Nfic在牙根發(fā)育中的調(diào)控作用研究進(jìn)展

張校晨 綜述;白玉娣 審校

(第四軍醫(yī)大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院，陜西西安710032)

牙齒健康在當(dāng)今社會(huì)越來(lái)越受到關(guān)注，牙根的修復(fù)甚至再生是至關(guān)重要的一方面。Nfic作為哺乳動(dòng)物擁有的一類編碼位置特異性的轉(zhuǎn)錄因子，在牙根發(fā)育過(guò)程中起到了關(guān)鍵作用，涉及成牙本質(zhì)細(xì)胞的正常分化、牙本質(zhì)基質(zhì)的合成、分泌等多個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)該調(diào)控通路的認(rèn)識(shí)將有助于牙齒的一系列相關(guān)臨床治療和基礎(chǔ)研究。本文就Nfic對(duì)牙根發(fā)育的調(diào)控作用的相關(guān)研究作一綜述。

1 Nfic概述

Nfic是核因子I(nuclear factor I，NFI)家族成員，NFI家族屬于轉(zhuǎn)錄復(fù)制因子，是一種編碼位置特異性的轉(zhuǎn)錄因子，首先是作為腺病毒DNA體外復(fù)制所必需的一系列蛋白而被發(fā)現(xiàn)［1］;其在眾多不同組織、器官、細(xì)胞的基因表達(dá)方面均發(fā)揮著重要的作用［2］。NFI家族在脊椎動(dòng)物中主要有4個(gè)成員，分別為Nfia、Nfib、Nfic和Nfix。有研究顯示，Nfia突變小鼠出現(xiàn)腦部發(fā)育缺陷［3］;Nfib突變小鼠肺和腦部發(fā)育缺陷［4］;Nfix突變小鼠腦部和骨骼發(fā)育缺陷［5］;而Nfic則在牙根發(fā)育中發(fā)揮重要作用。Steele-Perkins等［6］最早發(fā)現(xiàn)，敲除 Nfic基因的小鼠牙根發(fā)育障礙，幾乎沒有牙根，從而推測(cè)該轉(zhuǎn)錄因子在牙根發(fā)育啟動(dòng)中具有重要作用。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，野生型小鼠的下頜和上頜磨牙分別有2～3個(gè)牙根，而Nfic缺陷小鼠的磨牙牙冠發(fā)育正常，但沒有牙根，表明Nfic突變可使小鼠牙根形成過(guò)程有缺陷，無(wú)法發(fā)育為正常牙根，同時(shí)該研究還表明，Nfic的作用相對(duì)獨(dú)立，其缺失并不影響NfI家族其他3個(gè)成員的基因表達(dá)。另一項(xiàng)研究［7］從出生后的大鼠磨牙中針對(duì)序列保守的Nfic基因第二外顯子設(shè)計(jì)引物P1、P2，擴(kuò)增出了Nfic特異片段，證實(shí)Nfic在大鼠牙冠發(fā)育后期、牙根發(fā)育前期有表達(dá);同時(shí)根據(jù)第二外顯子和Nfic mRNA 3＇端的非翻譯區(qū)設(shè)計(jì)引物，擴(kuò)增出了多種特異的Nfic可變剪接體，證實(shí)牙齒發(fā)育后期表達(dá)Nfic基因的多種剪接體，提示Nfic基因?qū)ρ栏l(fā)育有重要的、多方面的調(diào)控作用。

