Runx2基因與骨相關(guān)疾病的研究

摘要：Runx2是骨發(fā)育過程中調(diào)節(jié)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化和成熟最關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄因子，它通過多條途徑參與骨代謝的調(diào)控，可影響成骨細(xì)胞及破骨細(xì)胞活動從而控制骨形成與骨吸收，并與很多骨相關(guān)疾病的形成有很大關(guān)系，Runx2基因多態(tài)性的研究為疾病的早發(fā)現(xiàn)及治療提供新的思路及治療靶點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：Runx2；鎖骨顱骨發(fā)育不良綜合征；骨質(zhì)疏松癥；骨肉瘤；脊柱后縱韌帶骨化

Runxx相關(guān)因子（runt-related gene，Runxx）是一類轉(zhuǎn)錄因子蛋白的統(tǒng)稱，它們都是由a和β亞單位構(gòu)成的異二聚體，其特點(diǎn)是在分子結(jié)構(gòu)中均含有一個由128個氨基酸組成的DNA結(jié)合區(qū)，該結(jié)合區(qū)與果蠅屬的分節(jié)基因Runt同源，因此被稱為Runt結(jié)構(gòu)域。Runxx家族主要有Runxl、Runx2和Runx3，Runx2又稱為核心結(jié)核因子α1（core binding factor α1， Cbfa1），多瘤病毒增強(qiáng)子結(jié)合蛋（polymavimsenchancerbinding protein，PEBP）或急性髓系白血病因子（acute myeloidleukemia，AML）。Runx2基因位于人類常染色體的6p21，長約220kb，包括8個外顯子，并具有和其它家族成員相似的Runt結(jié)構(gòu)域，是骨發(fā)育過程中調(diào)節(jié)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化和成熟最關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄因 子[1]，Runx2的表達(dá)是成骨細(xì)胞開始分化的標(biāo)志，因此它是骨形成過程中最早和最具特異性的標(biāo)志基因， 此基因的缺失將導(dǎo)致骨發(fā)育不良或終止[2]。Runx2包括N端的多谷氨酰胺/丙氨酸重復(fù)序列結(jié)構(gòu)域（Q/A）、中部的runt結(jié)構(gòu)域以及C端的富含脯氨酸、絲氨酸及蘇氨酸的PST結(jié)構(gòu)域。Runx2能特異地識別并結(jié)合許多靶基因上PyGPyGGTPy序列，產(chǎn)生不同的生物效應(yīng)[3]。Runx2基因的變化與很多疾病相關(guān)，特別是骨相關(guān)疾病，對其研究有利于疾病的早期發(fā)現(xiàn)提供新思路及早期治療提供新靶點(diǎn)。

1 Runx2與鎖骨顱骨發(fā)育不良綜合征

鎖骨顱骨發(fā)育不良綜合征（cleidocranialdysostosis，CCD）是一種先天性骨骼系統(tǒng)的發(fā)育畸形，其主要臨床特征是全身多發(fā)性骨骼發(fā)育畸形及面、牙的發(fā)育異常。致病基因已證實(shí)是Runx2，在第6染色體p21上，Runx2基因雜合突變可以引起CCD發(fā)病，該基因是骨母細(xì)胞特異的轉(zhuǎn)錄因子和骨母細(xì)胞分化的調(diào)節(jié)劑[4]。Florian Otto等[5]以小鼠為研究對象，得出Runx2基因缺陷的小鼠，純合子突變型在出生后不久就死于呼吸衰竭，對它們的骨骼進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)缺乏成骨細(xì)胞和骨；雜合子小鼠表現(xiàn)出特定的骨骼異常特征，也是人類可遺傳的骨骼疾病-鎖骨顱骨發(fā)育不良綜合征的特征， CCD突變中Runx2基因被敲除，用alacZ報(bào)告基因分析胚胎時期Runx2基因的表達(dá)，結(jié)果在骨形成的初級階段Runx2基因是高表達(dá)的，Runx2雜合子小鼠是人類骨骼疾病一個范例。Runx2基因雜合突變可以引起CCD發(fā)病，證實(shí)該基因是CCD的致病基因。迄今報(bào)道引起CDD患者受累的Runx2基因突變包括缺失、插入、錯義突變、無義突變及剪接體突變等多種類型，都可導(dǎo)致鎖骨顱骨發(fā)育不良癥狀的發(fā)生，在CCD患者體中均可以檢測得到。

2 Runx2與骨質(zhì)疏松癥

原發(fā)性骨質(zhì)疏松癥（Primary Osteoporosis，PO）是以骨量減少、骨組織顯微結(jié)構(gòu)退化，以致骨的脆性增高及骨折危險(xiǎn)性增加的一種全身骨病[6-7]。Runx2基因是骨發(fā)育過程中調(diào)節(jié)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化和成熟最關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄因子，研究發(fā)現(xiàn)，多種基因的表達(dá)水平和基因多態(tài)性可影響峰值骨量和骨質(zhì)轉(zhuǎn)換，其中Runx2基因多態(tài)性可能是決定骨脆性的重要因素，從而對骨質(zhì)疏松癥和骨折起重要作用[8]。Zanatta M等[9]研究了健康人群中Runx2基因在骨發(fā)育成熟中的作用，發(fā)現(xiàn)在人的發(fā)育成熟過程中，骨密度和峰值骨量都在變化，Runx2基因的表達(dá)與骨密度和峰值骨量緊密相關(guān)。S. Ermakov等[10]研究了743例人的手骨長度和骨密度與Runx2基因多態(tài)性的關(guān)系，校正了身高等之后發(fā)現(xiàn)，Runx2基因啟動子1的多態(tài)性與骨平均長度相關(guān)，而Runx2基因啟動子2的多態(tài)性與骨密度值相關(guān)。綜合前面有很多學(xué)者的研究，可見Runx2基因的多態(tài)性與骨的發(fā)育成熟、骨密度密切相關(guān)。

