Mage-D1的分子生物學特性及參與牙發育調控的研究進展*

余 俠 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)

近年來，黑色素瘤相關抗原(Mage)家族蛋白由于參與多種細胞生物學效應而成為學術界的研究熱點。其中，Mage-D1作為Mage Ⅱ類蛋白，因其結構和功能的特殊性，引起了人們的關注，且隨著研究的不斷深入，發現其與牙發育存在一定的相關性。本文就Mage-D1的生物學功能及其與牙發育的聯系作一綜述，為Mage-D1在牙再生組織工程中的進一步研究提供思路及方向。

1 Mage-D1的發現與結構特點

Mage-D1又稱NRAGE或Dlxin-1，由POLD等[1]于1999年在骨髓基質細胞中被發現，屬于Mage Ⅱ類。 Mage-D1基因位于X染色體上的p11.21～p11.23片段，全長6 601 bp，由13個外顯子構成，第2～12個外顯子之間是開放閱讀框(ORF)，編碼含有778個氨基酸，大小約為86×103的蛋白。在結構上，Mage-D1的氨基端是Mage-D類成員共有的一段保守序列MHD2，羧基端是由220個氨基酸組成的Mage家族的同源區域MHD[1]，由25個重復的六肽結構域(IRD) WQXPXX連接MHD2和MHD結構域。Mage-D1在胚胎和成年個體各時期各種組織中都有表達，其中在腦組織的表達最多[2]，其表達水平在胚胎時期隨著胚胎發育過程不斷上升，出生后開始下降，尤其在成年之后顯著降低，表明Mage-D1可能與胚胎發育存在相關性。

最早Mage-D1被證明能通過與p75神經營養受體(p75NTR)相互作用進而起到促進神經元凋亡的作用。神經系統中的Mage-D1可能還與生物節律、學習記憶，以及抑郁行為的發生有關。Mage-D1還在腫瘤的發生和轉移中起著至關重要的抑癌作用[3-5]。此外，越來越多的研究表明Mage-D1可以和軸突導向受體(UNC5H)、X連鎖凋亡抑制劑(XIAP)、骨形態發生蛋白(BMP)、Necdin等蛋白相互作用，參與調節細胞周期、增殖、凋亡等病理生理過程。最新研究發現，Mage-D1與牙齒發育密切相關，可能參與了牙發育的調控。

2 Mage-D1的生物學特性

2.1 Mage-D1參與細胞分化調控

首先，Mage-D1影響神經元細胞的分化。Necdin是Mage家族蛋白，主要存在于神經元、骨骼肌、軟骨及脂肪細胞中，并在有絲分裂后期表達，過量表達Necdin有利于細胞分化和凋亡。有研究指出，在發育小鼠的腦部前盤區和神經結突觸處發現了高濃度的Necdin、Mage-D1和Dlx家族蛋白[6]，提示Mage-D1與Necdin可能通過共同調節Dlx家族蛋白來影響神經元細胞的分化。隨后KUWAJIMA等[7]研究證實了這一點，他們發現Necdin正是通過結合Mage-D1介導Dlx同源結構域蛋白的轉錄，從而促進小鼠胚胎前腦中GABA神經元分化。FENG等[8]發現在神經生長因子(NGF)介導的PC12細胞神經元分化的過程中，Mage-D1作為負調節劑，抑制PC12細胞的神經元分化。而REDDY等[9]提出，在PC12細胞中，Mage-D1可以通過激活MEK和Akt信號通路，上調神經突形成。

其次，NGUYEN等[10]研究發現Mage-D1在正常成年人的肌肉組織中表達很低，而在損傷后成肌細胞分化時大大提高，說明Mage-D1與肌肉的損傷修復有關，也證明了Mage-D1參與成肌細胞的分化。

2.2 Mage-D1參與細胞增殖與周期調控

Mage-D1調控多種細胞的增殖。體外實驗證明，Mage-D1能抑制人腎臟上皮細胞HEK293、肝細胞癌細胞HepG2、骨肉瘤細胞U2OS[11]和乳腺癌細胞的增殖[12]。而YANG等[13]的研究表明Mage-D1能促進食道癌細胞增殖。

