Ｍｓｘ１基因多態性與非綜合征性唇腭裂

吳 旋 綜述，萬偉東 審校

脊椎動物Msx1基因在胚胎發育過程中多個部位表達，該基因是顱面、四肢和外胚層器官正常形態形成所必需。近年研究表明，Msx1基因多態性與非綜合性唇腭裂密切相關，現就Msx1基因與非綜合征性唇腭裂之間的關系綜述如下。

1Msx1基因分子生物學特性

Msx基因家族成員包括Msx1、Msx2、Msx3，Msx1又稱HOX7。Msx1基因是同源異型盒（homeobox）基因家族的成員，同源異型盒基因是一類高度保守的DNA 序列，其共同特點是具有180個核苷酸長度的同源區，編碼由60 個氨基酸折疊成的3個α- 螺旋結構[1]，該結構被稱為同源異型域(homeodomain，HD)，HD與其N-末端部分氨基酸殘基共同構成同源異型蛋白的DNA結合域(DNA-binding)，與特異的DNA結合。同源盒基因產物的同源結構域，特異性地識別以5'-TAAT-3'為核心的10-12bp的DNA序列[2]，作為轉錄調控因子調節靶基因的表達。但同源結構域與DNA的相對親和性有所不同。這種差異也許與同源盒基因產物和靶基因間選擇性的相互作用有關[3]。充當轉錄調控因子的同源盒基因，既可以是轉錄的抑制子，也可以是激活子。這種雙向式的調節與靶基因的序列無關，只與跟其他轉錄因子的相互作用有關[4]。

人類Msx1基因定位于染色體4p16，含2個外顯子及1個內含子。具有高度保守性，全長為3911bp，編碼含303個氨基酸的蛋白，其中有60個為DNA結合氨基酸。Msxl作為核轉錄因子，具有促進生長發育和抑制分化的作用，是器官發育過程中的主調控基因。Homeobox 基因編碼的蛋白在胚胎發育中參與形成確定形態信息的自身調控和轉調控網絡系統[5]。Msx1基因突變與人類口面裂、牙發育不全等有關[6]。

作為轉錄調控因子的同源盒基因，并不是單獨起作用，而是與其他的同源盒基因構成網絡系統。同源盒基因與其他轉錄因子聯合起作用，對于同源盒基因的功能特異性是必要的[7]。Msx1和Msx2在頜面部、牙胚發育過程中的各個發育階段內均以頻繁重疊、彼此相關的方式進行表達，從基因定位方面提示了它們之間的功能冗余(functional redundancy)，即當Msx2的作用逐漸減弱時，Msx1的作用可能相應增強，兩者調控硬組織形成的功能可以相互補充[8-9]，其機制尚不清楚。同源盒基因Msx和Dlx主要表達在脊椎動物特殊的結構中，如顱骨、牙齒、肢體、體軸和附肢骨骼及三部分腦中。Msx蛋白的功能是作為轉錄抑制子，而Dlx蛋白則作為轉錄激動劑。它們相互影響對方的轉錄活動，提示兩者在發育過程中存在相互補充或拮抗的機制[10]。

2Msx1與非綜合征性唇腭裂

非綜合征性唇腭裂（NSCL/P）是人類最常見的先天性畸形之一。流行病學調查表明，國外新生兒唇腭裂發病率約為1‰，而在我國約為1.2‰，它不但造成嚴重面部畸形，還往往影響患兒語言、聽力，甚至引起心理障礙，給家庭、社會帶來巨大壓力，這就迫切需要闡明唇腭裂的發病機理。近年研究表明，Msx1基因突變與非綜合征性唇腭裂密切相關。

2.1 Msx1編碼區多態性和NSCL/P：Msx1編碼區的exon1編碼150個氨基酸，exon2編碼147個氨基酸，編碼區突變致氨基酸變異大多集中在exon1。Jezewski[11]等對Msx1進行測序分析時發現的氨基酸突變有，E78V，G98E，G110GV，114G，G116E，L118L。同時證實同義突變G110G（c>t）在亞洲人群的非綜合性唇腭裂中有顯著意義。缺失突變（811-816缺失）在Iowa州人群中與非綜合性唇腭裂的關聯性亦被發現，具有統計學意義。Yasushi Suzuki[12]等對一組越南NSCL/P核心家庭研究時發現Msx1基因中兩種錯義突變，P147Q和G98E。其中P147Q，即該基因的第一個外顯子第440個堿基由C變為A，此人群中2%的患者有這種點突變，有統計學意義。Tongkobpetch S[13]等對100名泰國非綜合性唇腭裂患者的Msx1編碼區進行分析，在外顯子2編碼區的羧基末端新發現了兩個突變G267C及P278S，而在162名對照組中沒有發現此兩種突變。Jungyong Park[14]等以52名韓國非綜合征性唇腭裂患者為對象，對Msx1基因內部及其周圍9.8kb長度的序列進行了測序分析，結果發現了7個snp位點，其中位于exon2的第7個SNP，1170G/A在韓國非綜合性唇腭裂人群中有著顯著意義，當以基因型GG為參照時，等位基因A的患病風險顯著下降；當以等位基因A為參照時，患此病的風險隨著等位基因G出現幾率的增加而增大。Vieira等[15]對智利45個NSCLP家系進行研究，發現MsxI基因兩個錯義突變(G16D和G34A) ， G16D突變可能破壞了一個剪接位點，導致唇腭裂的形成。De Muynck等[16]研究發現，在一個唇腭裂家系的3個個體中發現一個新的MsxI突變，C559T，導致編碼氨基酸由谷氨酸轉變成終止信號。

