Dlx基因調(diào)控頜面部發(fā)育的研究進(jìn)展*

張藝馨 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)

脊椎動(dòng)物頜面部發(fā)育是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，額鼻突、成對(duì)的上下頜突這5個(gè)不同的突起需要以特定的速度和協(xié)調(diào)一致的方式生長(zhǎng)，然后在中線融合形成正常的面部結(jié)構(gòu)[1]。頜面部的發(fā)育是上皮和間充質(zhì)相互作用的結(jié)果，在這一復(fù)雜過(guò)程中涉及一系列信號(hào)分子和轉(zhuǎn)錄因子。其中同源盒基因家族的成員遠(yuǎn)端較小同源盒(distal-homeobox，Dlx)基因是參與頜面發(fā)育的關(guān)鍵因子。Dlx基因是編碼同源域轉(zhuǎn)錄因子的同源盒基因，首次發(fā)現(xiàn)于黑腹果蠅，經(jīng)鑒定與果蠅遠(yuǎn)端缺失基因(distal-less,Dll)同源。Dlx基因在脊椎動(dòng)物中的研究已有多年，研究者對(duì)Dlx基因的表達(dá)、功能及其基因組位置的了解集中在脊椎動(dòng)物。Dlx基因在小鼠和人類中包含6個(gè)成員Dlx1、Dlx2、Dlx3、Dlx4、Dlx5、Dlx6，通過(guò)Dlx1/Dlx2、Dlx3/Dlx4、Dlx5/Dlx6組合成對(duì)，形成位置緊密、聚集轉(zhuǎn)錄的3個(gè)基因簇，而成對(duì)的Dlx基因表達(dá)相似，表明其受共同的表達(dá)機(jī)制控制[2]。TAN等[3]研究表明，在哺乳動(dòng)物中Dlx是作為基因轉(zhuǎn)錄的抑制因子或激活因子作用于靶基因，并且6個(gè)成員的基因表達(dá)分析已經(jīng)在神經(jīng)系統(tǒng)、神經(jīng)嵴衍生物、鰓弓和發(fā)育中的附屬物中得到證實(shí)，具有多種發(fā)育作用，包括控制肢體的形成、神經(jīng)元亞群的分化及與神經(jīng)嵴相關(guān)的各種功能等，并且這些功能在許多動(dòng)物中都得到了保留，是一種高度保守的轉(zhuǎn)錄因子[3]。隨著研究的不斷深入，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)Dlx基因在頜面部發(fā)育發(fā)揮重要作用，本文就Dlx基因調(diào)控頜面部發(fā)育的最新研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 Dlx基因與頜面部發(fā)育

Dlx基因在形成頜面部的突起中重疊、嵌套表達(dá)，其Dlx基因表達(dá)模式和調(diào)控機(jī)制在組織顱面結(jié)構(gòu)和進(jìn)化中起關(guān)鍵作用[4]。當(dāng)Dlx蛋白編碼區(qū)的突變常常導(dǎo)致人類頜面部發(fā)育不良，如頜骨畸形、唇腭裂、牙發(fā)育異常等。

Dlx基因在胚胎期的顱神經(jīng)嵴細(xì)胞中的表達(dá)提供了頜骨形成過(guò)程中的模式信息[5-6]。上下頜骨人骨膜源性細(xì)胞的基因表達(dá)存在明顯差異，主要表現(xiàn)為同源框基因(Homeobox gene,Hox)和Dlx家族基因的高表達(dá)，引導(dǎo)骨骼系統(tǒng)和其他結(jié)締組織發(fā)育，也共同決定細(xì)胞外基質(zhì)組織、膠原形成和對(duì)生長(zhǎng)因子等的反應(yīng)[7]。DAI等[8]有研究顯示，Dlx1或Dlx2突變的小鼠出現(xiàn)了明顯的頜面部畸形,說(shuō)明Dlx1和Dlx2決定著頜面骨骼形態(tài)的后續(xù)發(fā)育和表型。有研究發(fā)現(xiàn)，Dlx基因的敲除會(huì)改變鰓弓的位置信息，并導(dǎo)致同源性轉(zhuǎn)變，從而改變上頜和下頜的特征[9-10]。

