TGF-β3基因與腭裂發生的相關研究進展

梁碩，史辛藝，王志斌，關方霞，2

(1.鄭州大學生物工程系 河南 鄭州 450001;2.河南省醫學科學院 河南 鄭州 450003)

唇腭裂是新生兒口腔頜面部最常見的一種先天性發育畸形，其發病率因地域、人種和民族而異，我國的發生率約為0.182%，居新生兒出生缺陷發生率的首位［1］。唇腭裂分為綜合征型和非綜合征型兩種，綜合征型唇腭裂是指以某綜合征的表型之一出現的，通常多由單個基因突變引起;而非綜合征型唇腭裂(nonsydromic cleft of lip with or without palate，NSCL/P)，是指單發的唇裂、腭裂或唇裂合并腭裂，是一種排除了其他系統畸形和綜合征的唇腭裂，占唇腭裂的70%以上。NSCL/P的病因比較復雜，目前認為它是由遺傳和環境因素相互作用所致的一種多基因多因素遺傳病。現已發現與唇腭裂相關基因有很多，常見的有 BCL3，TGFA，TGF-β3 等，其中轉化生長因子-3(transforming growth factor-β，TGF-β3)是腭突發育過程中的關鍵因子之一。因此本文就TGF-β3基因與腭裂發生的相關研究進展進行綜述，以期為深入研究該病的病因提供參考依據。

1 TGF-β3在腭發育過程中的作用

TGF-β3基因位于14q24，大小為43 kb，含6個內含子和7個外顯子，編碼一系列TGF-β家族蛋白，參與調節胚胎發生和細胞分化，它是TGF-β家族中非常重要的一員。TGF-β家族在腭發育過程中調控細胞增殖、分化和凋亡，細胞移行，上皮間充質轉化，細胞外基質的合成及沉積，基底膜的降解等。在哺乳動物中TGF-β 有3 種亞型:TGF-β1、TGF-β2 和 TGF-β3。盡管3種亞型結構相似，含7l%～76%相同的基因序列，都通過Smads或MAPKs信號通路，并且在不同種族間具有高度保守性，但它們在腭突發育過程中的作用卻是各不相同的。研究表明，TGF-β3基因缺陷小鼠往往都形成腭裂，提示TGF-β3在兩側腭突的融合過程中起主要作用;TGF-β2基因缺陷小鼠多有上頜骨和下頜骨畸形，其中腭裂的發生率為23%;TGF-β1基因缺陷小鼠在胚胎第11天之前死亡，無法研究其在上腭發育中的作用［2］。

1.1 腭的發育過程 胚胎早期原始鼻腔和口腔是彼此相通的，腭的發育使口腔與鼻腔分開。胚胎發育至第9周左右時，兩側的側腭突與前腭突自外向內、向后方向生長，最后形成完整的大部分硬腭、軟腭和懸雍垂，將口腔與鼻腔完全隔開。整個過程包括兩側腭突的生長、上抬、粘附及融合等。其中腭突中嵴上皮(medical edge epithelia，MEE)細胞在腭突融合過程中顯得尤為重要:首先是其外層上皮細胞從腭突接觸點開始發生程序性細胞死亡脫落，然后通過側腭突內細胞的緊密接觸形成腭中線，側腭突發生向水平方向的轉動并向中線生長。MEE細胞進一步通過細胞凋亡、分化及上皮間充質轉化等途徑降解。腭中線隨著細胞的降解而消失，間充質細胞在中線處融合，形成完整的腭［3］。腭的發育過程受許多因素的影響，可能出現發育異常從而導致腭裂或頜裂。

1.2 TGF-β3在胎鼠腭發育過程中的表達 小鼠孕11～16 d相當于人類的孕6～12周，該時期是腭部發育的關鍵時期。孕11.0～11.5 d，上頜突長出腭突并垂直延伸，此時TGF-β3僅在上皮細胞中表達，并持續表達至上皮間充質轉化結束、MEE細胞消失為止。孕12.0～12.5 d，腭突仍呈垂直生長，可分別在上皮及間充質細胞中檢測到 TGF-β1和 TGF-β2的表達。孕13.0～13.5 d，腭突抬高，TGF-β3 在上皮細胞中表達升高，促進了腭中線的形成［4］。孕14.0～14.5 d，兩側腭突接觸前MEE細胞中的TGF-β3表達水平開始迅速升高，口腔樣上皮及鼻腔樣上皮中也有TGF-β3表達。TGF-β1和TGF-β3在同種上皮細胞中均有表達，TGF-β2則在間充質細胞中持續表達，少量MEE細胞中也有 TGF-β2 表達［4］。腭中線形成后，TGF-β3 表達水平達最高峰，上皮間充質轉化活躍。孕15.0～15.5 d，腭突開始聯會融合，MEE細胞持續表達TGF-β1和TGF-β3，直至MEE細胞完全失去其上皮表型轉化為間充質細胞［4］，但與孕 13.5～14.5 d 相比，尚未完成轉化的上皮細胞TGF-β3的表達量明顯減少［4］，腭中線兩側的間充質細胞TGF-β2持續高表達［5］。孕16.0～16.5 d，融合后的腭組織中只含少量表達TGF-β3的上皮細胞，TGF-β3主要在間充質細胞中表達;TGF-β2在中線兩側間充質細胞中廣泛表達，而TGF-β1只在腭突和鼻突的骨化區表達。

