先天缺牙相關(guān)基因的研究進(jìn)展

胡榮榮，于彥君，陳遠(yuǎn)萍

(吉林大學(xué)口腔醫(yī)院正畸科，吉林長(zhǎng)春130021)

先天缺牙相關(guān)基因的研究進(jìn)展

胡榮榮，于彥君，陳遠(yuǎn)萍

(吉林大學(xué)口腔醫(yī)院正畸科，吉林長(zhǎng)春130021)

先天缺牙屬于牙齒發(fā)育異常中的數(shù)目異常，是一種臨床常見(jiàn)疾病，對(duì)患者的咀嚼功能、美觀、發(fā)音及心理健康都有著嚴(yán)重影響。根據(jù)是否伴發(fā)全身癥狀，可將先天缺牙分為綜合征性先天缺牙與非綜合征性先天缺牙。先天缺牙的致病因素包括環(huán)境因素和遺傳因素。隨著人類(lèi)遺傳學(xué)及分子生物學(xué)的迅猛發(fā)展，遺傳因素受到越來(lái)越多的重視，發(fā)現(xiàn)新的相關(guān)基因以及新的突變位點(diǎn)已成為目前基因研究的一個(gè)主要方向。本文就近年來(lái)先天缺牙相關(guān)基因的研究進(jìn)展做一綜述。

先天缺牙；綜合征性；非綜合征性；基因

先天缺牙屬于牙齒發(fā)育異常中的數(shù)目異常。根據(jù)缺失牙齒數(shù)目可將其分為個(gè)別牙先天缺失、多數(shù)牙先天缺失以及先天無(wú)牙癥；根據(jù)是否伴發(fā)其他組織器官癥狀，可將其分為綜合征性先天缺牙和非綜合征性先天缺牙。先天缺牙是一種臨床常見(jiàn)疾病，不同國(guó)家和地區(qū)的發(fā)病率有所差異，從2.3%到11.3%不等[1]。牙齒先天缺失對(duì)患者的咀嚼功能、容貌、發(fā)音以及心理影響甚大，因此受到越來(lái)越多的關(guān)注。先天缺牙的病因包括環(huán)境因素和遺傳因素。在遺傳因素中，遺傳類(lèi)型表現(xiàn)為常染色體顯性遺傳、隱性遺傳或X-連鎖遺傳等[2]，相關(guān)基因有配對(duì)盒基因-9(PAX-9)、肌節(jié)同源盒基因-1(MSX-1)、軸抑制基因-2(AXIN-2)等等。對(duì)于先天缺牙的治療，目前臨床上主要采用義齒修復(fù)的方法[3]，根據(jù)情況不同選擇直接義齒修復(fù)或正畸治療集中間隙后義齒修復(fù)。隨著循證醫(yī)學(xué)的發(fā)展，針對(duì)病因治療將成為未來(lái)治療先天缺牙的主導(dǎo)趨勢(shì)，這使得相關(guān)基因的研究特別是基因突變位點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)更為必要。近年來(lái)，學(xué)者們?cè)诎l(fā)現(xiàn)與先天缺牙相關(guān)的新型基因以及原有基因的新的突變位點(diǎn)這些方面取得了較為顯著的成果。本文將從先天缺牙相關(guān)基因的研究進(jìn)展入手，重點(diǎn)對(duì)非綜合征性先天缺牙的相關(guān)基因及突變類(lèi)型進(jìn)行綜述，并提出了對(duì)先天缺牙進(jìn)行基因治療的展望。

