RUNX2 調(diào)控牙釉質(zhì)及牙周組織結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展

盛羽佳 李 瑩 陳 悅 王愛芹

濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院口腔內(nèi)科，山東濱州 256600

牙釉質(zhì)是一種口腔上皮來源的牙體硬組織，也是人體最硬的組織。釉質(zhì)發(fā)育大致分為3 個階段，即誘導(dǎo)期、分泌期和成熟期，成釉器內(nèi)釉上皮分化后會釋放釉質(zhì)蛋白（enamelin，ENAM）、釉原蛋白（amelogenin，AMELX）、成釉蛋白（ameloblastin，AMBN），并在牙釉質(zhì)成熟階段，成釉細(xì)胞吸收水分和有機(jī)基質(zhì)，牙釉質(zhì)礦化，這種脫水作用允許密集的晶體沉積，使得成熟的釉質(zhì)非常堅固[1-3]。遺傳性牙釉質(zhì)發(fā)生不全（amelogenesis imperfecta，AI）是指一組罕見的遺傳性疾病，表現(xiàn)為牙釉質(zhì)的數(shù)量或質(zhì)量缺陷，即釉質(zhì)厚度、硬度和/或顏色異常，臨床大致將AI 患者分為釉質(zhì)發(fā)育不全型、鈣化不全型、成熟不全型、成熟或發(fā)育不全伴牛牙樣牙型（復(fù)合型）4 種類型[4]。由于牙釉質(zhì)沒有自我修復(fù)能力，臨床上牙釉質(zhì)發(fā)育不良通常會嚴(yán)重影響患者的身心健康，一方面牙釉質(zhì)缺損，牙齒磨耗加劇，引發(fā)牙本質(zhì)甚至牙髓病變；另一方面，牙齒形態(tài)及顏色的改變，造成牙齒美學(xué)問題，給患者帶來心理困擾。因此，遺傳性牙釉質(zhì)缺陷一直是臨床防治工作的難點。研究發(fā)現(xiàn)Runt-相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2（Runt-related transcription factor 2，RUNX2）參與牙釉質(zhì)發(fā)育期間關(guān)鍵基因的調(diào)控，

本綜述主要討論RUNX2 基因在牙釉質(zhì)發(fā)育中的作用，為基因缺陷相關(guān)的牙釉質(zhì)發(fā)生不全癥臨床防治提供參考。

1 RUNX2 的功能

Runt 相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子是一類轉(zhuǎn)錄因子蛋白的統(tǒng)稱，又稱為runt 結(jié)構(gòu)域[5]。后期采用術(shù)語“RUNX”，來指代編碼Runt 相關(guān)蛋白的基因[6]。脊椎動物存在3 種RUNX 基因，其通過豐富的外顯子及異構(gòu)體，在多個領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)功能[7]。RUNX2 是調(diào)控間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨分化的特異性轉(zhuǎn)錄因子，參與骨形成，骨骼生長和發(fā)育的一類重要細(xì)胞，目前RUNX2的相關(guān)成骨作用已達(dá)到廣泛研究，該基因是骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化和骨組織形成所必需的轉(zhuǎn)錄因子，在前成骨細(xì)胞和前期肥大軟骨細(xì)胞中開始上調(diào)；在成骨細(xì)胞和軟骨細(xì)胞中，靶向調(diào)控多種關(guān)鍵基因表達(dá)，其中包括骨鈣蛋白、骨涎蛋白、骨保護(hù)素、骨橋蛋白及各種膠原纖維蛋白、膠原酶等[8]。研究發(fā)現(xiàn)RUNX2 基因及蛋白在成牙本質(zhì)細(xì)胞分化和成釉蛋白表達(dá)中也具有調(diào)控作用，這對闡明牙釉質(zhì)發(fā)育機(jī)制及臨床牙體疾病的防治具有重要意義[9-10]。

2 RUNX2 對牙釉質(zhì)發(fā)育相關(guān)蛋白的影響

AI 臨床表現(xiàn)的多樣性與其遺傳方式、致病的突變基因，以及基因突變后導(dǎo)致的相關(guān)基質(zhì)蛋白表達(dá)和生化改變等密切相關(guān)。研究至今，已有30 多種基因涉及釉質(zhì)發(fā)育不全的表型或非表型，釉質(zhì)蛋白的突變可導(dǎo)致牙釉質(zhì)發(fā)育不良或再生障礙性牙釉質(zhì)缺陷[11-13]。

