張?zhí)諠?綜述;王小競(jìng)，邢向輝 審校

(第四軍醫(yī)大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院，陜西西安710032)

在牙齒發(fā)育過(guò)程中，當(dāng)牙冠發(fā)育完成后，成釉器的中間層細(xì)胞和星網(wǎng)狀層細(xì)胞凋亡，內(nèi)外釉上皮細(xì)胞在頸環(huán)處增生而形成上皮細(xì)胞根鞘，從而啟動(dòng)了牙根的發(fā)育。上皮根鞘位于間充質(zhì)來(lái)源的牙乳頭與牙囊之間，類似‘三明治’結(jié)構(gòu)，是牙根發(fā)育過(guò)程中上皮與間充質(zhì)相互作用的信號(hào)中心［1］。本文就近年來(lái)關(guān)于牙根發(fā)育啟動(dòng)相關(guān)信號(hào)通路的研究進(jìn)展作一綜述。

1 Shh信號(hào)通路

Shh(sonic hedgehog)是 Hedgehog(HR)的同源基因。Shh信號(hào)通路由Shh糖蛋白配體、跨膜受體Ptch(Patched)、Smo(Smoothened)、核轉(zhuǎn)錄因子Gli(Glil、Gli2和Gli3)等組成。Shh蛋白是整個(gè)通路的啟動(dòng)因子，通過(guò)其跨膜受體Ptc和Smo向鄰近細(xì)胞傳遞信號(hào)，激活下游轉(zhuǎn)錄因子Gli，進(jìn)而激活目的基因 Ptch、Glil、Wnt等發(fā)揮作用。

研究發(fā)現(xiàn)Shh表達(dá)于上皮根鞘，參與牙根發(fā)育。Nakatomi等［1－2］通過(guò)原位雜交技術(shù)觀察了小鼠下頜第一磨牙牙根Shh信號(hào)、細(xì)胞增殖標(biāo)記物PCNA(proliferating cell nuclear antigen)和Brdu(5－Bromo－2'－deoxyuridine)的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)小鼠下頜第一磨牙牙根Shh的表達(dá)具有一定的周期性:出生后1 d小鼠Shh表達(dá)于除根尖和頸環(huán)區(qū)外的內(nèi)釉上皮，出生后5 d小鼠Shh表達(dá)于根尖端內(nèi)釉上皮，出生后9 d小鼠Shh表達(dá)于上皮根鞘，特別是上皮隔;目的基因Ptc1，Gli1表達(dá)于上皮根鞘和鄰近間充質(zhì);細(xì)胞增殖標(biāo)記物PCNA和Brdu與目的基因Ptc1、Gli1在間充質(zhì)的表達(dá)區(qū)域重疊。此后Mohammed等［3］的研究也得到了相似的結(jié)果:出生后10 d小鼠第一磨牙頸緣Shh無(wú)表達(dá)，而上皮根鞘區(qū)表達(dá)陽(yáng)性;目的基因Ptc1和Gli1表達(dá)于上皮根鞘和鄰近間充質(zhì)。為進(jìn)一步明確Shh信號(hào)在牙根發(fā)育中的作用，Nakatomi等［2］還同時(shí)建立了Ptc1蛋白C端異常的小鼠模型，發(fā)現(xiàn)出生后7 d的Ptc1蛋白C端異常小鼠下頜第一磨牙緊鄰上皮根鞘的間充質(zhì)無(wú)Brdu陽(yáng)性細(xì)胞，即鄰近上皮根鞘周圍的細(xì)胞增殖受抑制，而正常對(duì)照組小鼠則存在Brdu陽(yáng)性細(xì)胞。

Mohammed等［3］研究發(fā)現(xiàn):Hip1在牙根區(qū)低表達(dá)，Gas1上皮根鞘區(qū)無(wú)表達(dá)。由于Hip1(Hedgehoginteracting protein)能夠與 Hedgehog蛋白結(jié)合并抑制 Hedgehog信號(hào)，Gas1(Grooth arrest－specific gene)能編碼一種糖基化膜蛋白，拮抗Shh信號(hào)，因此，該結(jié)果提示Shh信號(hào)對(duì)于牙根發(fā)育具有重要意義。