1 非綜合征性先天缺牙相關(guān)基因

非綜合征性先天缺牙指只有牙齒的缺失而不伴有其他全身癥狀。它涉及的基因主要有PAX-9、MSX-1、AXIN-2及WNT基因等。

1.1PAX-9基因PAX-9被認(rèn)為是與胚胎發(fā)育關(guān)系較為密切的一組基因，它參與神經(jīng)系統(tǒng)的形成，對(duì)其中一些重要步驟意義重大。PAX基因突變與三種鼠突變體(起伏、斑點(diǎn)、小眼)和兩種人類(lèi)疾病(瓦登伯格綜合征、無(wú)虹膜畸形)有關(guān)[4]。PAX蛋白質(zhì)定義了128個(gè)氨基酸的DNA結(jié)合域，即配對(duì)域，這決定了DNA序列的特異性。迄今為止，在哺乳類(lèi)動(dòng)物中識(shí)別出9種PAX基因，同源染色體存在于蠕蟲(chóng)、蠅類(lèi)、青蛙，魚(yú)類(lèi)及鳥(niǎo)類(lèi)中。目前有研究正集中討論這些種系的進(jìn)化保守性，并將哺乳類(lèi)動(dòng)物的PAX基因分為四種亞型[5]。在PAX基因家族中，已有大量研究證實(shí)PAX-9基因的突變會(huì)引起牙齒的先天缺失。

2000年，有學(xué)者首次提出先天缺牙是一種常染色體顯性遺傳病，并利用微衛(wèi)星定位法發(fā)現(xiàn)人類(lèi)PAX-9基因定位于染色體14q12～q13[6]，其mRNA長(zhǎng)度為1 630 bp，由4個(gè)外顯子構(gòu)成，其中，外顯子1為非轉(zhuǎn)錄區(qū)，外顯子2、3、4為編碼區(qū)。在其編碼的341個(gè)氨基酸中，第4-131位是PAX-9基因的DNA結(jié)合域，而外顯子2則是該基因的重要功能域[2]。PAX-9廣泛表達(dá)于神經(jīng)嵴衍生出的間充質(zhì)內(nèi)，參與頜面部及牙齒的發(fā)育[7]。有研究發(fā)現(xiàn)同型結(jié)合的PAX-9缺陷的小鼠在出生后不久即死亡，表現(xiàn)為缺乏咽囊衍生物以及頜面部和肢體的異常，并且所有突變小鼠的牙齒發(fā)育均止于蕾狀期，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)繼發(fā)腭裂；而異型結(jié)合的PAX-9突變小鼠則不表現(xiàn)出明顯的畸形，這說(shuō)明PAX-9是充分單倍體[7]。2005年，發(fā)現(xiàn)了PAX-9基因的2個(gè)新突變：移碼突變109InsG和錯(cuò)義突變C139T。移碼突變109InsG使蛋白質(zhì)的氨基酸組成發(fā)生改變，同時(shí)在第121位核苷酸處形成了終止密碼，提前終止了多肽鏈的合成。錯(cuò)義突變C139T置換了第139位核苷酸，從而使蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。這兩個(gè)新突變皆位于外顯子2內(nèi)，突變的PAX-9使蛋白質(zhì)與靶DNA的結(jié)合能力喪失，進(jìn)而導(dǎo)致靶基因失表達(dá)或表達(dá)模式發(fā)生改變，造成先天缺牙[8]。Liang等[9]研究表明PAX-9基因的雜合子c.2T＞G突變會(huì)抑制PAX9在一個(gè)等位基因上的翻譯，并使相關(guān)蛋白質(zhì)失活而導(dǎo)致單倍體劑量不足，而這種突變正是引起少牙畸形的原因之一。先天缺牙患者可能伴發(fā)牙齒形態(tài)異常，如錐形牙，過(guò)小牙，有研究表明這種異常的牙齒形態(tài)也與PAX的普遍變異型有關(guān)[10]。

1.2MSX-1基因人類(lèi)MSX-1基因位于染色體的4p16.1上，全長(zhǎng)1 713 bp，包含2個(gè)外顯子，所編碼的蛋白質(zhì)為轉(zhuǎn)錄因子，含297個(gè)氨基酸[2]。MSX1基因被證實(shí)與牙齒間充質(zhì)內(nèi)的骨形成蛋白(BMP)有密切關(guān)系，有學(xué)者認(rèn)為MSX-1基因部分堿基的缺失可抑制BMP的表達(dá)，而將骨形成蛋白-4加入MSX1突變的牙培養(yǎng)液中，能夠使牙胚發(fā)育恢復(fù)正常[11]。純合子MSX-1基因使小鼠磨牙牙胚發(fā)育異常，將其發(fā)育阻斷于蕾狀期。

