Dlx基因調控頜面部發育的研究進展*

張藝馨 綜述，溫秀杰,2△ 審校

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

脊椎動物頜面部發育是一個復雜的過程，額鼻突、成對的上下頜突這5個不同的突起需要以特定的速度和協調一致的方式生長，然后在中線融合形成正常的面部結構[1]。頜面部的發育是上皮和間充質相互作用的結果，在這一復雜過程中涉及一系列信號分子和轉錄因子。其中同源盒基因家族的成員遠端較小同源盒(distal-homeobox，Dlx)基因是參與頜面發育的關鍵因子。Dlx基因是編碼同源域轉錄因子的同源盒基因，首次發現于黑腹果蠅，經鑒定與果蠅遠端缺失基因(distal-less,Dll)同源。Dlx基因在脊椎動物中的研究已有多年，研究者對Dlx基因的表達、功能及其基因組位置的了解集中在脊椎動物。Dlx基因在小鼠和人類中包含6個成員Dlx1、Dlx2、Dlx3、Dlx4、Dlx5、Dlx6，通過Dlx1/Dlx2、Dlx3/Dlx4、Dlx5/Dlx6組合成對，形成位置緊密、聚集轉錄的3個基因簇，而成對的Dlx基因表達相似，表明其受共同的表達機制控制[2]。TAN等[3]研究表明，在哺乳動物中Dlx是作為基因轉錄的抑制因子或激活因子作用于靶基因，并且6個成員的基因表達分析已經在神經系統、神經嵴衍生物、鰓弓和發育中的附屬物中得到證實，具有多種發育作用，包括控制肢體的形成、神經元亞群的分化及與神經嵴相關的各種功能等，并且這些功能在許多動物中都得到了保留，是一種高度保守的轉錄因子[3]。隨著研究的不斷深入，學者們發現Dlx基因在頜面部發育發揮重要作用，本文就Dlx基因調控頜面部發育的最新研究進展進行綜述。

1 Dlx基因與頜面部發育

Dlx基因在形成頜面部的突起中重疊、嵌套表達，其Dlx基因表達模式和調控機制在組織顱面結構和進化中起關鍵作用[4]。當Dlx蛋白編碼區的突變常常導致人類頜面部發育不良，如頜骨畸形、唇腭裂、牙發育異常等。

Dlx基因在胚胎期的顱神經嵴細胞中的表達提供了頜骨形成過程中的模式信息[5-6]。上下頜骨人骨膜源性細胞的基因表達存在明顯差異，主要表現為同源框基因(Homeobox gene,Hox)和Dlx家族基因的高表達，引導骨骼系統和其他結締組織發育，也共同決定細胞外基質組織、膠原形成和對生長因子等的反應[7]。DAI等[8]有研究顯示，Dlx1或Dlx2突變的小鼠出現了明顯的頜面部畸形,說明Dlx1和Dlx2決定著頜面骨骼形態的后續發育和表型。有研究發現，Dlx基因的敲除會改變鰓弓的位置信息，并導致同源性轉變，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基因復合雜合子缺失導致腭裂的外顯率為100%[11-12]。Dlx1/Dlx2雙純合子缺失小鼠具有完全的顯性的繼發性腭裂[13]。Dlx4在小鼠腭架的間質中表達，當小鼠的Dlx4基因發生一個特異性突變(c.546delG)將導致常見的唇腭裂。WU等[14]研究結果顯示，在1例患有雙側唇腭裂和輕微畸形特征的母親和患兒中發現了Dlx4突變[14]。Dlx5純合子缺失小鼠通常患有繼發性腭裂，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]在一項對以腭裂為特征的先天性發育畸形Pierre-robin序列征患者的基因分析中發現，Dlx5的1個高度保守的功能區發生了突變，由此提出了Dlx5基因的失調導致了腭畸形的假設。

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展是由獨立的遺傳途徑而決定[17]。Dlx2的過表達破壞了上頜和下頜磨牙和切牙的牙骨質形成，有可能其他Dlx基因的表達，如Dlx1和Dlx5可能彌補Dlx2的缺失，但并不能抑制Dlx2過表達的作用[18]。Dlx3定位于17q21.33，對腺體、牙齒和毛囊等器官的發育有明顯影響，有研究報道，在牙-毛-骨性綜合征家族中出現了4 bp的Dlx3基因缺失，其特征是頭發、牙釉質和牙本質發育不良，以及骨質密度高[19]。

