Runx2基因與骨相關疾病的研究

摘要：Runx2是骨發育過程中調節骨髓間充質干細胞向成骨細胞分化和成熟最關鍵的轉錄因子，它通過多條途徑參與骨代謝的調控，可影響成骨細胞及破骨細胞活動從而控制骨形成與骨吸收，并與很多骨相關疾病的形成有很大關系，Runx2基因多態性的研究為疾病的早發現及治療提供新的思路及治療靶點。

關鍵詞：Runx2；鎖骨顱骨發育不良綜合征；骨質疏松癥；骨肉瘤；脊柱后縱韌帶骨化

Runxx相關因子（runt-related gene，Runxx）是一類轉錄因子蛋白的統稱，它們都是由a和β亞單位構成的異二聚體，其特點是在分子結構中均含有一個由128個氨基酸組成的DNA結合區，該結合區與果蠅屬的分節基因Runt同源，因此被稱為Runt結構域。Runxx家族主要有Runxl、Runx2和Runx3，Runx2又稱為核心結核因子α1（core binding factor α1， Cbfa1），多瘤病毒增強子結合蛋（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結構域，是骨發育過程中調節骨髓間充質干細胞向成骨細胞分化和成熟最關鍵的轉錄因 子[1]，Runx2的表達是成骨細胞開始分化的標志，因此它是骨形成過程中最早和最具特異性的標志基因， 此基因的缺失將導致骨發育不良或終止[2]。Runx2包括N端的多谷氨酰胺/丙氨酸重復序列結構域（Q/A）、中部的runt結構域以及C端的富含脯氨酸、絲氨酸及蘇氨酸的PST結構域。Runx2能特異地識別并結合許多靶基因上PyGPyGGTPy序列，產生不同的生物效應[3]。Runx2基因的變化與很多疾病相關，特別是骨相關疾病，對其研究有利于疾病的早期發現提供新思路及早期治療提供新靶點。

1 Runx2與鎖骨顱骨發育不良綜合征

鎖骨顱骨發育不良綜合征（cleidocranialdysostosis，CCD）是一種先天性骨骼系統的發育畸形，其主要臨床特征是全身多發性骨骼發育畸形及面、牙的發育異常。致病基因已證實是Runx2，在第6染色體p21上，Runx2基因雜合突變可以引起CCD發病，該基因是骨母細胞特異的轉錄因子和骨母細胞分化的調節劑[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，對它們的骨骼進行分析，發現缺乏成骨細胞和骨；雜合子小鼠表現出特定的骨骼異常特征，也是人類可遺傳的骨骼疾病-鎖骨顱骨發育不良綜合征的特征， CCD突變中Runx2基因被敲除，用alacZ報告基因分析胚胎時期Runx2基因的表達，結果在骨形成的初級階段Runx2基因是高表達的，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發病，證實該基因是CCD的致病基因。迄今報道引起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，都可導致鎖骨顱骨發育不良癥狀的發生，在CCD患者體中均可以檢測得到。

2 Runx2與骨質疏松癥

原發性骨質疏松癥（Primary Osteoporosis，PO）是以骨量減少、骨組織顯微結構退化，以致骨的脆性增高及骨折危險性增加的一種全身骨病[6-7]。Runx2基因是骨發育過程中調節骨髓間充質干細胞向成骨細胞分化和成熟最關鍵的轉錄因子，研究發現，多種基因的表達水平和基因多態性可影響峰值骨量和骨質轉換，其中Runx2基因多態性可能是決定骨脆性的重要因素，從而對骨質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基因在骨發育成熟中的作用，發現在人的發育成熟過程中，骨密度和峰值骨量都在變化，Runx2基因的表達與骨密度和峰值骨量緊密相關。S. Ermakov等[10]研究了743例人的手骨長度和骨密度與Runx2基因多態性的關系，校正了身高等之后發現，Runx2基因啟動子1的多態性與骨平均長度相關，而Runx2基因啟動子2的多態性與骨密度值相關。綜合前面有很多學者的研究，可見Runx2基因的多態性與骨的發育成熟、骨密度密切相關。

3 Runx2與骨肉瘤

骨肉瘤（Osteosarcoma）是較常見的發生在20歲以下的青少年或兒童的一種惡性結締組織腫瘤。Runx2在骨母細胞分化和骨形成中發揮重要作用， 閔大六等[11]檢測骨肉瘤活檢樣本石蠟組織中Runx2與Ezrin基因的蛋白表達情況，結果病例中58.5%的患者骨肉瘤組織中Runx2與Ezrin均呈陽性表達，Runx2與Ezrin的表達呈顯著正相關，有肺癌轉移者的Runx2和Ezrin表達陽性率比無肺癌轉移者的要高，且Runx2和Ezrin陽性表達者預后較陰性表達者差，提示Runx2蛋白可能參與了骨肉瘤的肺轉移過程。又有學者[12]研究得出Runx2影響骨髓內皮細胞的遷移，激活MMPs、膜蛋白以及血管生成因子的表達，促進骨黏附，從而調節血管再生和腫瘤的生長。可見Runx2的高表達與骨肉瘤相關。也有研究認為Runx2缺失突變可以促進成骨細胞增殖，間葉細胞中持續增強的Runx2表達可以抑制細胞生長，在由BMP誘導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的高表達與低表達都與骨肉瘤相關，說明Runx2在調節細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生骨化，從而壓迫脊髓和神經根，產生肢體的感覺和運動障礙及內臟植物神經功能紊亂的疾患，該病具有鮮明的遺傳特性。早期的研究中發現，在骨化的脊柱后縱韌帶細胞中檢測到Runx2基因表達增強，而Runx2基因表達經過干擾之后，骨化的脊柱后縱韌帶細胞促血管生成素-1的表達下調，而在未發生骨化的正常組脊柱后縱韌帶細胞表達無顯著差異[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）進行多個基因位點多態性進行研究發現，兩組的Runx2中位于6號染色體的RS1321075 和 RS12333172基因區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生具有相關性。可見Runx2基因是脊柱后縱韌帶骨化的發生的關鍵因子。

5結論

Runx2是骨發育過程中調節骨髓間充質干細胞向成骨細胞分化和成熟最關鍵的轉錄因子，其功能的完成是體內相關因子受到相應的激活后通過一定的信號通路對Runx2的蛋白表達進行正性或負性的調控來實現的。它通過很多途徑參與骨代謝的調控，可影響成骨細胞、破骨細胞活動而控制骨形成與骨吸收。但其在骨發育中的具體機制并不明確，如何確定一個合適的表達量使Runx2促進骨形成，抑制骨吸收的作用達到最大還需要進一步研究。通過基因層面來早期發現疾病，可以延緩疾病的進展或者在出現臨床癥狀之前進行治療，提高人的生存質量。在疾病治療方面，可以利用Runx2與骨代謝相關的多種細胞因子相互作用來調控成骨細胞和破骨細胞的分化及活性，進一步研究影響Runx2基因表達的因素及傳導通路，有助于人們用藥物主動地調節其表達，以刺激骨的形成來治療某些骨代謝疾病；此外，還能通過識別刺激調節的表達和效能來研制相應的藥物，糾正由于蛋白異常表達所引起的疾病，如阻止腫瘤（乳腺癌、前列腺癌等）向骨骼的轉移，或者阻止和治療骨缺失疾病（如骨質疏松）的發生等。隨著對人類自身了解的不斷深入，更多的疾病可用基因層面的改變來解釋，不斷地為疾病治療提供更多新的靶點，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