變的先天缺牙人群，發(fā)現(xiàn)AXIN-2的兩個異常突變，956+16位的A變成G，2062位的C變成T，使牙缺失風險增高，特別是C到T的突變，很有可能干擾拼接過程，從而影響AXIN-2在細胞中的作用。

2 綜合征性牙缺失相關基因

綜合征性先天缺牙是指先天缺牙并伴隨全身其他器官系統(tǒng)的發(fā)育異常，臨床上較常見的伴發(fā)疾病有單純性唇腭裂、少汗性外胚葉發(fā)育不全、角膜和虹膜中胚層發(fā)育障礙、witkop牙-甲綜合征等。近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，綜合征性牙缺失可能與P63、垂體同源盒2（pituitary homeobox 2 gene，PITX2）、成纖維細胞生長因子（fibroblast growth factor，F(xiàn)GF）、音猬因子（sonic hedgehog，SHH）、干擾素調節(jié)因子6

（interferon regulatory factor 6，IRF6）、外胚葉發(fā)育不全（ectodysplasin，EDA）等的基因突變有關。

2.1 P63基因

P63與口腔組織的生長分化有關，在牙早期形成中，P63對FGF信號與BMP信號的正確表達起重要作用，在小鼠實驗中發(fā)現(xiàn)，P63失活小鼠的牙齒在早期發(fā)育中發(fā)生了阻滯[20]。

Brunner等[21]發(fā)現(xiàn)P63的3q27基因突變可以導致

嚴重的常染色體顯性遺傳綜合征，包括唇腭裂相關綜合征型外胚層發(fā)育不良、無甲畸形先天性缺指綜合征、唇腭裂三型綜合征、臉緣粘連、外胚層發(fā)育不良-唇腭裂綜合征等。

2.2 PITX2基因

PITX2最先在Axenfeld-Rieger綜合征（Axenfeld-

Rieger syndrome，ARS）家系中通過定位克隆技術被發(fā)現(xiàn)。PITX2基因定位在4q25～q2，是第一個表達在既定的牙上皮中的轉錄因子，功能定位在牙齒上皮的增厚期，在蕾狀期關閉，表達于正在濃縮的間質細胞。PITX2缺失的老鼠牙齒發(fā)育阻止在蕾狀期。

Rieger綜合征包含多種組織器官發(fā)育異常導致的復雜癥狀，主要特征為眼前房發(fā)育不良、牙齒發(fā)育不全和臍帶殘端異常。在口腔頜面部主要表現(xiàn)為先天性部分缺牙、小牙、錐形牙、頜骨發(fā)育不足、輕度的下頜前突。對兩個Rieger綜合征家系的研究顯示：PITX2基因第5外顯子cDNA717～720ACTT 4個堿基缺失是引起家系Ⅰ患者Rieger綜合征的致病突變[22]。

2.3 FGF基因

FGF信號在小鼠面部和牙齒發(fā)育中起重要作用，在轉基因小鼠的研究中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF家族可能與牙根的形成生長有一定關聯(lián)[23]。成纖維細胞生長因子受

體1（fibroblast growth factor receptor 1，F(xiàn)GFR1）基

因突變（KAL2軌跡在8p12）可導致Kallmann綜合征，

其最常見的特征是牙齒發(fā)育不全和聽力障礙。這種FGFR1/KAL2突變可涉及上頜中切牙、上頜側切牙和前磨牙的缺失[24-25]。

2.4 SHH基因

SHH基因是果蠅屬脊椎動物同系物的片段極性基因。SHH基因位于7q36，長度8 909 bp。SHH下游的轉錄因子GLI3基因（7p13）突變引起的Pallister-Hall綜合征中有頜面部的異常。Pallister-Hall綜合征中牙齒的發(fā)育異?？赡苁怯捎诿嬷胁康娜诤先毕菰斐傻?，切牙蕾形成最初是正常的，由于上頜突生長減少，導致左右牙板不成熟的融合，最終導致了中切牙蕾融合，形成單個中切牙[26]。

2.5 IRF6基因

IRF6屬于轉錄因子家族，是口面發(fā)育的關鍵因子，其基因由10個外顯子組成，第1、10外顯子以及部分第9外顯子不翻譯。IRF6在轉化生長因子發(fā)育信息通路中起重要作用。表達分析顯示，IRF6在融合腭的中間邊緣、牙蕾、發(fā)囊、生殖器和皮膚有較高水平的表達。Vieira等[27]認為IRF6與人類牙缺失有密切關系，其中由IRF6基因突變引起的Van der Woude綜合征是最常見的綜合性腭裂形式。除了唇腭裂，患者還伴有切牙和前磨牙的缺失。

2.6 EDA基因

少汗型外胚層發(fā)育不良癥（hypohidrotic ectoder-mal dysplasia，HED）是一種罕見的先天遺傳性疾病，95%為X連鎖隱性遺傳。男性患者表現(xiàn)為典型的汗腺發(fā)育異常、毛發(fā)稀疏、牙齒發(fā)育不全三聯(lián)征；而女性患者癥狀較為多樣。其致病基因EDA定位于Xq12～q13.1，編碼一種新的腫瘤壞死因子（tumor necrosis

factor，TNF）配體家族蛋白EDA。

已知的HED主要有4種遺傳形式。1）常染色體顯性：由2q11～q13的外胚層發(fā)育不良受體（EDA recep-tor，EDAR）基因（GeneID 10913）突變引起；2）常染色體隱性：由EDAR基因（GeneID 10913）和1q42.3～q43與程序性細胞死亡相關EDAR基因（EDAR-asso-

ciated death domain，EDARADD）（GeneID 128178）變異引起；3）X連鎖隱性：由Xql2～q13.1的EDA基因（GeneID 1896）變異引起；4）HED伴免疫缺陷（HED and immunodeficiencv syndrome，HED-IDS）：基因突變定位于17q11.2的核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）必需調節(jié)蛋白基因（GeneID 51701）[28]。

綜上所述，分子生物牙科學為牙缺失提供了更好的治療前景，對牙缺失基因和分子的研究有助于找到更好的方案解決牙缺失問題，只有掌握疾病的病因，才能采取最佳防治措施，但牙缺失的機制尚需進一步的深入研究。

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（本文編輯 杜冰）