RUNX2 是一種二聚體轉(zhuǎn)錄復(fù)合物，穩(wěn)定核心結(jié)合因子β 亞單位（coactivator core-binding factor β，Cbfβ）是RUNX2 蛋白的結(jié)合亞基，兩者于成釉細(xì)胞細(xì)胞核中同期表達(dá)上升，據(jù)報道，Cbfβ 基因缺陷小鼠中表現(xiàn)出釉質(zhì)形成受損[14]。而體外實驗發(fā)現(xiàn)，RUNX2與Cbfβ 復(fù)合體通過與釉成熟蛋白（Amelotin，AMTN）基因啟動子的兩個功能區(qū)域相互作用，能夠特異性調(diào)控成釉細(xì)胞中AMTN 基因的表達(dá)[15]。此外，RUNX2 能夠與許多基因啟動子的共識序列結(jié)合，包括牙本質(zhì)唾液磷蛋白和成釉蛋白等，以調(diào)節(jié)相應(yīng)靶基因的表達(dá)[9,16]。作為釉質(zhì)蛋白基因轉(zhuǎn)錄的陽性調(diào)節(jié)因子，RUNX2 蛋白表達(dá)在成釉細(xì)胞中于釉質(zhì)發(fā)育過渡期到成熟期上調(diào)，現(xiàn)階段研究已證實多種蛋白受RUNX2 轉(zhuǎn)錄調(diào)控，影響牙釉質(zhì)發(fā)育；轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）家族信號傳導(dǎo)是影響牙上皮分化和功能的關(guān)鍵因子，在人血小板和哺乳動物骨中含量最高的是TGF-β1亞型[17]。Liu 等[18]研究發(fā)現(xiàn)，缺乏TGF-β1會導(dǎo)致釉質(zhì)基質(zhì)蛋白的異常分泌和吸收，RUNX2 與TGF-β1共定位于成釉細(xì)胞中，TGF-β1通過調(diào)節(jié)RUNX2 表達(dá)，來影響釉質(zhì)礦化。牙釉質(zhì)的成熟需要釉基質(zhì)蛋白的降解，以此促進(jìn)釉質(zhì)晶體增厚，成釉細(xì)胞分別于釉質(zhì)發(fā)育分泌期和成熟期合成分泌基質(zhì)金屬蛋白酶-20（matrix metalloproteinase，MMP-20），也稱為釉質(zhì)溶解蛋白）和激肽釋放酶-4，誘導(dǎo)釉質(zhì)蛋白及其他釉基質(zhì)蛋白降解[19]。實驗研究發(fā)現(xiàn)RUNX2 的缺失，能夠?qū)е翸MP-20 的表達(dá)下調(diào)，而在牙釉質(zhì)礦化過程中，RUNX2 通過調(diào)節(jié)MMP-20在釉質(zhì)成熟礦化中起著重要的調(diào)節(jié)作用[20]。在成釉細(xì)胞核中，存在序列同源性家族50 成員A（family with sequence similarity 50，F(xiàn)AM50A），在Kim 等[21]的實驗中，F(xiàn)AM50A 在小鼠釉質(zhì)細(xì)胞譜系細(xì)胞系分化過程中顯著增加，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)該蛋白在小鼠牙胚的分泌性成釉細(xì)胞中也存在高表達(dá)，實驗進(jìn)一步通過免疫沉淀和免疫印跡分析證實FAM50A 能夠與RUNX2 蛋白發(fā)生物理作用，從而影響RUNX2 與成釉蛋白啟動子的結(jié)合，RUNX2 過表達(dá)下，對成釉蛋白啟動子激活基因水平有正向作用。

3 RUNX2 異常在牙釉質(zhì)中的表征

以骨骼發(fā)育異常為特征的鎖骨顱骨發(fā)育不良（cleidocranial dysplasia，CCD）被認(rèn)為是RUNX2 單倍體功能不全的結(jié)果[22]。此類患者的牙齒表現(xiàn)包括牙齒發(fā)生的異常，特別是牙根的形態(tài)異常，以及牙齒萌出等缺陷[23]。在國外1 例家族性疾病匯報中[24]。4 例RUNX2 基因重復(fù)突變的家族患者，如前所述，存在數(shù)種牙齒畸形，例如牙齒數(shù)目異常（缺牙）、牙齒形態(tài)異常（微齒癥、牙根肥大或牛牙癥）和牙齒位置異常（旋轉(zhuǎn)）。此外，其他病例也觀察到牙釉質(zhì)缺陷，即牙釉質(zhì)發(fā)育不全和低礦化等癥狀[25]。