2 Nfic對(duì)牙根發(fā)育的調(diào)控作用

2.1 牙根發(fā)育

牙根發(fā)育是一個(gè)復(fù)雜的、多機(jī)制共同作用完成的發(fā)育過(guò)程，包括根部成牙本質(zhì)細(xì)胞的分化和成熟、牙本質(zhì)基質(zhì)的分泌和礦化、以及牙骨質(zhì)的發(fā)育和牙根形狀的調(diào)控等多個(gè)環(huán)節(jié)。牙根的發(fā)育與上皮根鞘有著密切關(guān)系，小鼠磨牙的牙冠發(fā)育完成后，頸環(huán)處成釉器的內(nèi)、外釉上皮結(jié)合并向根尖方向遷移，形成兩層上皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)的鞘狀結(jié)構(gòu)，即赫特維希上皮根鞘(hertwig’s epithelial root sheath，HERS);HERS通過(guò)與周圍的牙源性間充質(zhì)相互作用，最終形成牙根和牙周組織。但是，嚙齒類動(dòng)物的切牙與磨牙牙根的發(fā)育模式不同，切牙的牙冠不斷生長(zhǎng)，且不形成典型的牙根結(jié)構(gòu)。嚙齒類動(dòng)物的切牙牙冠發(fā)育完成后，頸環(huán)處的成器不形成HERS結(jié)構(gòu)，僅以“根尖蕾”形式存在;“根尖蕾”包括內(nèi)、外釉上皮及其中間的星網(wǎng)層［8］，星網(wǎng)層中的牙源性上皮細(xì)胞可不斷形成新的內(nèi)、外釉上皮，從而使切牙的牙冠不斷生長(zhǎng)，因此“根尖蕾”結(jié)構(gòu)又被稱作上皮干細(xì)胞龕［9］。嚙齒類動(dòng)物切牙的這種發(fā)育被稱為“牙冠發(fā)育模式”，而其磨牙和人類的牙齒則是典型的牙根發(fā)育模式，根部牙乳頭細(xì)胞在HERS細(xì)胞誘導(dǎo)下可分化為柱狀或立方形的成牙本質(zhì)細(xì)胞，細(xì)胞間彼此連接并整齊排列為一層;其中的細(xì)胞通過(guò)有序分泌牙本質(zhì)基質(zhì)而形成管狀牙本質(zhì)［10］。同時(shí)，上皮根鞘對(duì)牙骨質(zhì)的生成也有重要的誘導(dǎo)作用，牙骨質(zhì)是一種高度反應(yīng)性礦化組織，其生物活性對(duì)保持牙根完整及維持牙齒的正常位置必不可少。上皮根鞘細(xì)胞可誘導(dǎo)牙囊細(xì)胞形成成牙骨質(zhì)細(xì)胞而產(chǎn)生牙骨質(zhì);部分上皮根鞘細(xì)胞還可通過(guò)“上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)換”直接成為成牙骨質(zhì)細(xì)胞參與牙根的發(fā)育［11］。此外，牙根的長(zhǎng)度、彎曲度、厚度和牙根的數(shù)量，可能都是由上皮根鞘和外胚間葉細(xì)胞決定的，因此，上皮根鞘對(duì)于牙根的正常發(fā)育起到了至關(guān)重要的作用。

2.2 Nfic與HERS

由于受到HERS中Sonic Hedgehog(Shh)信號(hào)的調(diào)控，其下游基因Nfic在牙根發(fā)育中發(fā)揮了重要的作用。Shh不僅表達(dá)于牙胚發(fā)育各階段的上皮細(xì)胞，亦表達(dá)于HERS細(xì)胞，有學(xué)者［12］將Shh蛋白顆粒置于腎被膜下，并同時(shí)植入Nfic基因缺陷小鼠的下頜骨組織，并未觀察到正常牙根組織形成;而當(dāng)同時(shí)植入其他基因(如:Smad)缺陷小鼠的下頜骨時(shí)，則能觀察到 Nfic、牙本質(zhì)涎磷蛋白(dentin sialophosphoprotein，DSPP)的表達(dá)，表明Nfic的上游調(diào)控基因來(lái)自于HERS細(xì)胞產(chǎn)生的Shh信號(hào)，而Nfic是Shh的下游分子，Shh可誘導(dǎo)Nfic、DSPP的表達(dá)。這些結(jié)果提示，Nfic是牙根發(fā)育所必須的，尤其是根部牙本質(zhì)的形成。