2.2 Msx1非編碼區多態性和NSCL/P：Daniele Fallin等[17]用直接測序法對Msx1的內含子進行了測序分析，鑒定了8個snps位點，只有snp7，c2204a和snp8，g2284a的傳遞不平衡分析有統計學意義，同時證實了內含子中的CA4重復微衛星標志與非綜合征性唇腭裂的相關性，這一點與Beaty[18]等在2002年的報道相符合，進一步證實了CA4重復微衛星在非綜合征性唇腭裂中的作用。Jezewski[11]等在一個Iowa州病例中的5'UTR端發現了一個突變，-247C->T突變體，先證者除了雙側唇裂外還有多種先天畸形，并有一個非綜合征性雙側唇腭裂的舅舅。

2.3 Msx1基因在NSCL/P形成過程中的表達及調節：人類連鎖和連鎖不平衡研究發現， Msx基因特殊編碼序列的突變，可能會使Msx編碼蛋白缺失，從而引起其功能不足，導致遠端面芽萌出缺乏，隨之發生一期或二期腭裂[19]。突變Msx1蛋白缺乏N端結構域，無法調節細胞周期素(cyclin D1)，故抑制分化[20]。Msx1在腭基質中的表達表明其在腭發育過程中有一直接作用。Zhang等[21]報道Msx1在腭基質中的表達局限在腭架的前份。基因敲除Msxl的小鼠出現口面裂畸形和少牙畸形[22]。Kuratani S[23]證實人的Msxl缺陷出現口面裂畸形和牙齒發育不全，而成雙的基因敲除鼠的Msxl和goosecoid基因，則出現中耳缺陷和腭裂。

Msx1基因表達的調節由多種機制完成，包括維甲酸、反義“抑制子”、生長因子以及與其他轉錄因子相互作用。李鑫[24]用MTT方法觀察對照組、RA（維甲酸）處理組細胞的增殖變化，原位雜交檢測兩組細胞中Msx基因擴增水平的變化，結果濃度為1×10-8mol/L的RA明顯抑制腭突細胞的增殖，Msx基因表達陽性，提示RA通過誘導Msx基因的表達而抑制細胞增殖，在腭裂發生過程中Msx基因是RA發揮生物學作用的靶基因。Berdal 等研究[25]證實，Msx1 mRNA和反義RNA之間的平衡控制著Msx1編碼蛋白的水平，雙向轉錄的Msx1同源結構域可能通過調控Msx1蛋白的水平，對細胞間信號傳導和分化起作用，在牙齒發育的生物礦化過程和顱頜面發育中發揮重要作用。

2.4 Msx1與其他NSCL/P相關基因協同作用：Astanand Jugessur[26]等對TGF-α，TGF-β3， Msx1三個基因的突變位點及其不同基因突變位點的相關性進行了研究，結果發現TGFA等位基因表型所起的作用在Msx1CA4基因型的患者中非常顯著，具有顯著的統計學意義。Beaty[18]等研究證實TGF-β3附近的D14S61標志和Msx1的CA重復微衛星標志的連鎖不平衡分析有意義。Vieira等[27]對217名南美非綜合性唇腭裂患兒Msx1和TGF-β3的聯合作用進行分析，分析結果提示Msx1和TGF-β3的聯合作用促進了南美人群唇腭裂的發生。

2.5 Msx1與環境聯合在NSCL/P中的作用：Beaty[18]研究表明Msx1CA重復微衛星與患者母親吸煙的聯合作用與非綜合征性唇腭裂相關性顯著，or值顯示Msx1CA4純合型嬰兒其母親有吸煙史的患病風險是母親無吸煙史的4倍。PAULA對吸煙和酒精與候選基因的聯合作用與非綜合征性唇腭裂的相關性進行了研究，發現具有TGF-β3或 Msx1等位基因突變的嬰兒，若其母親有吸煙史（≥10支/天）則患cp的風險升高；通過比較發現母親酗酒（≥4次/月）的嬰兒患CLP的風險明顯增加，尤其是帶有Msx1等位基因突變的患兒，其患CLP的幾率比未突變的顯著升高。

綜上所述，同源盒基因Msx1突變在非綜合征性唇腭裂形成過程中發揮重要作用。對Msx1基因編碼的轉錄因子如何調節細胞內信號級聯反應并介導誘導組織間相互作用，下位靶基因及其對器官發生中相關細胞過程的確切作用機制等方面的進一步研究，將為闡明疾病的分子生物學機制，以及臨床開展非綜合征性唇腭裂患者的產前診斷、早期基因修正、孕期外源性生長因子治療等研究奠定理論基礎。

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[收稿日期]2007-06-29[修回日期]2007-08-30

編輯/李陽利