Mage-D1調控細胞周期主要是通過與p53的相互作用來實現。WEN等[11]發現，Mage-D1抑制HEK293、HepG2、U2OS的生長是通過p53通路使細胞周期停滯在G1和G2/M期。SALEHI等[13]則發現在交感神經前體細胞中Mage-D1通過結合p75NTR使細胞生長在G1期停滯。另外，YANG等[14]報道，缺乏Mage-D1的食道癌細胞生長停滯在G2/M期，同時S期明顯減少。而KENDALL等[15]的實驗發現Mage-D1調控細胞周期還可以依賴p38途徑，這是由XIAP復合物介導的。

2.3 Mage-D1參與細胞凋亡進程

研究表明，Mage-D1是一種促凋亡因子，參與了多種癌細胞的凋亡，包括胃癌細胞SGC7901、腎上腺嗜鉻細胞瘤PC12細胞、P19細胞、Hela細胞[16]及腸上皮細胞[17]等。徐增琦[18]還報道了Mage-D1在口腔鱗狀細胞癌中也有促進細胞凋亡的作用，其作用可能是通過天冬氨酸蛋白水解酶-3(caspase-3)經典途徑及促凋亡蛋白Bax實現的。

作為一個促凋亡蛋白，Mage-D1誘導細胞凋亡有多種途徑，具體如下：(1)與p75NTR相互作用，激活線粒體死亡途徑，釋放細胞色素C，激活caspase-3、caspase-9，促進凋亡信號轉導，誘導依賴JNK途徑的細胞凋亡。(2)在非經典骨形態發生蛋白(BMP)信號通路中，Mage-D1通過結合XIAP的RING結構域與XIAP-TAKI-TAB1復合物相互作用，誘導下游p38依賴的神經祖細胞凋亡。(3)Mage-D1與凋亡拮抗轉錄因子Che-1結合，影響其在細胞核內定位，同時利用其蛋白酶體依賴性降解下調Che-1，從而加速細胞死亡[19-20]。(4)與軸突導向受體UNC5H1的胞內近膜區域結合形成復合物[21]，在caspase-3的編輯下裂解，轉移到細胞質中引起細胞凋亡。(5)與細胞質蛋白PrP[22]結合并中斷蛋白相互作用，從而導致細胞凋亡。(6)NF-κB通路也是調節細胞凋亡的重要組成部分，有學者發現，Mage-D1通過NF-κB促進口腔鱗癌細胞凋亡[18]，另外，Mage-D1與XIAP、Che-1、UNC5H作用調控細胞凋亡也是通過NF-κB實現的。

2.4 Mage-D1參與核轉錄調控

Mage-D1與Dlx/Msx同源結構域蛋白相互作用，在胚胎時期顱面、四肢、神經系統的發育中起重要作用。其中，Dlx控制細胞分化，激活轉錄過程；Msx控制細胞分裂和凋亡，抑制轉錄，兩者均定位于細胞核。Mage-D1與Dlx/Msx結合主要是借助于自身的六肽重復序列IRD，從而促使Dlx發生轉錄，引起GABA神經元分化[12]；同時弱化Msx抑制轉錄的作用，激活骨骼肌細胞的分化。該過程需要與其家族另一成員Necdin的協同，兩者通過共有的MHD結構域結合在一起而發揮作用。MASUDA等[23]研究發現，Mage-D1與D1x5結合，控制其下游基因轉錄，并且依賴于Mage-D1表達的多少而產生不同的效果，低水平表達促進轉錄，而過表達則會產生抑制作用。

3 Mage-D1與牙發育

Mage-D1的基因表達圖譜顯示，Mage-D1在牙乳頭及牙釉質上皮處高表達，提示Mage-D1本身就與牙發育存在聯系，另外，Mage-D1還可以通過影響牙發育始祖細胞的遷移來影響牙發育，更參與了調控牙發育相關的多種信號通路，進一步證實了Mage-D1與牙發育存在一定的聯系。

