Mage-D1的分子生物學(xué)特性及參與牙發(fā)育調(diào)控的研究進展*

余 俠 綜述，溫秀杰,2△審校

(1.西南醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院正畸科，四川瀘州 646000;2.重慶瑞泰口腔醫(yī)院正畸科 401121)

近年來，黑色素瘤相關(guān)抗原(Mage)家族蛋白由于參與多種細胞生物學(xué)效應(yīng)而成為學(xué)術(shù)界的研究熱點。其中，Mage-D1作為Mage Ⅱ類蛋白，因其結(jié)構(gòu)和功能的特殊性，引起了人們的關(guān)注，且隨著研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)其與牙發(fā)育存在一定的相關(guān)性。本文就Mage-D1的生物學(xué)功能及其與牙發(fā)育的聯(lián)系作一綜述，為Mage-D1在牙再生組織工程中的進一步研究提供思路及方向。

1 Mage-D1的發(fā)現(xiàn)與結(jié)構(gòu)特點

Mage-D1又稱NRAGE或Dlxin-1，由POLD等[1]于1999年在骨髓基質(zhì)細胞中被發(fā)現(xiàn)，屬于Mage Ⅱ類。 Mage-D1基因位于X染色體上的p11.21～p11.23片段，全長6 601 bp，由13個外顯子構(gòu)成，第2～12個外顯子之間是開放閱讀框(ORF)，編碼含有778個氨基酸，大小約為86×103的蛋白。在結(jié)構(gòu)上，Mage-D1的氨基端是Mage-D類成員共有的一段保守序列MHD2，羧基端是由220個氨基酸組成的Mage家族的同源區(qū)域MHD[1]，由25個重復(fù)的六肽結(jié)構(gòu)域(IRD) WQXPXX連接MHD2和MHD結(jié)構(gòu)域。Mage-D1在胚胎和成年個體各時期各種組織中都有表達，其中在腦組織的表達最多[2]，其表達水平在胚胎時期隨著胚胎發(fā)育過程不斷上升，出生后開始下降，尤其在成年之后顯著降低，表明Mage-D1可能與胚胎發(fā)育存在相關(guān)性。

最早Mage-D1被證明能通過與p75神經(jīng)營養(yǎng)受體(p75NTR)相互作用進而起到促進神經(jīng)元凋亡的作用。神經(jīng)系統(tǒng)中的Mage-D1可能還與生物節(jié)律、學(xué)習(xí)記憶，以及抑郁行為的發(fā)生有關(guān)。Mage-D1還在腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移中起著至關(guān)重要的抑癌作用[3-5]。此外，越來越多的研究表明Mage-D1可以和軸突導(dǎo)向受體(UNC5H)、X連鎖凋亡抑制劑(XIAP)、骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)、Necdin等蛋白相互作用，參與調(diào)節(jié)細胞周期、增殖、凋亡等病理生理過程。最新研究發(fā)現(xiàn)，Mage-D1與牙齒發(fā)育密切相關(guān)，可能參與了牙發(fā)育的調(diào)控。

2 Mage-D1的生物學(xué)特性

2.1 Mage-D1參與細胞分化調(diào)控

首先，Mage-D1影響神經(jīng)元細胞的分化。Necdin是Mage家族蛋白，主要存在于神經(jīng)元、骨骼肌、軟骨及脂肪細胞中，并在有絲分裂后期表達，過量表達Necdin有利于細胞分化和凋亡。有研究指出，在發(fā)育小鼠的腦部前盤區(qū)和神經(jīng)結(jié)突觸處發(fā)現(xiàn)了高濃度的Necdin、Mage-D1和Dlx家族蛋白[6]，提示Mage-D1與Necdin可能通過共同調(diào)節(jié)Dlx家族蛋白來影響神經(jīng)元細胞的分化。隨后KUWAJIMA等[7]研究證實了這一點，他們發(fā)現(xiàn)Necdin正是通過結(jié)合Mage-D1介導(dǎo)Dlx同源結(jié)構(gòu)域蛋白的轉(zhuǎn)錄，從而促進小鼠胚胎前腦中GABA神經(jīng)元分化。FENG等[8]發(fā)現(xiàn)在神經(jīng)生長因子(NGF)介導(dǎo)的PC12細胞神經(jīng)元分化的過程中，Mage-D1作為負調(diào)節(jié)劑，抑制PC12細胞的神經(jīng)元分化。而REDDY等[9]提出，在PC12細胞中，Mage-D1可以通過激活MEK和Akt信號通路，上調(diào)神經(jīng)突形成。

其次，NGUYEN等[10]研究發(fā)現(xiàn)Mage-D1在正常成年人的肌肉組織中表達很低，而在損傷后成肌細胞分化時大大提高，說明Mage-D1與肌肉的損傷修復(fù)有關(guān)，也證明了Mage-D1參與成肌細胞的分化。