2 TGF-β3在腭發育過程中的作用機制

目前，研究發現TGF-β3在腭發育過程中，對腭突生長和抬高的作用不大，主要作用于腭突的融合過程。Taya等［3］第一次提出 TGF-β3是通過誘導 MEE細胞表面絲足的形成來促進腭突融合的，并將其作用機制闡明如下:①絲足使MEE細胞的表面積增大，有利于腭突接觸粘附;②絲足富集大量的細胞粘附分子和細胞橋粒為腭突接觸粘附提供便利;③絲足能使MEE細胞表面電荷減少，對腭突接觸和粘附十分重要;④絲足能使細胞轉化能力增強，有利于MEE細胞轉化為口腔樣上皮或鼻腔樣上皮及上皮間充質，促使腭中線降解。新近研究［6］發現，與正常小鼠相比，在腭突接觸前，TGF-β3基因缺陷小鼠MEE細胞中的某些細胞外基質分子和細胞粘附分子表達異常。而在體外實驗中添加外源性TGF-β3可恢復TGF-β基因缺陷小鼠MEE細胞中上述分子的表達量及分布，可促進腭突融合。

腭中線降解是腭突融合過程中十分關鍵的一環。目前關于腭中線降解機制的研究較多，但分歧較大，主要集中在細胞移行途徑和細胞程序性死亡途徑兩點上。Murillo等［7］認為腭中線降解僅經過細胞移行途徑，而Dudas等［8］認為腭中線降解僅經過細胞程序性死亡途徑。盡管對腭中線降解途徑的認識存在分歧，但他們一致認同不管是細胞移行還是細胞程序性死亡均為TGF-β3所誘導。而 Ahmed等［9］研究發現，細胞移行和細胞程序性死亡都參與了TGF-β3誘導的腭中線降解，其始發反應為細胞周期停滯，還發現上述3個反應是有序而獨立的過程。Iordanskaia等［10］進一步研究發現，細胞周期停滯是上皮間充質轉化和細胞凋亡的先決條件，處于G1/S期的細胞進入上皮間充質轉化，處于G2/M期的細胞發生細胞凋亡。細胞周期停滯主要由TGF-β1基因誘導，上皮間充質轉化和細胞凋亡主要由TGF-β3基因誘導，而上皮間充質轉化和細胞凋亡的同時還受到多種信號分子的調控，如p38MAPK、TGF-β 受體、Smads、STAT3 及 PKA 等［11］。

3 TGF-β3基因的多態性與腭裂發生的相關性

TGF-β3基因與腭裂發生相關的認識基于對基因敲除小鼠的研究。Kaariene等［2］和 Taya等［3］研究發現，TGF-β3-/-小鼠表現為腭裂畸形，但無其他顱面畸形發生。Brunet等［12］應用TGF-β3抗體及反義寡核苷酸抑制 TGF-β3，可阻斷正常小鼠腭板的融合。而Yang和Lee［13］研究發現，在雞胚腭裂模型中添加外源性TGF-β3，可誘導其腭板融合。

關于TGF-β3基因多態性與人類NSCL/P關系的研究報道結果各不相同。國內朱江輝等［14］對170個NSCL/P核心家庭成員DNA標本進行TGF-β3 CA重復序列多態性檢測。經傳遞不平衡檢驗和基于單體型的單體型相對危險度檢驗分析，未發現TGF-β3 CA重復序列多態性與NSCL/P發生之間有關系，但應用家系為基礎的相關性檢驗分析發現TGF-β3基因突變與NSCL/P發病危險之間有關聯。林健燕等［15］對200例NSCL/P患者各基因位點多態性檢測，發現 TGF-β3 G15572多態性與母親妊娠早期被動吸煙、感染史、補充維生素及父親知曉妊娠前吸煙、飲酒對NSCL/P的發生具有交互作用。而劉寧等［16］對48例NSCL/P患者的TGF-β3基因SfaNI多態性進行檢測，發現其與中國人群 NSCL/P發生無關。國外Suazo等［17］對智利150例NSCL/P患者及其父母的TGF-β3基因進行等位基因遺傳不平衡檢驗，發現TGF-β3基因多態性與NSCL/P有關。但Marazita等［18］針對多國820個家庭6565例的標本進行了連鎖分析，結果卻未發現TGF-β3基因多態性與NSCL/P相關。有研究表明，先天性腭裂患者TGF-β3基因很少發生突變［19］，僅表現為表達水平的改變。Nogai［20］、Gan［21］、柴茂洲等［22］在動物實驗中也得出了相同的結論。提示TGF-β3基因表達異常與腭裂發生具有相關性，其機制可能與該基因DNA甲基化等表觀遺傳現象有關。

4 總結與展望

在動物實驗中，TGF-β3基因在胚胎腭發育的關鍵時期表達，并參與腭突融合的調控，因此，TGF-β3基因突變與腭裂的發生具有明確的因果關系。但在臨床研究中，TGF-β3基因的多態性與腭裂相關性的研究結果卻不相同，這可能與地域、種族及研究方法的差異有關。而TGF-β3基因在胚胎時期腭發育過程中的作用機制尚未闡明，腭裂發生是否與環境-基因相互作用有關也需進一步研究。

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