由于Dlx基因之間功能存在冗余，Dlx基因單一純合子突變小鼠顯示出不同的腭裂外顯率，而某些Dlx基因復(fù)合雜合子缺失導(dǎo)致腭裂的外顯率為100%[11-12]。Dlx1/Dlx2雙純合子缺失小鼠具有完全的顯性的繼發(fā)性腭裂[13]。Dlx4在小鼠腭架的間質(zhì)中表達(dá)，當(dāng)小鼠的Dlx4基因發(fā)生一個(gè)特異性突變(c.546delG)將導(dǎo)致常見(jiàn)的唇腭裂。WU等[14]研究結(jié)果顯示，在1例患有雙側(cè)唇腭裂和輕微畸形特征的母親和患兒中發(fā)現(xiàn)了Dlx4突變[14]。Dlx5純合子缺失小鼠通?；加欣^發(fā)性腭裂，腭骨水平板缺失，軟腭縮短，鼻和上頜骨較短等[15]。林家瑋等[16]在一項(xiàng)對(duì)以腭裂為特征的先天性發(fā)育畸形Pierre-robin序列征患者的基因分析中發(fā)現(xiàn)，Dlx5的1個(gè)高度保守的功能區(qū)發(fā)生了突變，由此提出了Dlx5基因的失調(diào)導(dǎo)致了腭畸形的假設(shè)。

Dlx1和Dlx2是最早被鑒定為有助于牙源性模式形成的基因，其突變僅干擾上頜磨牙的發(fā)育，但門牙和下頜磨牙正常，表明不同形狀的牙齒在頜骨不同位置的發(fā)展是由獨(dú)立的遺傳途徑而決定[17]。Dlx2的過(guò)表達(dá)破壞了上頜和下頜磨牙和切牙的牙骨質(zhì)形成，有可能其他Dlx基因的表達(dá)，如Dlx1和Dlx5可能彌補(bǔ)Dlx2的缺失，但并不能抑制Dlx2過(guò)表達(dá)的作用[18]。Dlx3定位于17q21.33，對(duì)腺體、牙齒和毛囊等器官的發(fā)育有明顯影響，有研究報(bào)道，在牙-毛-骨性綜合征家族中出現(xiàn)了4 bp的Dlx3基因缺失，其特征是頭發(fā)、牙釉質(zhì)和牙本質(zhì)發(fā)育不良，以及骨質(zhì)密度高[19]。

2 Dlx調(diào)控頜面部發(fā)育的機(jī)制研究

Dlx基因?qū)︻M面部發(fā)育至關(guān)重要，目前Dlx基因?qū)︻M面部發(fā)育調(diào)控作用機(jī)制的研究已經(jīng)取得很多成果，特別是針對(duì)Dlx基因影響頜面部成骨發(fā)育和成牙發(fā)育這兩方面發(fā)育機(jī)制。

2.1 Dlx基因調(diào)控成骨發(fā)育的機(jī)制

Dlx基因能夠有效地激活成骨過(guò)程中相關(guān)因子的表達(dá)。過(guò)表達(dá)Dlx2通過(guò)增加Ⅱ型膠原和聚集蛋白的積累來(lái)增強(qiáng)早期軟骨細(xì)胞分化，也可以通過(guò)抑制膠原酶降解聚集蛋白的表達(dá)來(lái)干擾后期軟骨細(xì)胞分化[20]。原位骨組織的Dlx3免疫組織化學(xué)檢測(cè)顯示，Dlx3在前成骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞中表達(dá),促進(jìn)人Ⅰ型膠原蛋白、堿性磷酸酶、成骨轉(zhuǎn)錄因子、鋅指蛋白和骨鈣素等的表達(dá)及鈣化基質(zhì)的形成[21]。Dlx3是成骨轉(zhuǎn)錄因子的上游調(diào)控因子，也是肌源性分化的負(fù)調(diào)控因子，Dlx3通過(guò)誘導(dǎo)關(guān)鍵的成骨轉(zhuǎn)錄因子部分抑制成肌分化，微RNA(microRNAs,miRNA)-133a和miRNA-133b對(duì)Dlx3的負(fù)調(diào)控則是一種新的促肌性刺激可以阻斷Dlx3的成骨表達(dá)[22]。然而，也有研究提供了相反的證據(jù)，該研究報(bào)道神經(jīng)嵴Dlx3的缺失增加了顱面骨的骨形成和礦化，提示Dlx3抑制成骨細(xì)胞分化的作用[23]。有研究結(jié)果顯示，Dlx5是成骨分化的主控調(diào)控因子，其直接控制多個(gè)成骨相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，包括堿性磷酸酶、骨鈣素、成骨轉(zhuǎn)錄因子、鋅指蛋白等，從而影響整個(gè)成骨過(guò)程[24-25]。在胚胎期，內(nèi)皮素1 與G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)合信號(hào)會(huì)激活下游Dlx5和Dlx6，誘導(dǎo)下頜骨和上頜骨的分化，并調(diào)控下頜骨中Meckels軟骨的形成，從而影響下頜骨的發(fā)育[26]。