2.2 Mage-D1參與細胞增殖與周期調(diào)控

Mage-D1調(diào)控多種細胞的增殖。體外實驗證明，Mage-D1能抑制人腎臟上皮細胞HEK293、肝細胞癌細胞HepG2、骨肉瘤細胞U2OS[11]和乳腺癌細胞的增殖[12]。而YANG等[13]的研究表明Mage-D1能促進食道癌細胞增殖。

Mage-D1調(diào)控細胞周期主要是通過與p53的相互作用來實現(xiàn)。WEN等[11]發(fā)現(xiàn)，Mage-D1抑制HEK293、HepG2、U2OS的生長是通過p53通路使細胞周期停滯在G1和G2/M期。SALEHI等[13]則發(fā)現(xiàn)在交感神經(jīng)前體細胞中Mage-D1通過結(jié)合p75NTR使細胞生長在G1期停滯。另外，YANG等[14]報道，缺乏Mage-D1的食道癌細胞生長停滯在G2/M期，同時S期明顯減少。而KENDALL等[15]的實驗發(fā)現(xiàn)Mage-D1調(diào)控細胞周期還可以依賴p38途徑，這是由XIAP復(fù)合物介導(dǎo)的。

2.3 Mage-D1參與細胞凋亡進程

研究表明，Mage-D1是一種促凋亡因子，參與了多種癌細胞的凋亡，包括胃癌細胞SGC7901、腎上腺嗜鉻細胞瘤PC12細胞、P19細胞、Hela細胞[16]及腸上皮細胞[17]等。徐增琦[18]還報道了Mage-D1在口腔鱗狀細胞癌中也有促進細胞凋亡的作用，其作用可能是通過天冬氨酸蛋白水解酶-3(caspase-3)經(jīng)典途徑及促凋亡蛋白Bax實現(xiàn)的。

作為一個促凋亡蛋白，Mage-D1誘導(dǎo)細胞凋亡有多種途徑，具體如下：(1)與p75NTR相互作用，激活線粒體死亡途徑，釋放細胞色素C，激活caspase-3、caspase-9，促進凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，誘導(dǎo)依賴JNK途徑的細胞凋亡。(2)在非經(jīng)典骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)信號通路中，Mage-D1通過結(jié)合XIAP的RING結(jié)構(gòu)域與XIAP-TAKI-TAB1復(fù)合物相互作用，誘導(dǎo)下游p38依賴的神經(jīng)祖細胞凋亡。(3)Mage-D1與凋亡拮抗轉(zhuǎn)錄因子Che-1結(jié)合，影響其在細胞核內(nèi)定位，同時利用其蛋白酶體依賴性降解下調(diào)Che-1，從而加速細胞死亡[19-20]。(4)與軸突導(dǎo)向受體UNC5H1的胞內(nèi)近膜區(qū)域結(jié)合形成復(fù)合物[21]，在caspase-3的編輯下裂解，轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)中引起細胞凋亡。(5)與細胞質(zhì)蛋白PrP[22]結(jié)合并中斷蛋白相互作用，從而導(dǎo)致細胞凋亡。(6)NF-κB通路也是調(diào)節(jié)細胞凋亡的重要組成部分，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，Mage-D1通過NF-κB促進口腔鱗癌細胞凋亡[18]，另外，Mage-D1與XIAP、Che-1、UNC5H作用調(diào)控細胞凋亡也是通過NF-κB實現(xiàn)的。

2.4 Mage-D1參與核轉(zhuǎn)錄調(diào)控

Mage-D1與Dlx/Msx同源結(jié)構(gòu)域蛋白相互作用，在胚胎時期顱面、四肢、神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育中起重要作用。其中，Dlx控制細胞分化，激活轉(zhuǎn)錄過程；Msx控制細胞分裂和凋亡，抑制轉(zhuǎn)錄，兩者均定位于細胞核。Mage-D1與Dlx/Msx結(jié)合主要是借助于自身的六肽重復(fù)序列IRD，從而促使Dlx發(fā)生轉(zhuǎn)錄，引起GABA神經(jīng)元分化[12]；同時弱化Msx抑制轉(zhuǎn)錄的作用，激活骨骼肌細胞的分化。該過程需要與其家族另一成員Necdin的協(xié)同，兩者通過共有的MHD結(jié)構(gòu)域結(jié)合在一起而發(fā)揮作用。MASUDA等[23]研究發(fā)現(xiàn)，Mage-D1與D1x5結(jié)合，控制其下游基因轉(zhuǎn)錄，并且依賴于Mage-D1表達的多少而產(chǎn)生不同的效果，低水平表達促進轉(zhuǎn)錄，而過表達則會產(chǎn)生抑制作用。

3 Mage-D1與牙發(fā)育

Mage-D1的基因表達圖譜顯示，Mage-D1在牙乳頭及牙釉質(zhì)上皮處高表達，提示Mage-D1本身就與牙發(fā)育存在聯(lián)系，另外，Mage-D1還可以通過影響牙發(fā)育始祖細胞的遷移來影響牙發(fā)育，更參與了調(diào)控牙發(fā)育相關(guān)的多種信號通路，進一步證實了Mage-D1與牙發(fā)育存在一定的聯(lián)系。