Huang XF等［4］也通過(guò)建立Smad4信號(hào)缺乏的牙根發(fā)育缺陷小鼠模型(K14－Cre;Smadfl/fl小鼠)進(jìn)行了相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)新生野生型小鼠下頜第一磨牙Shh表達(dá)于上皮，而新生K14－Cre;Smadfl/fl小鼠Shh表達(dá)明顯下降，驗(yàn)證了K14－Cre;Smadfl/fl小鼠Smad 4信號(hào)缺乏。作者又將兩類小鼠的下頜骨移植于腎被膜下，2周后發(fā)現(xiàn):野生型小鼠下頜第一磨牙Shh表達(dá)于上皮根鞘，Gli表達(dá)于上皮和間充質(zhì)，而K14－Cre;Smadfl/fl小鼠磨牙則無(wú) Shh和Gli的表達(dá);若將Shh蛋白顆粒作用于腎被膜下并同時(shí)移植K14－Cre;Smadfl/fl小鼠牙胚，則可見(jiàn)正常牙根組織形成，表明 Shh是 TGF－β·BMP信號(hào)通路Smad 4的下游分子。

2 TGF－β信號(hào)通路

TGF－β(trasforming growth factor－β)超家族由分泌型多肽分子TGF－β、活化素、抑制素、骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic proteins，BMP)等構(gòu)成，參與細(xì)胞增殖、凋亡、分化以及細(xì)胞外基質(zhì)的合成和貯存等。Smads(drosophila mothers against decapentaplegic proteins)蛋白家族是TGF－β受體作用的底物，其中共同通路Smad Smad 4是Smads蛋白家族介導(dǎo)的TGF－β信號(hào)通路的核心介質(zhì)。

Huang XF等［4］將建立的Smad 4信號(hào)缺乏型牙根發(fā)育缺陷小鼠(K14－Cre;Smadfl/fl)的下頜骨移植于腎被膜下，2周后發(fā)現(xiàn):上皮根鞘細(xì)胞增殖但尚未與牙冠分離，4周后仍無(wú)牙根形成，且根部牙本質(zhì)變異為骨性牙本質(zhì)。表明Smad 4是牙根發(fā)育啟動(dòng)的重要分子。

Akihiro H等［5］研究發(fā)現(xiàn):上皮根鞘和成牙本質(zhì)細(xì)胞表達(dá)BMPⅠ型受體、Ⅱ型受體;BMP 4表達(dá)于牙乳頭，表明BMP 4參與上皮根鞘和根部成牙本質(zhì)細(xì)胞的形成。在該研究中，作者分別將BMP 4及其拮抗分子Noggin蛋白顆粒分別植入體外培養(yǎng)的出生后5 d小鼠第一磨牙牙胚中，48 h后，發(fā)現(xiàn)BMP 4植入組的上皮根鞘細(xì)胞無(wú)細(xì)胞增殖標(biāo)記物PCNA的表達(dá)，且上皮根鞘也較Noggin植入組的短，推測(cè)BMP 4可能通過(guò)抑制上皮根鞘的延伸和細(xì)胞增殖參與牙根發(fā)育。Maksim VP等［6］通過(guò)建立Noggin基因過(guò)表達(dá)轉(zhuǎn)基因小鼠模型(K14－Noggin轉(zhuǎn)基因小鼠)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)由于口腔及牙上皮Noggin基因過(guò)表達(dá)抑制了BMP信號(hào)通路在上皮與間充質(zhì)間的相互作用，導(dǎo)致下頜磨牙缺失，上頜磨牙上皮根鞘細(xì)胞和周圍間充質(zhì)細(xì)胞增殖率低，牙根發(fā)育延遲。K'emoun等［7］研究發(fā)現(xiàn):小鼠牙根發(fā)育早期BMP 2、BMP 7、BMPⅠ型受體、Ⅱ型受體表達(dá)于牙囊和上皮根鞘;間充質(zhì)祖細(xì)胞標(biāo)記物STRO－1表達(dá)于牙囊，且與BMP受體存在共表達(dá)區(qū)，推測(cè)STRO－1陽(yáng)性細(xì)胞是上皮根鞘BMP信號(hào)通路作用的靶細(xì)胞。這些證據(jù)均表明TGF－β信號(hào)通路與上皮根鞘、根部牙本質(zhì)形成關(guān)系密切。

3 Nfic家族

Nfi(nuclear factor I)屬于轉(zhuǎn)錄復(fù)制因子家族，包括Nfia、Nfib、Nfic、Nfix等，其中 Nfic與牙根發(fā)育相關(guān)。研究表明Nfic基因缺陷小鼠磨牙牙冠發(fā)育正常，牙根發(fā)育障礙，牙根成牙本質(zhì)細(xì)胞較短且未極化，無(wú)前期牙本質(zhì)，形成骨性牙本質(zhì)，無(wú)明顯的雙層細(xì)胞排列的上皮根鞘形成［4，8］。Nfic基因缺陷小鼠切牙唇側(cè)牙本質(zhì)異常，舌側(cè)牙本質(zhì)缺如;成牙本質(zhì)細(xì)胞細(xì)胞間連接喪失;胞質(zhì)緊密粘連蛋白及閉鎖蛋白表達(dá)下降，推測(cè)Nfic信號(hào)與牙根發(fā)育過(guò)程中成牙本質(zhì)細(xì)胞間連接的建立有關(guān)［9］。