2.2 Dlx基因調(diào)控成牙發(fā)育的機(jī)制

根據(jù)同源盒基因在第一鰓弓間質(zhì)的空間限制表達(dá)，提出了一種牙源性同源盒基因編碼牙列模式，而Dlx基因特異性地參與了牙齒發(fā)育的模式[27]。有研究發(fā)現(xiàn)，Dlx1和Dlx2基因全突變的新生小鼠沒(méi)有上頜磨牙，而所有其他的牙齒都存在，推測(cè)這種表型可能是由于間充質(zhì)的缺陷，牙源性細(xì)胞被重組成軟骨細(xì)胞，導(dǎo)致上頜磨牙被異位軟骨取代[28]。LéZOT等[29]研究報(bào)道，在牙根形成初期，Dlx2在磨牙和切牙根尖上皮細(xì)胞中表達(dá)明顯，可能是上皮細(xì)胞起源的成牙骨質(zhì)細(xì)胞亞群參與根形態(tài)發(fā)生和成牙骨質(zhì)形成的標(biāo)志。Dlx2過(guò)表達(dá)小鼠出現(xiàn)切牙交叉咬、牙根縮短、牙骨質(zhì)沉積增加、牙周韌帶紊亂、牙槽骨骨質(zhì)疏松等牙齒異常，說(shuō)明Dlx2過(guò)表達(dá)可能會(huì)改變小鼠的牙槽骨、牙骨質(zhì)和牙周韌帶表型[18]。此外，在牙乳頭干細(xì)胞過(guò)表達(dá)Dlx2還可用于牙本質(zhì)再生[30]。Dlx3在牙源性譜系中表達(dá)，是牙源性分化、礦化的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子[31]。有研究表明，Dlx3的缺失或突變可能通過(guò)改變牙本質(zhì)涎磷蛋白的表達(dá)而導(dǎo)致牙本質(zhì)缺陷[32]。體外研究發(fā)現(xiàn)，Dlx 3可通過(guò)H19/miRNA-675軸表觀遺傳學(xué)調(diào)控人牙髓干細(xì)胞成牙分化，并可增加堿性磷酸酶、牙本質(zhì)涎磷蛋白、牙本質(zhì)基質(zhì)蛋白1和巢蛋白的表達(dá)水平[33]。YANG等[34]研究報(bào)道，在牙齒發(fā)育過(guò)程中，Dlx5可以通過(guò)上調(diào)牙乳頭干細(xì)胞中的組蛋白去甲基化酶來(lái)促進(jìn)牙本質(zhì)分化，而Dlx5在牙齒間葉中的表達(dá)需要肌節(jié)同源基因1(muscle segment homeobox，Msx1)，通過(guò)Msx1和Dlx5協(xié)同作用從而調(diào)節(jié)牙齒和牙槽骨發(fā)育。有研究發(fā)現(xiàn)，Dlx1/2、Dlx3和Dlx6的協(xié)同表達(dá)是通過(guò)直接調(diào)控成釉細(xì)胞分化調(diào)控釉質(zhì)形成的關(guān)鍵[29]。

3 結(jié)語(yǔ)與展望

Dlx基因已被證明在頜面部生長(zhǎng)發(fā)育中起著至關(guān)重要的作用，其作用過(guò)程與機(jī)制、與其他因子的相互作用已取得很多研究成果，但關(guān)于其潛在調(diào)控作用與機(jī)制仍有待研究發(fā)現(xiàn)。Dlx基因家族中存在大量的功能冗余，單個(gè)基因的突變分析還無(wú)法證明Dlx蛋白對(duì)發(fā)育的完全控制。Dlx基因的敲除導(dǎo)致上下頜骨同源性轉(zhuǎn)變是取決于每個(gè)Dlx基因的獨(dú)特蛋白質(zhì)特性(定性)還是Dlx總劑量(定量)還有待確定；Dlx基因在不同細(xì)胞譜系中促進(jìn)分化的作用及細(xì)胞增殖和分化之間存在密切聯(lián)系，需要通過(guò)研究與核心細(xì)胞周期調(diào)控因子相互作用，更全面地了解Dlx蛋白在發(fā)育過(guò)程中的功能；Dlx基因家族與其他同源盒基因在骨形成過(guò)程中協(xié)同工作，未來(lái)還需深入探明Dlx基因家族在上下頜骨中骨形成過(guò)程中的具體作用。

綜上所述，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，研究的深入，Dlx基因家族的對(duì)頜面部生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控與分子信號(hào)機(jī)制將進(jìn)一步明確，從而對(duì)口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中骨再生、牙再生組織工程應(yīng)用等奠定理論基礎(chǔ)。