在動物研究中發(fā)現(xiàn)RUNX2-雜合敲除小鼠的骨骼發(fā)育癥狀與人類CCD 患者相似，包括顱骨和鎖骨發(fā)育不良，前顱骨和后顱骨未閉合，以及頂骨間發(fā)育不良等[26]。Bronckers 等[27]發(fā)現(xiàn)，RUNX2 基因全敲除突變體小鼠缺乏分化的成牙本質(zhì)細(xì)胞和成釉細(xì)胞基質(zhì)，表現(xiàn)為牙釉質(zhì)鐘狀期晚期發(fā)育缺陷。Chu 等[2]通過建立條件性上皮細(xì)胞RUNX2 基因敲除小鼠模型，發(fā)現(xiàn)與同齡野生型小鼠比較，由于成釉細(xì)胞中RUNX2基因的缺失，在小鼠出生后第10 天，即處于釉質(zhì)發(fā)育成熟期時，HE 染色、免疫組織化學(xué)及Q-PCR 技術(shù)均發(fā)現(xiàn)釉基質(zhì)蛋白（釉質(zhì)蛋白、成釉蛋白等）出現(xiàn)殘留，KLK4 表達(dá)下調(diào)；小鼠牙齒萌出后，3 月齡基因鼠牙齒表現(xiàn)明顯磨耗，下前牙出現(xiàn)牙釉質(zhì)白堊色變、釉質(zhì)剝脫；6 月齡基因鼠牙釉質(zhì)磨耗至牙本質(zhì)水平。Morkmued 等[28]研究發(fā)現(xiàn)，通過過量維甲酸飼喂孕鼠，出生小鼠成年后牙釉質(zhì)發(fā)生嚴(yán)重缺陷。胚胎RNA-測序發(fā)現(xiàn)RUNX2 及其靶標(biāo)基因均表達(dá)下降。RUNX2 基因的缺失，對脊椎動物牙釉質(zhì)發(fā)育的影響可見一斑。

4 RUNX2 對牙周組織的影響

牙齦、牙周膜、牙槽骨共同形成了牙周支持系統(tǒng)，牙周組織的健康同樣關(guān)系著牙齒的使用壽命長短。結(jié)合上皮作為牙周組織與外界環(huán)境之間的屏障，上皮細(xì)胞之間通過各種連接蛋白復(fù)合物維持屏障作用，同時進(jìn)行物質(zhì)交換和信息交流。Tian 等[29]發(fā)現(xiàn)上皮細(xì)胞中RUNX2 基因缺失，小鼠上皮結(jié)構(gòu)屏障功能受到影響；實驗觀察到牙周結(jié)合上皮中鈣黏附蛋白（E-cadherin，E-cad）、連接附著分子1（junctional adhesion molecule1，JAM-1）水平均下降，這一結(jié)論同樣在體外細(xì)胞實驗中得到驗證，通過轉(zhuǎn)染慢病毒減少牙齦上皮細(xì)胞中RUNX2 基因的表達(dá)，采用Q-PCR 和Western blot 技術(shù)分析E-cad、JAM-1 的mRNA 和蛋白表達(dá)差異。另外，與正常對照組比較，隨著年齡增長，上皮細(xì)胞RUNX2 基因敲除小鼠牙周結(jié)合上皮附著喪失和牙槽骨吸收加重[30]。Li 等[31]研究發(fā)現(xiàn)，RUNX2 本身對牙槽骨生長發(fā)育的調(diào)控，間接影響了牙齒萌出；RUNX2 基因的異常表達(dá)會干擾牙周膜細(xì)胞和牙囊細(xì)胞的功能，使之失去調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞分化的能力，無法控制骨重建。由此推測，RUNX2 基因的異常表達(dá)，除了造成牙體組織的形態(tài)或功能缺陷外，對牙周組織也存在著不可忽略的影響。

5 總結(jié)與展望

本文主要討論RUNX2 基因與牙釉質(zhì)發(fā)育相關(guān)的研究現(xiàn)狀，即RUNX2 通過調(diào)節(jié)釉質(zhì)蛋白基因轉(zhuǎn)錄，影響釉基質(zhì)蛋白降解，對牙釉質(zhì)成熟礦化發(fā)揮著調(diào)控作用。并根據(jù)現(xiàn)有證據(jù)提出RUNX2 基因缺陷對牙周組織的潛在破壞作用，以RUNX2 基因缺陷為主的相關(guān)遺傳疾病，可能涉及牙周疾病易感性，在未來的釉質(zhì)疾病研究中可重點關(guān)注牙周組織，為未來牙釉質(zhì)發(fā)育不良疾病的研究及防治提供方向。

利益沖突聲明：本文所有作者均聲明不存在利益沖突。