近年來(lái)，學(xué)者們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)MSX-1基因發(fā)生了多種錯(cuò)義突變，進(jìn)而導(dǎo)致該基因編碼的蛋白質(zhì)也發(fā)生了改變，而這種改變被認(rèn)為與牙齒先天缺失、牙發(fā)育障礙及口面裂畸形有關(guān)[11-14]。2009年，有學(xué)者通過(guò)對(duì)14個(gè)樣本的MSX-1基因編碼區(qū)進(jìn)行序列分析，發(fā)現(xiàn)在外顯子1編碼區(qū)有3個(gè)位點(diǎn)的突變，其中有2處發(fā)生錯(cuò)義突變,另外一處發(fā)生了同義突變，這些突變也被證實(shí)與先天缺牙有關(guān)[15]。2016年，有研究報(bào)道了一種新型的內(nèi)含子突變IVS1-5G＞A，它能影響mRNA的合成從而導(dǎo)致MSX-1蛋白質(zhì)水平降低，這種突變被證實(shí)與牙齒發(fā)育不全有關(guān)[16]。

1.3AXIN-2基因AXIN基因即軸抑制基因，存在于多種生物體內(nèi)，家族成員包括AXIN-1和AXIN-2基因[17]，能夠編碼AXIN蛋白。有研究證實(shí)AXIN-2參與了胚胎的發(fā)育、糖原代謝等生理過(guò)程以及腫瘤形成等病理過(guò)程，并在多條信號(hào)通路中發(fā)揮了重要作用[18]。人類(lèi)AXIN-2基因位于染色體17q24上，有10個(gè)外顯子，其中外顯子7容易發(fā)生突變，其中這一位點(diǎn)上的一個(gè)核苷酸移位被證實(shí)與少牙畸形有關(guān)[19]。AXIN-2可編碼為兩種蛋白質(zhì)：AXIN-2a和AXIN-2b[20]。以往的研究表明，WNT信號(hào)傳導(dǎo)通路是調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖和分化的重要通路，對(duì)牙胚的早期發(fā)育以及牙齒的形成起著重要作用，而AXIN-2參與著WNT信號(hào)傳導(dǎo)通路，是該信號(hào)通路中的負(fù)調(diào)節(jié)蛋白。研究表明，AXIN-2基因有c.148C＞T、c.432T＞C、c.1365A＞G、c.1386C＞T、c.1712+19G＞T、c.2141+73G＞A、c.956+16A＞G、c.1060-17C＞T和c.2062C＞T等9個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)，其中c.2062C＞T與牙齒先天缺失的關(guān)系最為密切[19]。近年來(lái)又發(fā)現(xiàn)三種AXIN-2基因突變型，即c.C1978T、c.1966C＞T(p.Arg656Stop)和c.1994delG(p.Leu688Stop)，它們被證實(shí)會(huì)導(dǎo)致結(jié)腸癌的發(fā)生，但不一定會(huì)引起先天缺牙[20]。

1.4 WNTWNT是一個(gè)分泌蛋白家族，通過(guò)自分泌或方分泌作用，與細(xì)胞膜上的受體相結(jié)合并發(fā)揮各種作用。目前已發(fā)現(xiàn)19種WNT蛋白參與了細(xì)胞生長(zhǎng)分化、胚胎形成及腫瘤發(fā)生[21-22]。除此之外，有報(bào)道指出，該家族中的WNT10A基因與先天缺牙有關(guān)[23]。而在2016年，馮海蘭等學(xué)者采用全外顯子組測(cè)序等技術(shù)對(duì)150多例先天性多數(shù)牙齒缺失的患者進(jìn)行分子遺傳學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)約5%的患者存在WNT10B基因變異[24]，這為證實(shí)“WNT10B的雜合子突變可引起先天缺牙”這一觀點(diǎn)提供了遺傳學(xué)方面的依據(jù)。

