Tbx2基因在胚胎組織器官發(fā)育中的作用研究進(jìn)展

李小艷，李嘯紅，姬可平

(遵義醫(yī)學(xué)院珠海校區(qū)，珠海519040)

·綜述·

Tbx2基因在胚胎組織器官發(fā)育中的作用研究進(jìn)展

李小艷，李嘯紅，姬可平

(遵義醫(yī)學(xué)院珠海校區(qū)，珠海519040)

T-box基因家族屬于發(fā)育調(diào)控相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子基因家族，在脊椎和非脊椎動物胚胎發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用。轉(zhuǎn)錄抑制因子Tbx2是T-box基因家族重要成員之一，其編碼產(chǎn)物作為轉(zhuǎn)錄抑制因子可調(diào)控胚胎發(fā)育。目前多項(xiàng)研究表明，Tbx2參與了胚胎心臟、四肢、骨骼、胰腺、乳腺及黑色素細(xì)胞等的發(fā)育，Tbx2基因突變或缺失會導(dǎo)致心臟、四肢、骨骼、乳腺、胰腺、黑色素細(xì)胞等發(fā)育異常。

T-box基因家族；轉(zhuǎn)錄抑制因子；Tbx2基因；胚胎發(fā)育

T-box基因家族屬于發(fā)育調(diào)控相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子基因家族，可調(diào)控胚胎形成和器官發(fā)育，T-box家族某些基因突變可導(dǎo)致許多發(fā)育障礙性疾病。T-box基因家族的大多數(shù)成員屬于轉(zhuǎn)錄激活因子，但Tbx2和Tbx3屬于轉(zhuǎn)錄抑制因子。Tbx2屬于發(fā)育調(diào)控相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子基因，對胚胎和各種器官組織發(fā)育成熟起著關(guān)鍵作用。在人類，Tbx2基因位于17q23，編碼一條由712個(gè)氨基酸殘基組成的肽鏈，由7個(gè)外顯子組成[1～3]。Tbx2基因編碼蛋白有兩個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)錄抑制域，一個(gè)是氨基酸末端抑制結(jié)構(gòu)域，另一個(gè)羧基末端抑制結(jié)構(gòu)域[4]。Tbx2主要通過C末端的轉(zhuǎn)錄抑制結(jié)構(gòu)域發(fā)揮轉(zhuǎn)錄抑制作用。正常情況下，Tbx2在早期胚胎的中胚層表達(dá)，也在成熟個(gè)體的多種組織中廣泛表達(dá)。文獻(xiàn)[5]報(bào)道Tbx2可促進(jìn)人胚胎及組織器官軸向發(fā)育，并可在健康成人的腎、肺、脾、前列腺、卵巢、乳腺等多種組織中表達(dá)[6]。如果在胚胎發(fā)育不同時(shí)期出現(xiàn)Tbx2基因低表達(dá)，會引發(fā)相應(yīng)的發(fā)育缺陷[7,8]?，F(xiàn)就Tbx2基因在胚胎組織器官發(fā)育中的作用研究進(jìn)展綜述如下。

1 Tbx2在胚胎心臟發(fā)育中的作用

心臟發(fā)育是多因素多基因共同作用的結(jié)果。在早期胚胎階段，T-box轉(zhuǎn)錄因子可影響心臟腔室形成、瓣膜發(fā)育及心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)分化[9]。在心臟，Tbx2通過抑制心肌分化影響房室管的發(fā)育。骨形態(tài)發(fā)生蛋白2(BMP-2)在房室管的心肌祖細(xì)胞表達(dá)，且在心肌祖細(xì)胞發(fā)育的早期階段Tbx2表達(dá)上調(diào)。新近研究[9,10]發(fā)現(xiàn)Tbx2a和Tbx2b在斑馬魚早期胚胎原始心管表達(dá)，并且在這一階段二者能夠促進(jìn)心肌細(xì)胞增殖；Tbx2a和Tbx2b基因缺失則會導(dǎo)致斑馬魚心室發(fā)育缺陷，可能與心肌細(xì)胞增殖減少有關(guān)。在人類T-box家族中，Tbx1亞科(Tbx1、Tbx18、Tbx20)和Tbx2亞科(Tbx2、Tbx3、Tbx5)的6個(gè)成員均為影響哺乳動物心臟發(fā)育的重要因子。Tbx2在哺乳動物胚胎及雞胚的心臟房室管、流入道、流出道的心肌中都有表達(dá)[11]。Tbx2如果在胚胎心肌中過表達(dá)，會導(dǎo)致心膠質(zhì)和心內(nèi)膜墊異位，使胚胎心肌保持在原始狀態(tài)，線性心管無法環(huán)化，導(dǎo)致房室管發(fā)育、心腔室分化受阻而引起心臟發(fā)育畸形。王鳳等[12]研究發(fā)現(xiàn)，Tbx2基因3′UTR rs59382073變異位點(diǎn)可顯著增加漢族人群散發(fā)型先天性心臟病的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。

