唇腭裂综合征 Ｍｓｘ１基因多态性与非综合征性唇腭裂

　　吴 旋 综述，万伟东 审校 　　 　　脊椎动物Msx1基因在胚胎发育过程中多个部位表达，该基因是颅面、四肢和外胚层器官正常形态形成所必需。近年研究表明，Msx1基因多态性与非综合性唇腭裂密切相关，现就Msx1基因与非综合征性唇腭裂之间的关系综述如下。
　　
　　1Msx1基因分子生物学特性
　　
　　Msx基因家族成员包括Msx1、Msx2、Msx3,Msx1又称HOX7。Msx1基因是同源异型盒（homeobox）基因家族的成员，同源异型盒基因是一类高度保守的DNA 序列，其共同特点是具有180个核苷酸长度的同源区，编码由60 个氨基酸折叠成的3个α- 螺旋结构[1]，该结构被称为同源异型域(homeodomain，HD)，HD与其N-末端部分氨基酸残基共同构成同源异型蛋白的DNA结合域(DNA-binding)，与特异的DNA结合。同源盒基因产物的同源结构域，特异性地识别以5"-TAAT-3"为核心的10-12bp的DNA序列[2]，作为转录调控因子调节靶基因的表达。但同源结构域与DNA的相对亲和性有所不同。这种差异也许与同源盒基因产物和靶基因间选择性的相互作用有关[3]。充当转录调控因子的同源盒基因，既可以是转录的抑制子，也可以是激活子。这种双向式的调节与靶基因的序列无关，只与跟其他转录因子的相互作用有关[4]。
　　人类Msx1基因定位于染色体4p16，含2个外显子及1个内含子。具有高度保守性，全长为3911bp，编码含303个氨基酸的蛋白，其中有60个为DNA结合氨基酸。Msxl作为核转录因子，具有促进生长发育和抑制分化的作用，是器官发育过程中的主调控基因。Homeobox 基因编码的蛋白在胚胎发育中参与形成确定形态信息的自身调控和转调控网络系统[5]。Msx1基因突变与人类口面裂、牙发育不全等有关[6]。
　　作为转录调控因子的同源盒基因，并不是单独起作用，而是与其他的同源盒基因构成网络系统。同源盒基因与其他转录因子联合起作用，对于同源盒基因的功能特异性是必要的[7]。Msx1和Msx2在颌面部、牙胚发育过程中的各个发育阶段内均以频繁重叠、彼此相关的方式进行表达,从基因定位方面提示了它们之间的功能冗余(functional redundancy),即当Msx2的作用逐渐减弱时,Msx1的作用可能相应增强,两者调控硬组织形成的功能可以相互补充[8-9],其机制尚不清楚。同源盒基因Msx和Dlx主要表达在脊椎动物特殊的结构中,如颅骨、牙齿、肢体、体轴和附肢骨骼及三部分脑中。Msx蛋白的功能是作为转录抑制子,而Dlx蛋白则作为转录激动剂。它们相互影响对方的转录活动,提示两者在发育过程中存在相互补充或拮抗的机制[10]。
　　
　　2Msx1与非综合征性唇腭裂
　　
　　非综合征性唇腭裂（NSCL/P）是人类最常见的先天性畸形之一。流行病学调查表明,国外新生儿唇腭裂发病率约为1‰，而在我国约为1.2‰，它不但造成严重面部畸形,还往往影响患儿语言、听力,甚至引起心理障碍，给家庭、社会带来巨大压力,这就迫切需要阐明唇腭裂的发病机理。近年研究表明，Msx1基因突变与非综合征性唇腭裂密切相关。
　　2.1 Msx1编码区多态性和NSCL/P：Msx1编码区的exon1编码150个氨基酸，exon2编码147个氨基酸，编码区突变致氨基酸变异大多集中在exon1。Jezewski[11]等对Msx1进行测序分析时发现的氨基酸突变有,E78V,G98E,G110GV，114G,G116E，L118L。同时证实同义突变G110G（c>t）在亚洲人群的非综合性唇腭裂中有显著意义。缺失突变（811-816缺失）在Iowa州人群中与非综合性唇腭裂的关联性亦被发现，具有统计学意义。Yasushi Suzuki[12]等对一组越南NSCL/P核心家庭研究时发现Msx1基因中两种错义突变，P147Q和G98E。其中P147Q，即该基因的第一个外显子第440个碱基由C变为A，此人群中2%的患者有这种点突变，有统计学意义。Tongkobpetch S[13]等对100名泰国非综合性唇腭裂患者的Msx1编码区进行分析,在外显子2编码区的羧基末端新发现了两个突变G267C及P278S，而在162名对照组中没有发现此两种突变。Jungyong Park[14]等以52名韩国非综合征性唇腭裂患者为对象，对Msx1基因内部及其周围9.8kb长度的序列进行了测序分析，结果发现了7个snp位点，其中位于exon2的第7个SNP,1170G/A在韩国非综合性唇腭裂人群中有着显著意义，当以基因型GG为参照时，等位基因A的患病风险显著下降；当以等位基因A为参照时，患此病的风险随着等位基因G出现几率的增加而增大。Vieira等[15]对智利45个NSCLP家系进行研究,发现MsxI基因两个错义突变(G16D和G34A) , G16D突变可能破坏了一个剪接位点，导致唇腭裂的形成。De Muynck等[16]研究发现，在一个唇腭裂家系的3个个体中发现一个新的MsxI突变,C559T,导致编码氨基酸由谷氨酸转变成终止信号。