3.1 Mage-D1與牙發(fā)育始祖細胞

牙發(fā)育離不開上皮-間充質(zhì)細胞的相互作用。顱神經(jīng)嵴來源的外胚間充質(zhì)干細胞(ecto-mesenchymal stem cell,EMSC),是除牙釉質(zhì)以外所有牙齒組織的形成細胞，也可以認為是牙發(fā)育始祖細胞[24]。在牙齒的發(fā)育過程中,這些細胞遷移至上下頜突,與牙源性上皮相互作用形成牙囊和牙乳頭,進而分化為多種牙齒組織發(fā)生細胞,再分化形成牙槽骨、牙骨質(zhì)和牙本質(zhì)等組織[25]。因此，來源于顱神經(jīng)嵴的EMSC對頜面部及牙齒的發(fā)育至關(guān)重要。研究顯示，下調(diào)Mage-D1可以促進EMSC的遷移，從而影響牙齒發(fā)育。

3.2 Mage-D1與p75NTR

研究顯示，Mage-D1可以通過同源域MHD與p75NTR的胞內(nèi)近膜區(qū)域結(jié)合，在p75NTR與成牙關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子Dlx/Msx中充當橋梁作用。p75NTR是最早發(fā)現(xiàn)與Mage-D1作用的細胞膜受體。ZHAO等[26]在鐘狀期牙胚的上皮-間充質(zhì)處檢測到了高表達的p75NTR，表明在牙發(fā)育初期的調(diào)控分子中很可能有p75NTR，或者可以稱為是啟動牙發(fā)育的關(guān)鍵基因。與此同時，在成牙初期的上皮-間充質(zhì)區(qū)域檢測到大量的p75NTR及Msx、Dlx同源域結(jié)構(gòu)蛋白，后者被公認為是牙發(fā)育過程中的關(guān)鍵因子。楊琨等[27]研究發(fā)現(xiàn)，p75NTR參與胚胎頜面部及牙發(fā)育過程，且可能和Mage-D1共同誘導(dǎo)了頜突EMSC的礦化，從而影響成牙本質(zhì)發(fā)生及礦化。

3.3 Mage-D1與Wnt信號通路

Wnt信號通路是器官和組織生長、發(fā)育中重要的信號機制，調(diào)控細胞的增殖、分化、遷移。近年來研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)典的Wnt/β-catenin信號通路在牙齒發(fā)育過程中發(fā)揮著重要作用，通過影響成牙本質(zhì)細胞、成牙骨質(zhì)細胞、牙源性間充質(zhì)細胞增殖、分化和極化，調(diào)控牙齒形態(tài)發(fā)生，包括牙齒數(shù)量、大小、位置、形狀和組織形成[28-29]。過表達Mage-D1可以導(dǎo)致β-catenin發(fā)生O-乙酞氨基糖基化，促進其核內(nèi)轉(zhuǎn)移并結(jié)合DNA，且β-catenin的糖基化影響其與下游的Wnt信號通路核心蛋白Pygopus的結(jié)合[30]，從而阻礙Wnt/β-catenin信號通路，影響成牙本質(zhì)細胞分化，進而影響牙根發(fā)育。

3.4 Mage-D1與骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)信號通路

BMP是調(diào)控多種牙發(fā)育相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子，對于牙的生長發(fā)育起著至關(guān)重要的作用。SAADI等[31]在牙發(fā)育的鐘狀晚期成釉細胞和牙乳頭細胞間檢測到了多種BMP轉(zhuǎn)導(dǎo)，并證明這種轉(zhuǎn)導(dǎo)通過調(diào)控不同的下游信號分子影響牙本質(zhì)及牙根形成[31]。研究顯示，Mage-D1參與激活非經(jīng)典和經(jīng)典的BMP信號通路[32-33],而BMP信號通路在牙齒發(fā)育[34-35]及調(diào)節(jié)牙髓細胞的增殖和分化[36-37]中發(fā)揮重要作用。因此,推測 Mage-D1可能參與牙齒發(fā)育及修復(fù)牙本質(zhì)。

綜上所述，作為Mage Ⅱ類家族的一員，Mage-D1在細胞分化、增殖、周期、凋亡中均發(fā)揮重要調(diào)節(jié)功能，尤其是近年來發(fā)現(xiàn)其與牙齒發(fā)育息息相關(guān)，更為牙再生與牙發(fā)育的研究提供了新的方向。但相對于其龐大的功能系統(tǒng)，目前針對Mage-D1的研究和認識仍需要不斷深入，尤其是在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究尚處起步階段。本文綜合了近年最新的研究報道與實驗數(shù)據(jù)，梳理和整合了Mage-D1在分子結(jié)構(gòu)、參與細胞分化/增殖/凋亡/核轉(zhuǎn)錄調(diào)控及與牙發(fā)育聯(lián)系的研究進展。隨著未來研究的不斷深入，將進一步明確Mage-D1的生物學(xué)特性和在牙發(fā)育中的確切調(diào)控與分子信號機制，為攻克牙齒組織工程發(fā)展的制約瓶頸提供新的思路。