房室瓣(AVC)的形成是影響心臟發(fā)育的一個(gè)關(guān)鍵因素。Tbx2和Tbx3在心室分化的過程中保持房室瓣心肌表型。Tbx2和Tbx3突變小鼠等位基因缺乏外顯子3或4時(shí)，會導(dǎo)致心臟房室內(nèi)膜、瓣膜和間隔缺損。研究[13]表明Tbx2能抑制房室瓣心肌表型表達(dá)，但也有學(xué)者提出Tbx2缺失引起小鼠胚胎房室瓣形成正常。BMP-2在房室瓣的心肌祖細(xì)胞中表達(dá)，在胚胎發(fā)育早期階段可激發(fā)Tbx2、Tbx3表達(dá)；反之，BMP-2的正常表達(dá)也需要Tbx2和Tbx3的維持[14,15]。心外膜是心包的臟層，心外膜中含有血管、神經(jīng)，也是影響早期胚胎心臟發(fā)育的重要結(jié)構(gòu)。有學(xué)者[16]發(fā)現(xiàn)，無論是Tbx2基因單獨(dú)缺失或組合缺失都對小鼠心外膜發(fā)育無影響。崇梅等[8]采用顯微注射體外合成的嗎啉環(huán)寡聚核苷酸(MO)阻斷Tbx2基因翻譯，獲得斑馬魚先天性心臟病模型，并在斑馬魚的整胚原位雜交標(biāo)本上發(fā)現(xiàn)，特異性分子標(biāo)志物多能聚糖在心房心室部位(受精后36、48、72 h)都有異常表達(dá)，而在胚胎的耳石中卻一直表達(dá)正常。上述研究結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了Tbx2基因在心臟房室區(qū)特異性分化和房室管形成中起重要作用。

2 Tbx2在胚胎四肢、骨骼發(fā)育中的作用

四肢的發(fā)育始于肢芽原基形成，四肢的發(fā)育過程需要復(fù)雜的上皮-間充質(zhì)細(xì)胞的相互作用。一個(gè)完整肢體的發(fā)育包括骨、肌肉、肌腱、血管、神經(jīng)及皮膚等許多組織的發(fā)育。大量研究[17]表明Tbx2～5是脊椎動物肢體發(fā)育的重要調(diào)控基因，Tbx2基因在雞胚的前肢芽外胚層嵴尖(AER)表達(dá)，而其他T-box基因都不在前、后肢芽的AER中表達(dá)。在雞胚發(fā)育早期，Tbx3基因表達(dá)只局限在前、后肢芽后部；至發(fā)育晚期，Tbx3不僅在前、后肢芽前部表達(dá)，也在指(趾)間表達(dá)。Tbx4基因只在雞胚后肢表達(dá)，Tbx5基因表達(dá)部位主要在雞胚前肢。

Tbx2與Tbx3在雞胚肢芽和翅芽中都有表達(dá)，二者異常表達(dá)或表達(dá)缺失將導(dǎo)致相應(yīng)肢體部位發(fā)育畸形[17]。Tbx2基因在不同物種同一組織的表達(dá)位置也不同[18]。造成這種差異的原因，主要是Lmx1b、Tbx2和Tbx3基因在特定肢體發(fā)育區(qū)域表達(dá)不同。有學(xué)者[19]發(fā)現(xiàn)正常熱帶爪蟾胚胎的四肢、鰓弓、心肌、視網(wǎng)膜等組織中都有Tbx2表達(dá)。上述結(jié)果表明Tbx2在多種生物胚胎內(nèi)的表達(dá)具有時(shí)間和空間特異性。

間隙連接蛋白43(Cx43)是Cx基因家族的成員，與骨骼發(fā)育、塑形、再塑形密切相關(guān)。Cx43基因突變、低表達(dá)可導(dǎo)致眼-牙-指(趾)綜合征[20]。Ⅰ型膠原蛋白在正常胚胎發(fā)育和維護(hù)組織完整性中起重要作用，其表達(dá)缺失會導(dǎo)致成骨不全、骨質(zhì)疏松等。Cx43和Ⅰ型膠原蛋白共同參與成骨細(xì)胞與骨骼發(fā)育，但二者功能均與Tbx2表達(dá)有關(guān)。有學(xué)者[21]發(fā)現(xiàn)體外培養(yǎng)的大鼠成骨樣細(xì)胞株中Tbx2表達(dá)下調(diào)可使Cx43表達(dá)增加。在小鼠成纖維細(xì)胞株NIH3T3中，Tbx2高表達(dá)可導(dǎo)致Ⅰ型膠原蛋白基因表達(dá)上調(diào)[22]。在大鼠成骨細(xì)胞株ROS17/2.8中，Tbx2高表達(dá)可導(dǎo)致Ⅰ型膠原蛋白中、低表達(dá)[23]。上述研究結(jié)果提示Tbx2在骨發(fā)育過程中對Ⅰ型膠原蛋白起到雙向調(diào)節(jié)的作用，具體原因有待進(jìn)一步探討。

