Dlx基因调控颌面部发育的研究进展*

张艺馨 综述，温秀杰,2△ 审校

(1.西南医科大学附属口腔医院正畸科，四川泸州 646000；2.重庆瑞泰口腔医院正畸科 401121)

脊椎动物颌面部发育是一个复杂的过程，额鼻突、成对的上下颌突这5个不同的突起需要以特定的速度和协调一致的方式生长，然后在中线融合形成正常的面部结构[1]。颌面部的发育是上皮和间充质相互作用的结果，在这一复杂过程中涉及一系列信号分子和转录因子。其中同源盒基因家族的成员远端较小同源盒(distal-homeobox，Dlx)基因是参与颌面发育的关键因子。Dlx基因是编码同源域转录因子的同源盒基因，首次发现于黑腹果蝇，经鉴定与果蝇远端缺失基因(distal-less,Dll)同源。Dlx基因在脊椎动物中的研究已有多年，研究者对Dlx基因的表达、功能及其基因组位置的了解集中在脊椎动物。Dlx基因在小鼠和人类中包含6个成员Dlx1、Dlx2、Dlx3、Dlx4、Dlx5、Dlx6，通过Dlx1/Dlx2、Dlx3/Dlx4、Dlx5/Dlx6组合成对，形成位置紧密、聚集转录的3个基因簇，而成对的Dlx基因表达相似，表明其受共同的表达机制控制[2]。TAN等[3]研究表明，在哺乳动物中Dlx是作为基因转录的抑制因子或激活因子作用于靶基因，并且6个成员的基因表达分析已经在神经系统、神经嵴衍生物、鳃弓和发育中的附属物中得到证实，具有多种发育作用，包括控制肢体的形成、神经元亚群的分化及与神经嵴相关的各种功能等，并且这些功能在许多动物中都得到了保留，是一种高度保守的转录因子[3]。随着研究的不断深入，学者们发现Dlx基因在颌面部发育发挥重要作用，本文就Dlx基因调控颌面部发育的最新研究进展进行综述。

1 Dlx基因与颌面部发育

Dlx基因在形成颌面部的突起中重叠、嵌套表达，其Dlx基因表达模式和调控机制在组织颅面结构和进化中起关键作用[4]。当Dlx蛋白编码区的突变常常导致人类颌面部发育不良，如颌骨畸形、唇腭裂、牙发育异常等。

Dlx基因在胚胎期的颅神经嵴细胞中的表达提供了颌骨形成过程中的模式信息[5-6]。上下颌骨人骨膜源性细胞的基因表达存在明显差异，主要表现为同源框基因(Homeobox gene,Hox)和Dlx家族基因的高表达，引导骨骼系统和其他结缔组织发育，也共同决定细胞外基质组织、胶原形成和对生长因子等的反应[7]。DAI等[8]有研究显示，Dlx1或Dlx2突变的小鼠出现了明显的颌面部畸形,说明Dlx1和Dlx2决定着颌面骨骼形态的后续发育和表型。有研究发现，Dlx基因的敲除会改变鳃弓的位置信息，并导致同源性转变，从而改变上颌和下颌的特征[9-10]。

由于Dlx基因之间功能存在冗余，Dlx基因单一纯合子突变小鼠显示出不同的腭裂外显率，而某些Dlx基因复合杂合子缺失导致腭裂的外显率为100%[11-12]。Dlx1/Dlx2双纯合子缺失小鼠具有完全的显性的继发性腭裂[13]。Dlx4在小鼠腭架的间质中表达，当小鼠的Dlx4基因发生一个特异性突变(c.546delG)将导致常见的唇腭裂。WU等[14]研究结果显示，在1例患有双侧唇腭裂和轻微畸形特征的母亲和患儿中发现了Dlx4突变[14]。Dlx5纯合子缺失小鼠通常患有继发性腭裂，腭骨水平板缺失，软腭缩短，鼻和上颌骨较短等[15]。林家玮等[16]在一项对以腭裂为特征的先天性发育畸形Pierre-robin序列征患者的基因分析中发现，Dlx5的1个高度保守的功能区发生了突变，由此提出了Dlx5基因的失调导致了腭畸形的假设。

Dlx1和Dlx2是最早被鉴定为有助于牙源性模式形成的基因，其突变仅干扰上颌磨牙的发育，但门牙和下颌磨牙正常，表明不同形状的牙齿在颌骨不同位置的发展是由独立的遗传途径而决定[17]。Dlx2的过表达破坏了上颌和下颌磨牙和切牙的牙骨质形成，有可能其他Dlx基因的表达，如Dlx1和Dlx5可能弥补Dlx2的缺失，但并不能抑制Dlx2过表达的作用[18]。Dlx3定位于17q21.33，对腺体、牙齿和毛囊等器官的发育有明显影响，有研究报道，在牙-毛-骨性综合征家族中出现了4 bp的Dlx3基因缺失，其特征是头发、牙釉质和牙本质发育不良，以及骨质密度高[19]。