2 綜合征性先天缺牙相關(guān)基因

綜合征性先天缺牙指先天缺牙同時(shí)伴有其他全身器官發(fā)育異常，常見(jiàn)的有少汗型外胚葉發(fā)育不全、唇腭裂、角膜虹膜中胚層發(fā)育障礙、牙-甲綜合征等。相關(guān)基因涉及P63、垂體同源盒2(PITX2)、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(FGF)、音猬因子(SHH)、干擾素調(diào)節(jié)因子6(IRF6)、外異蛋白(EDA)等。在此主要對(duì)EDA的特點(diǎn)及近年來(lái)研究進(jìn)展予以敘述。

外異蛋白EDA(ectodysplasin)突變可引起外胚層發(fā)育不全，主要癥狀為表現(xiàn)為典型的汗腺發(fā)育異常、毛發(fā)稀疏和牙發(fā)育不全三聯(lián)征。EDA基因定位于染色體Xq12～13.1，極易發(fā)生突變，從而導(dǎo)致來(lái)自外胚層發(fā)育器官(如皮膚、毛發(fā)、汗腺、牙齒等)的發(fā)育異常[25]。早在1996年，就有學(xué)者發(fā)現(xiàn)EDA基因的外顯子1存在突變[26]。而在2001年，有學(xué)者提出在EDA外顯子1、3、5、8、9的突變概率為95%[27]。最近一項(xiàng)對(duì)于少汗型外胚葉發(fā)育不全的臨床研究表明，EDA基因的外顯子8發(fā)生了G108A單堿基錯(cuò)義突變[28]，這使得對(duì)EDA基因錯(cuò)義突變位點(diǎn)的研究得到了補(bǔ)充和完善。迄今為止，人們已發(fā)現(xiàn)EDA基因大約存在59種突變類(lèi)型，然而其中有哪些突變類(lèi)型與牙齒先天缺失有關(guān)，還需要進(jìn)一步研究。除此之外，也有相關(guān)研究證實(shí)EDA基因遺傳缺陷的患者也可僅表現(xiàn)為牙齒先天缺失而并無(wú)其他器官的異常發(fā)育[29]，這也說(shuō)明綜合征性先天缺牙的發(fā)生可能與包括EDA基因在內(nèi)的多種基因的異常表達(dá)有關(guān)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，近年來(lái)對(duì)先天缺牙的相關(guān)基因的研究集中于對(duì)其突變型的探究，越來(lái)越多的突變類(lèi)型被發(fā)現(xiàn)，但關(guān)于其機(jī)制的研究仍較少。隨著人類(lèi)基因組蛋白組學(xué)時(shí)代的到來(lái)，擴(kuò)大先天缺牙基因突變譜，對(duì)突變蛋白質(zhì)的功能做更進(jìn)一步的研究，將有助于明確基因突變的各種機(jī)制，促進(jìn)先天缺牙的治療向著基因治療方向邁進(jìn)，為更好地制訂診斷及治療方案奠定基礎(chǔ)，從而可能在不遠(yuǎn)的將來(lái)從根本上解決先天缺牙這一難題。

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Research progress on gene involved in tooth agenesis.

HU Rong-rong,YU Yan-jun,CHEN Yuan-ping.Department ofOrthodontics,Hospital of Stomatology,Jilin University,Changchun 130021,Jilin,CHINA

Tooth agenesis refers to tooth absence during tooth development,and it is a common disease in clinic.The disease affects the chewing function,the pronunciation,appearance and mental health severely.It can be divided into syndromic tooth agenesis and non-syndromic tooth agenesis according to whether it is accompanied by other symptoms of tissues or organs.The pathogenic factors include environmental factors and genetic factors.With the rapid development of human genetics and molecular biology,the genetic factors are gaining more and more attention.The discovery of related gene mutations has become a focus of gene research in recent years,and at the same time there are new related genes have been found.The research progress of the tooth agenesis related genes are reviewed in this paper.

Tooth agenesis;Syndromic;Non-syndromic;Gene

R788+.5

A

1003—6350（2017）18—3028—03

2016-12-21)

10.3969/j.issn.1003-6350.2017.18.030

陳遠(yuǎn)萍。E-mail：453344859@qq.com