3 Tbx2在胚胎胰腺、乳腺及黑色素細(xì)胞發(fā)育中的作用

國外學(xué)者[24]利用原位雜交、雙免疫熒光和免疫組化方法研究Tbx2、Tbx3在小鼠和人胰腺不同發(fā)育時(shí)間段的表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)基因在孕9.5 d和孕10.5 d小鼠胚胎胰芽周圍的間充質(zhì)細(xì)胞中都有表達(dá)；Tbx2和Tbx3在孕12.5～13.5 d小鼠胚胎胰腺腹側(cè)部表達(dá)。在出生7 d的人類胎兒，Tbx2在胰島B細(xì)胞和胰腺導(dǎo)管中表達(dá)，Tbx3則在胰腺外分泌組織中表達(dá)；在成人，Tbx2在胰島B細(xì)胞和A細(xì)胞均有表達(dá)，而Tbx3只在胰腺外分泌組織表達(dá)。以上結(jié)果提示Tbx2在胰腺發(fā)育過程中不同時(shí)間表達(dá)部位不同，Tbx2在胰腺主要的激素分泌細(xì)胞的發(fā)育成熟過程中發(fā)揮重要作用。

上皮細(xì)胞和乳腺中胚層細(xì)胞的作用是誘導(dǎo)乳腺腺體發(fā)育。在小鼠乳腺，Tbx2在乳腺基板中胚層細(xì)胞表達(dá)，Tbx3在上皮細(xì)胞表達(dá)，且這兩個(gè)基因在乳腺組織的表達(dá)會延續(xù)到成年階段，貫穿整個(gè)乳腺發(fā)育過程，包括青春期、妊娠期、哺乳期或退化階段[25,26]。研究[5]表明，Tbx3基因缺失在純合子鼠不能誘導(dǎo)形成乳腺，而雜合子鼠表現(xiàn)為乳腺發(fā)育不全和乳頭異常。Tbx2基因缺失能使Tbx3缺陷的雜合子小鼠乳腺發(fā)育異常癥狀加重，提示Tbx2和Tbx3在雜合子小鼠乳腺發(fā)育缺陷中具有協(xié)同作用[27]。有研究[26]表明，Tbx2基因表達(dá)上調(diào)后，細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑生成增多，抑制P53基因表達(dá)，從而促進(jìn)乳腺癌的發(fā)生。Tbx2基因參與乳腺發(fā)育的機(jī)制比較復(fù)雜，有多途徑、多細(xì)胞信號通路參與，具體還需進(jìn)一步深入研究。

目前尚不明確Tbx2如何參與調(diào)控黑色素細(xì)胞發(fā)育。有學(xué)者[28]發(fā)現(xiàn)，出生后3 d的新生小鼠皮膚毛囊黑色素細(xì)胞中有Tbx2表達(dá)，但是在黑色素干細(xì)胞中無表達(dá)；在體外培養(yǎng)的原代胚胎神經(jīng)嵴干細(xì)胞誘導(dǎo)分化4 d后，Tbx2開始在黑色素細(xì)胞中表達(dá)，如果在此培養(yǎng)體系中干擾Tbx2表達(dá)，則會抑制黑色素細(xì)胞增殖。在早期胚胎發(fā)育過程中，黑色素前體細(xì)胞必須經(jīng)過從神經(jīng)管到皮膚的遷移，才能形成具有功能性的黑色素細(xì)胞。轉(zhuǎn)錄因子PAX3是PAX家族的成員之一。PAX3基因在早期胚胎的神經(jīng)嵴前體細(xì)胞中表達(dá)，參與黑色素前體細(xì)胞分化、遷移，最終發(fā)育成黑色素細(xì)胞。小眼畸形轉(zhuǎn)錄因子(MITF)和PAX3基因是參與黑色素細(xì)胞分化和發(fā)育的兩個(gè)重要因子。在黑色素細(xì)胞發(fā)育過程中，MITF、PAX3可使Tbx2表達(dá)上調(diào)，提示Tbx2是MITF和PAX3的重要靶基因之一。Tbx2還參與黑色素細(xì)胞周期調(diào)控和惡性轉(zhuǎn)化。目前認(rèn)為Tbx2可能是通過抑制p21CIP1表達(dá)、抑制黑色素細(xì)胞衰老而誘發(fā)黑色素瘤。OCA2基因(P基因)突變會導(dǎo)致眼皮膚白化病，而Tbx2能負(fù)調(diào)控OCA2基因表達(dá)[29]，推測Tbx2在黑色素細(xì)胞增殖和黑色素細(xì)胞合成黑色素中發(fā)揮了重要作用。

綜上所述，Tbx2在胚胎發(fā)育中起著非常重要的作用，Tbx2基因的缺失或變異會導(dǎo)致胚胎發(fā)育異常和組織畸形，但尚未引起與人類有關(guān)的遺傳綜合征，Tbx2對胚胎發(fā)育影響的具體機(jī)制仍需要深入研究。

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貴州省科技廳科學(xué)技術(shù)基金項(xiàng)目[黔科合J字LKZ(2010)38號]。

李嘯紅(E-mail: xiaohl60na.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.03.033

R394.1

A

1002-266X(2017)03-0101-03

2016-09-07)