2 Dlx調控頜面部發育的機制研究

Dlx基因對頜面部發育至關重要，目前Dlx基因對頜面部發育調控作用機制的研究已經取得很多成果，特別是針對Dlx基因影響頜面部成骨發育和成牙發育這兩方面發育機制。

2.1 Dlx基因調控成骨發育的機制

Dlx基因能夠有效地激活成骨過程中相關因子的表達。過表達Dlx2通過增加Ⅱ型膠原和聚集蛋白的積累來增強早期軟骨細胞分化，也可以通過抑制膠原酶降解聚集蛋白的表達來干擾后期軟骨細胞分化[20]。原位骨組織的Dlx3免疫組織化學檢測顯示，Dlx3在前成骨細胞、成骨細胞和骨細胞中表達,促進人Ⅰ型膠原蛋白、堿性磷酸酶、成骨轉錄因子、鋅指蛋白和骨鈣素等的表達及鈣化基質的形成[21]。Dlx3是成骨轉錄因子的上游調控因子，也是肌源性分化的負調控因子，Dlx3通過誘導關鍵的成骨轉錄因子部分抑制成肌分化，微RNA(microRNAs,miRNA)-133a和miRNA-133b對Dlx3的負調控則是一種新的促肌性刺激可以阻斷Dlx3的成骨表達[22]。然而，也有研究提供了相反的證據，該研究報道神經嵴Dlx3的缺失增加了顱面骨的骨形成和礦化，提示Dlx3抑制成骨細胞分化的作用[23]。有研究結果顯示，Dlx5是成骨分化的主控調控因子，其直接控制多個成骨相關基因的轉錄，包括堿性磷酸酶、骨鈣素、成骨轉錄因子、鋅指蛋白等，從而影響整個成骨過程[24-25]。在胚胎期，內皮素1 與G蛋白偶聯受體結合信號會激活下游Dlx5和Dlx6，誘導下頜骨和上頜骨的分化，并調控下頜骨中Meckels軟骨的形成，從而影響下頜骨的發育[26]。

2.2 Dlx基因調控成牙發育的機制

根據同源盒基因在第一鰓弓間質的空間限制表達，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育的模式[27]。有研究發現，Dlx1和Dlx2基因全突變的新生小鼠沒有上頜磨牙，而所有其他的牙齒都存在，推測這種表型可能是由于間充質的缺陷，牙源性細胞被重組成軟骨細胞，導致上頜磨牙被異位軟骨取代[28]。LéZOT等[29]研究報道，在牙根形成初期，Dlx2在磨牙和切牙根尖上皮細胞中表達明顯，可能是上皮細胞起源的成牙骨質細胞亞群參與根形態發生和成牙骨質形成的標志。Dlx2過表達小鼠出現切牙交叉咬、牙根縮短、牙骨質沉積增加、牙周韌帶紊亂、牙槽骨骨質疏松等牙齒異常，說明Dlx2過表達可能會改變小鼠的牙槽骨、牙骨質和牙周韌帶表型[18]。此外，在牙乳頭干細胞過表達Dlx2還可用于牙本質再生[30]。Dlx3在牙源性譜系中表達，是牙源性分化、礦化的關鍵轉錄因子[31]。有研究表明，Dlx3的缺失或突變可能通過改變牙本質涎磷蛋白的表達而導致牙本質缺陷[32]。體外研究發現，Dlx 3可通過H19/miRNA-675軸表觀遺傳學調控人牙髓干細胞成牙分化，并可增加堿性磷酸酶、牙本質涎磷蛋白、牙本質基質蛋白1和巢蛋白的表達水平[33]。YANG等[34]研究報道，在牙齒發育過程中，Dlx5可以通過上調牙乳頭干細胞中的組蛋白去甲基化酶來促進牙本質分化，而Dlx5在牙齒間葉中的表達需要肌節同源基因1(muscle segment homeobox，Msx1)，通過Msx1和Dlx5協同作用從而調節牙齒和牙槽骨發育。有研究發現，Dlx1/2、Dlx3和Dlx6的協同表達是通過直接調控成釉細胞分化調控釉質形成的關鍵[29]。

3 結語與展望

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

綜上所述，隨著技術的不斷發展，研究的深入，Dlx基因家族的對頜面部生長發育調控與分子信號機制將進一步明確，從而對口腔醫學領域中骨再生、牙再生組織工程應用等奠定理論基礎。