　　2.2 Msx1非编码区多态性和NSCL/P：Daniele Fallin等[17]用直接测序法对Msx1的内含子进行了测序分析，鉴定了8个snps位点，只有snp7,c2204a和snp8，g2284a的传递不平衡分析有统计学意义，同时证实了内含子中的CA4重复微卫星标志与非综合征性唇腭裂的相关性，这一点与Beaty[18]等在2002年的报道相符合，进一步证实了CA4重复微卫星在非综合征性唇腭裂中的作用。Jezewski[11]等在一个Iowa州病例中的5"UTR端发现了一个突变，-247C->T突变体，先证者除了双侧唇裂外还有多种先天畸形，并有一个非综合征性双侧唇腭裂的舅舅。
　　2.3 Msx1基因在NSCL/P形成过程中的表达及调节：人类连锁和连锁不平衡研究发现, Msx基因特殊编码序列的突变,可能会使Msx编码蛋白缺失,从而引起其功能不足,导致远端面芽萌出缺乏,随之发生一期或二期腭裂[19]。突变Msx1蛋白缺乏N端结构域,无法调节细胞周期素(cyclin D1),故抑制分化[20]。Msx1在腭基质中的表达表明其在腭发育过程中有一直接作用。Zhang等[21]报道Msx1在腭基质中的表达局限在腭架的前份。基因敲除Msxl的小鼠出现口面裂畸形和少牙畸形[22]。Kuratani S[23]证实人的Msxl缺陷出现口面裂畸形和牙齿发育不全，而成双的基因敲除鼠的Msxl和goosecoid基因，则出现中耳缺陷和腭裂。
　　Msx1基因表达的调节由多种机制完成，包括维甲酸、反义“抑制子”、生长因子以及与其他转录因子相互作用。李鑫[24]用MTT方法观察对照组、RA（维甲酸）处理组细胞的增殖变化,原位杂交检测两组细胞中Msx基因扩增水平的变化，结果浓度为1×10-8mol/L的RA明显抑制腭突细胞的增殖,Msx基因表达阳性，提示RA通过诱导Msx基因的表达而抑制细胞增殖,在腭裂发生过程中Msx基因是RA发挥生物学作用的靶基因。Berdal 等研究[25]证实,Msx1 mRNA和反义RNA之间的平衡控制着Msx1编码蛋白的水平,双向转录的Msx1同源结构域可能通过调控Msx1蛋白的水平,对细胞间信号传导和分化起作用,在牙齿发育的生物矿化过程和颅颌面发育中发挥重要作用。
　　2.4 Msx1与其他NSCL/P相关基因协同作用：Astanand Jugessur[26]等对TGF-α,TGF-β3, Msx1三个基因的突变位点及其不同基因突变位点的相关性进行了研究，结果发现TGFA等位基因表型所起的作用在Msx1CA4基因型的患者中非常显著，具有显著的统计学意义。Beaty[18]等研究证实TGF-β3附近的D14S61标志和Msx1的CA重复微卫星标志的连锁不平衡分析有意义。Vieira等[27]对217名南美非综合性唇腭裂患儿Msx1和TGF-β3的联合作用进行分析，分析结果提示Msx1和TGF-β3的联合作用促进了南美人群唇腭裂的发生。
　　2.5 Msx1与环境联合在NSCL/P中的作用：Beaty[18]研究表明Msx1CA重复微卫星与患者母亲吸烟的联合作用与非综合征性唇腭裂相关性显著，or值显示Msx1CA4纯合型婴儿其母亲有吸烟史的患病风险是母亲无吸烟史的4倍。PAULA对吸烟和酒精与候选基因的联合作用与非综合征性唇腭裂的相关性进行了研究，发现具有TGF-β3或 Msx1等位基因突变的婴儿，若其母亲有吸烟史（≥10支/天）则患cp的风险升高；通过比较发现母亲酗酒（≥4次/月）的婴儿患CLP的风险明显增加，尤其是带有Msx1等位基因突变的患儿，其患CLP的几率比未突变的显著升高。
　　综上所述,同源盒基因Msx1突变在非综合征性唇腭裂形成过程中发挥重要作用。对Msx1基因编码的转录因子如何调节细胞内信号级联反应并介导诱导组织间相互作用,下位靶基因及其对器官发生中相关细胞过程的确切作用机制等方面的进一步研究,将为阐明疾病的分子生物学机制,以及临床开展非综合征性唇腭裂患者的产前诊断、早期基因修正、孕期外源性生长因子治疗等研究奠定理论基础。
　　
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　　[收稿日期]2007-06-29[修回日期]2007-08-30
　　编辑/李阳利