2.3 Nfic與成牙本質(zhì)細(xì)胞

根部成牙本質(zhì)細(xì)胞由牙乳頭干細(xì)胞分化而來(lái)，并分泌根部牙本質(zhì)基質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，Nfic缺陷小鼠磨牙牙根發(fā)育缺如［6］，而切牙則顯示出由牙本質(zhì)形成異常而引起的牙本質(zhì)暴露區(qū)［10］，表明Nfic缺陷小鼠切牙的間充質(zhì)細(xì)胞無(wú)法分化為形態(tài)正常的成牙本質(zhì)細(xì)胞，而這些異常細(xì)胞的形態(tài)多呈圓形，與成骨細(xì)胞極為相似，并包埋于自身快速分泌的基質(zhì)中，形成類似骨基質(zhì)的骨樣牙本質(zhì)［13］;與野生型成牙本質(zhì)細(xì)胞比較，這種異常細(xì)胞強(qiáng)陽(yáng)性表達(dá)骨涎蛋白(bone sialoprotein，BSP)，而牙本質(zhì)涎蛋白(dentin sialoprotein，DSP)表達(dá)水平降低［10］。另有研究顯示［14］，敲除小鼠Nfic基因后，其磨牙根部的成牙本質(zhì)細(xì)胞分化異常，不能形成規(guī)則的管狀牙本質(zhì)，僅形成少量骨樣牙本質(zhì)。Lee等發(fā)現(xiàn)［13］，Nfic基因缺陷小鼠的切牙成牙本質(zhì)細(xì)胞間連接喪失;胞質(zhì)緊密粘連蛋白及閉鎖蛋白表達(dá)下降，推測(cè)Nfic信號(hào)與成牙本質(zhì)細(xì)胞間正常連接的建立有關(guān)，這種細(xì)胞連接的喪失以及細(xì)胞間聯(lián)系的松弛可能是形成骨樣牙本質(zhì)的原因之一。以上結(jié)果提示，Nfic是根部成牙本質(zhì)細(xì)胞分化和牙根發(fā)育的關(guān)鍵調(diào)控因子［15-16］，Nfic缺陷可造成成牙本質(zhì)細(xì)胞形態(tài)發(fā)育、生物學(xué)性質(zhì)以及細(xì)胞間連接異常等情況。

2.4 Nfic與 TGF-β1

目前已基本明確，有眾多的基因如:轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子 β (trasforming growth factor-β，TGF-β)、骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetie proteins，BMP)、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(FGFs)、Shh、Notch、Msxl、2 和Nfic等均參與了牙根的發(fā)育過(guò)程，其中 Nfic與TGF-β1的關(guān)系似乎尤為重要。TGF-β超家族由分泌型多肽分子TGF-β、活化素、抑制素、BMPs等構(gòu)成，參與細(xì)胞增殖、凋亡、分化以及細(xì)胞外基質(zhì)的合成和貯存等。TGF-β1可激發(fā)細(xì)胞的多種應(yīng)答反應(yīng)，包括細(xì)胞的生長(zhǎng)抑制、分化和凋亡［17-18］;而且TGF-β1還被認(rèn)為是成牙本質(zhì)細(xì)胞分化和牙本質(zhì)礦化作用的重要介質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)［19］:Nfic基因缺陷小鼠切牙的細(xì)胞膜受體激活型Smad 2/3、TGF-β1型受體均強(qiáng)陽(yáng)性表達(dá)，推測(cè)Nfic信號(hào)缺失可促進(jìn) TGF-β1表達(dá);同時(shí)還觀察到 DSP下調(diào)，BSP上調(diào)，從而導(dǎo)致成牙本質(zhì)細(xì)胞以及牙本質(zhì)形成異常。另有研究表明，Nfic 可抑制 TGF-β1［20］，這種抑制作用是牙根發(fā)育所必需的。Harada等［9］使用敲除上皮細(xì)胞Smad4的小鼠為模型進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn):TGF-β/BMP信號(hào)通過(guò)牙上皮內(nèi)經(jīng)典Smad通路誘導(dǎo)牙上皮Shh表達(dá)，外分泌信號(hào)進(jìn)入牙根間充質(zhì)并誘導(dǎo)Nfic表達(dá)，促進(jìn)牙根發(fā)育。以上結(jié)果表明，上皮細(xì)胞內(nèi)TGF-β/BMP信號(hào)可調(diào)節(jié)間充質(zhì)內(nèi)Nfic的表達(dá)，同時(shí)間充質(zhì)內(nèi)的 Nfic則可抑制TGF-β1的功能。

綜上所述，在牙根形成過(guò)程中，Nfic是至關(guān)重要的因素之一。來(lái)自HERS細(xì)胞的Shh信號(hào)可誘導(dǎo)根部牙乳頭干細(xì)胞表達(dá)Nfic，調(diào)控牙乳頭干細(xì)胞的定向分化;而Nfic則能誘導(dǎo)分化出正常的成牙本質(zhì)細(xì)胞，分泌合成根部牙本質(zhì)基質(zhì)，參與牙根形成;除此之外，Nfic還與TGF-β/BMP信號(hào)通路有著重要的聯(lián)系?？梢?，對(duì)Nfic的深入研究，能為牙本質(zhì)損傷修復(fù)和再生方面的基礎(chǔ)及臨床研究提供新的思路。

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