3.1 Mage-D1與牙發育始祖細胞

牙發育離不開上皮-間充質細胞的相互作用。顱神經嵴來源的外胚間充質干細胞(ecto-mesenchymal stem cell,EMSC),是除牙釉質以外所有牙齒組織的形成細胞，也可以認為是牙發育始祖細胞[24]。在牙齒的發育過程中,這些細胞遷移至上下頜突,與牙源性上皮相互作用形成牙囊和牙乳頭,進而分化為多種牙齒組織發生細胞,再分化形成牙槽骨、牙骨質和牙本質等組織[25]。因此，來源于顱神經嵴的EMSC對頜面部及牙齒的發育至關重要。研究顯示，下調Mage-D1可以促進EMSC的遷移，從而影響牙齒發育。

3.2 Mage-D1與p75NTR

研究顯示，Mage-D1可以通過同源域MHD與p75NTR的胞內近膜區域結合，在p75NTR與成牙關鍵轉錄因子Dlx/Msx中充當橋梁作用。p75NTR是最早發現與Mage-D1作用的細胞膜受體。ZHAO等[26]在鐘狀期牙胚的上皮-間充質處檢測到了高表達的p75NTR，表明在牙發育初期的調控分子中很可能有p75NTR，或者可以稱為是啟動牙發育的關鍵基因。與此同時，在成牙初期的上皮-間充質區域檢測到大量的p75NTR及Msx、Dlx同源域結構蛋白，后者被公認為是牙發育過程中的關鍵因子。楊琨等[27]研究發現，p75NTR參與胚胎頜面部及牙發育過程，且可能和Mage-D1共同誘導了頜突EMSC的礦化，從而影響成牙本質發生及礦化。

3.3 Mage-D1與Wnt信號通路

Wnt信號通路是器官和組織生長、發育中重要的信號機制，調控細胞的增殖、分化、遷移。近年來研究發現經典的Wnt/β-catenin信號通路在牙齒發育過程中發揮著重要作用，通過影響成牙本質細胞、成牙骨質細胞、牙源性間充質細胞增殖、分化和極化，調控牙齒形態發生，包括牙齒數量、大小、位置、形狀和組織形成[28-29]。過表達Mage-D1可以導致β-catenin發生O-乙酞氨基糖基化，促進其核內轉移并結合DNA，且β-catenin的糖基化影響其與下游的Wnt信號通路核心蛋白Pygopus的結合[30]，從而阻礙Wnt/β-catenin信號通路，影響成牙本質細胞分化，進而影響牙根發育。

3.4 Mage-D1與骨形態發生蛋白(BMP)信號通路

BMP是調控多種牙發育相關的轉錄因子，對于牙的生長發育起著至關重要的作用。SAADI等[31]在牙發育的鐘狀晚期成釉細胞和牙乳頭細胞間檢測到了多種BMP轉導，并證明這種轉導通過調控不同的下游信號分子影響牙本質及牙根形成[31]。研究顯示，Mage-D1參與激活非經典和經典的BMP信號通路[32-33],而BMP信號通路在牙齒發育[34-35]及調節牙髓細胞的增殖和分化[36-37]中發揮重要作用。因此,推測 Mage-D1可能參與牙齒發育及修復牙本質。

綜上所述，作為Mage Ⅱ類家族的一員，Mage-D1在細胞分化、增殖、周期、凋亡中均發揮重要調節功能，尤其是近年來發現其與牙齒發育息息相關，更為牙再生與牙發育的研究提供了新的方向。但相對于其龐大的功能系統，目前針對Mage-D1的研究和認識仍需要不斷深入，尤其是在口腔醫學領域的研究尚處起步階段。本文綜合了近年最新的研究報道與實驗數據，梳理和整合了Mage-D1在分子結構、參與細胞分化/增殖/凋亡/核轉錄調控及與牙發育聯系的研究進展。隨著未來研究的不斷深入，將進一步明確Mage-D1的生物學特性和在牙發育中的確切調控與分子信號機制，為攻克牙齒組織工程發展的制約瓶頸提供新的思路。