3 Runx2與骨肉瘤

骨肉瘤（Osteosarcoma）是較常見的發(fā)生在20歲以下的青少年或兒童的一種惡性結(jié)締組織腫瘤。Runx2在骨母細(xì)胞分化和骨形成中發(fā)揮重要作用， 閔大六等[11]檢測骨肉瘤活檢樣本石蠟組織中Runx2與Ezrin基因的蛋白表達(dá)情況，結(jié)果病例中58.5%的患者骨肉瘤組織中Runx2與Ezrin均呈陽性表達(dá)，Runx2與Ezrin的表達(dá)呈顯著正相關(guān)，有肺癌轉(zhuǎn)移者的Runx2和Ezrin表達(dá)陽性率比無肺癌轉(zhuǎn)移者的要高，且Runx2和Ezrin陽性表達(dá)者預(yù)后較陰性表達(dá)者差，提示Runx2蛋白可能參與了骨肉瘤的肺轉(zhuǎn)移過程。又有學(xué)者[12]研究得出Runx2影響骨髓內(nèi)皮細(xì)胞的遷移，激活MMPs、膜蛋白以及血管生成因子的表達(dá)，促進(jìn)骨黏附，從而調(diào)節(jié)血管再生和腫瘤的生長?？梢奟unx2的高表達(dá)與骨肉瘤相關(guān)。也有研究認(rèn)為Runx2缺失突變可以促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖，間葉細(xì)胞中持續(xù)增強(qiáng)的Runx2表達(dá)可以抑制細(xì)胞生長，在由BMP誘導(dǎo)形成的骨肉瘤里加入外源性的Runx2蛋白可以抑制腫瘤生長[13-14]，骨肉瘤的形成可能是一種骨形成分化缺陷所致。Runx2的高表達(dá)與低表達(dá)都與骨肉瘤相關(guān)，說明Runx2在調(diào)節(jié)細(xì)胞分化中具有雙重作用。

4 Runx2與脊柱后縱韌帶骨化

脊柱后縱韌帶骨化（ossification of the posterior longitudinal ligament，OPLL），指因脊柱的后縱韌帶發(fā)生骨化，從而壓迫脊髓和神經(jīng)根，產(chǎn)生肢體的感覺和運(yùn)動障礙及內(nèi)臟植物神經(jīng)功能紊亂的疾患，該病具有鮮明的遺傳特性。早期的研究中發(fā)現(xiàn)，在骨化的脊柱后縱韌帶細(xì)胞中檢測到Runx2基因表達(dá)增強(qiáng)，而Runx2基因表達(dá)經(jīng)過干擾之后，骨化的脊柱后縱韌帶細(xì)胞促血管生成素-1的表達(dá)下調(diào)，而在未發(fā)生骨化的正常組脊柱后縱韌帶細(xì)胞表達(dá)無顯著差異[15]。Liu Y等[16]對200例中國漢族人（其中82例脊柱后縱韌帶骨化患者，118例健康對照）進(jìn)行多個基因位點(diǎn)多態(tài)性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，兩組的Runx2中位于6號染色體的RS1321075 和 RS12333172基因區(qū)域存在連接中斷的差異，這種連接中斷與脊柱后縱韌帶骨化的發(fā)生具有相關(guān)性?？梢奟unx2基因是脊柱后縱韌帶骨化的發(fā)生的關(guān)鍵因子。

5結(jié)論

Runx2是骨發(fā)育過程中調(diào)節(jié)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化和成熟最關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄因子，其功能的完成是體內(nèi)相關(guān)因子受到相應(yīng)的激活后通過一定的信號通路對Runx2的蛋白表達(dá)進(jìn)行正性或負(fù)性的調(diào)控來實(shí)現(xiàn)的。它通過很多途徑參與骨代謝的調(diào)控，可影響成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞活動而控制骨形成與骨吸收。但其在骨發(fā)育中的具體機(jī)制并不明確，如何確定一個合適的表達(dá)量使Runx2促進(jìn)骨形成，抑制骨吸收的作用達(dá)到最大還需要進(jìn)一步研究。通過基因?qū)用鎭碓缙诎l(fā)現(xiàn)疾病，可以延緩疾病的進(jìn)展或者在出現(xiàn)臨床癥狀之前進(jìn)行治療，提高人的生存質(zhì)量。在疾病治療方面，可以利用Runx2與骨代謝相關(guān)的多種細(xì)胞因子相互作用來調(diào)控成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的分化及活性，進(jìn)一步研究影響Runx2基因表達(dá)的因素及傳導(dǎo)通路，有助于人們用藥物主動地調(diào)節(jié)其表達(dá)，以刺激骨的形成來治療某些骨代謝疾?。淮送?，還能通過識別刺激調(diào)節(jié)的表達(dá)和效能來研制相應(yīng)的藥物，糾正由于蛋白異常表達(dá)所引起的疾病，如阻止腫瘤（乳腺癌、前列腺癌等）向骨骼的轉(zhuǎn)移，或者阻止和治療骨缺失疾?。ㄈ绻琴|(zhì)疏松）的發(fā)生等。隨著對人類自身了解的不斷深入，更多的疾病可用基因?qū)用娴母淖儊斫忉?，不斷地為疾病治療提供更多新的靶點(diǎn)，直接針對致病基因的治療方法也將會不斷的推陳出新。

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編輯/肖慧