2 Dlx调控颌面部发育的机制研究

Dlx基因对颌面部发育至关重要，目前Dlx基因对颌面部发育调控作用机制的研究已经取得很多成果，特别是针对Dlx基因影响颌面部成骨发育和成牙发育这两方面发育机制。

2.1 Dlx基因调控成骨发育的机制

Dlx基因能够有效地激活成骨过程中相关因子的表达。过表达Dlx2通过增加Ⅱ型胶原和聚集蛋白的积累来增强早期软骨细胞分化，也可以通过抑制胶原酶降解聚集蛋白的表达来干扰后期软骨细胞分化[20]。原位骨组织的Dlx3免疫组织化学检测显示，Dlx3在前成骨细胞、成骨细胞和骨细胞中表达,促进人Ⅰ型胶原蛋白、碱性磷酸酶、成骨转录因子、锌指蛋白和骨钙素等的表达及钙化基质的形成[21]。Dlx3是成骨转录因子的上游调控因子，也是肌源性分化的负调控因子，Dlx3通过诱导关键的成骨转录因子部分抑制成肌分化，微RNA(microRNAs,miRNA)-133a和miRNA-133b对Dlx3的负调控则是一种新的促肌性刺激可以阻断Dlx3的成骨表达[22]。然而，也有研究提供了相反的证据，该研究报道神经嵴Dlx3的缺失增加了颅面骨的骨形成和矿化，提示Dlx3抑制成骨细胞分化的作用[23]。有研究结果显示，Dlx5是成骨分化的主控调控因子，其直接控制多个成骨相关基因的转录，包括碱性磷酸酶、骨钙素、成骨转录因子、锌指蛋白等，从而影响整个成骨过程[24-25]。在胚胎期，内皮素1 与G蛋白偶联受体结合信号会激活下游Dlx5和Dlx6，诱导下颌骨和上颌骨的分化，并调控下颌骨中Meckels软骨的形成，从而影响下颌骨的发育[26]。

2.2 Dlx基因调控成牙发育的机制

根据同源盒基因在第一鳃弓间质的空间限制表达，提出了一种牙源性同源盒基因编码牙列模式，而Dlx基因特异性地参与了牙齿发育的模式[27]。有研究发现，Dlx1和Dlx2基因全突变的新生小鼠没有上颌磨牙，而所有其他的牙齿都存在，推测这种表型可能是由于间充质的缺陷，牙源性细胞被重组成软骨细胞，导致上颌磨牙被异位软骨取代[28]。LÉZOT等[29]研究报道，在牙根形成初期，Dlx2在磨牙和切牙根尖上皮细胞中表达明显，可能是上皮细胞起源的成牙骨质细胞亚群参与根形态发生和成牙骨质形成的标志。Dlx2过表达小鼠出现切牙交叉咬、牙根缩短、牙骨质沉积增加、牙周韧带紊乱、牙槽骨骨质疏松等牙齿异常，说明Dlx2过表达可能会改变小鼠的牙槽骨、牙骨质和牙周韧带表型[18]。此外，在牙乳头干细胞过表达Dlx2还可用于牙本质再生[30]。Dlx3在牙源性谱系中表达，是牙源性分化、矿化的关键转录因子[31]。有研究表明，Dlx3的缺失或突变可能通过改变牙本质涎磷蛋白的表达而导致牙本质缺陷[32]。体外研究发现，Dlx 3可通过H19/miRNA-675轴表观遗传学调控人牙髓干细胞成牙分化，并可增加碱性磷酸酶、牙本质涎磷蛋白、牙本质基质蛋白1和巢蛋白的表达水平[33]。YANG等[34]研究报道，在牙齿发育过程中，Dlx5可以通过上调牙乳头干细胞中的组蛋白去甲基化酶来促进牙本质分化，而Dlx5在牙齿间叶中的表达需要肌节同源基因1(muscle segment homeobox，Msx1)，通过Msx1和Dlx5协同作用从而调节牙齿和牙槽骨发育。有研究发现，Dlx1/2、Dlx3和Dlx6的协同表达是通过直接调控成釉细胞分化调控釉质形成的关键[29]。

3 结语与展望

Dlx基因已被证明在颌面部生长发育中起着至关重要的作用，其作用过程与机制、与其他因子的相互作用已取得很多研究成果，但关于其潜在调控作用与机制仍有待研究发现。Dlx基因家族中存在大量的功能冗余，单个基因的突变分析还无法证明Dlx蛋白对发育的完全控制。Dlx基因的敲除导致上下颌骨同源性转变是取决于每个Dlx基因的独特蛋白质特性(定性)还是Dlx总剂量(定量)还有待确定；Dlx基因在不同细胞谱系中促进分化的作用及细胞增殖和分化之间存在密切联系，需要通过研究与核心细胞周期调控因子相互作用，更全面地了解Dlx蛋白在发育过程中的功能；Dlx基因家族与其他同源盒基因在骨形成过程中协同工作，未来还需深入探明Dlx基因家族在上下颌骨中骨形成过程中的具体作用。

综上所述，随着技术的不断发展，研究的深入，Dlx基因家族的对颌面部生长发育调控与分子信号机制将进一步明确，从而对口腔医学领域中骨再生、牙再生组织工程应用等奠定理论基础。