Dong Seol L等［10］研究，發(fā)現(xiàn)野生小鼠切牙牙骨質(zhì)骨涎蛋白(BSP)表達(dá)陽(yáng)性，而牙本質(zhì)BSP表達(dá)陰性;Nfic基因缺陷小鼠切牙的成牙本質(zhì)細(xì)胞異常，牙本質(zhì)涎蛋白(DSP)弱陽(yáng)性，BSP則為強(qiáng)陽(yáng)性表達(dá)。提示TGF－β信號(hào)調(diào)節(jié)成牙本質(zhì)細(xì)胞的分化，促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)的合成。Xe WX等［11］研究也發(fā)現(xiàn):Nfic基因缺陷小鼠切牙膜受體激活型Smad Smad 2/3、TGF－βⅠ型受體強(qiáng)陽(yáng)性表達(dá)。推測(cè)Nfic信號(hào)缺失，促進(jìn)TGF－β的表達(dá)，從而下調(diào)DSP，上調(diào)BSP，導(dǎo)致成牙本質(zhì)細(xì)胞以及牙本質(zhì)形成異常。Mi Y等［8］采用RNA干擾技術(shù)建立了Nfic基因表達(dá)下調(diào)的成牙本質(zhì)樣細(xì)胞系，并通過(guò)DNA微陣列技術(shù)發(fā)現(xiàn):Nfic基因缺陷細(xì)胞中由TGF－β誘導(dǎo)的細(xì)胞外基質(zhì)蛋白——TGF－βI蛋白(transforming growth factor beta－induced)表達(dá)上調(diào)，表明 TGF－βI不是正常牙根發(fā)育所需要的。

另外，有學(xué)者將Shh蛋白顆粒作用于腎被膜下，并同時(shí)移植Nfic基因缺陷小鼠下頜骨，無(wú)正常牙根組織形成;當(dāng)同時(shí)移植Smad基因缺陷小鼠下頜骨時(shí)，即能觀察到Nfic、DSPP生成，表明Nfic是Shh的下游分子，Shh誘導(dǎo) Nfic、DSPP的表達(dá)［4］。這些證據(jù)均表明Nfic是牙根發(fā)育所必須的，尤其是根部牙本質(zhì)的形成，但不參與牙冠形成。

4 成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子家族

成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子家族Fgfs(Fibroblast growth factors)是一類由24個(gè)成員組成的蛋白質(zhì)家族，在不同的組織上通過(guò)與受體結(jié)合來(lái)啟動(dòng)復(fù)雜的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖和分化。成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子在牙根發(fā)育時(shí)的上皮與間充質(zhì)相互作用中發(fā)揮著重要作用。有研究發(fā)現(xiàn):小鼠切牙間充質(zhì)細(xì)胞FGF 10持續(xù)表達(dá)，形成頸環(huán)干細(xì)胞龕，使小鼠切牙可以終生不斷生長(zhǎng)，無(wú)類似磨牙的牙根形成［12－13］。Tamaki［12］等研究發(fā)現(xiàn):FGF 10 基因缺陷小鼠切牙無(wú)根尖蕾形成，唇側(cè)生長(zhǎng)受限;FGF 10基因過(guò)表達(dá)小鼠磨牙牙胚根尖蕾形成而上皮根鞘形成受抑制，推測(cè)間充質(zhì)FGF 10信號(hào)消失可促進(jìn)上皮根鞘的形成，啟動(dòng)牙根發(fā)育。

5 Notch信號(hào)通路

Notch信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞間的局部信號(hào)傳遞和相應(yīng)的信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，參與大量的組織和器官的早期發(fā)育。SEL1L(suppressor of lin－12－like)是 LNI－12·Notch 信號(hào)系統(tǒng)的關(guān)鍵抑制因子。Notch 1在小鼠磨牙頸部無(wú)表達(dá)［15］，Notch信號(hào)的負(fù)調(diào)節(jié)因子SEL1L在小鼠磨牙上皮根鞘強(qiáng)陽(yáng)性表達(dá)，切牙頸環(huán)細(xì)胞則無(wú)表達(dá)［16］。推測(cè)磨牙Notch信號(hào)負(fù)調(diào)節(jié)因子SEL1L的表達(dá)有助于牙冠發(fā)育模式向牙根發(fā)育模式的轉(zhuǎn)變［17］。

切牙上皮Notch 1信號(hào)和間充質(zhì)FGF 10信號(hào)均有助于頸環(huán)干細(xì)胞龕的維持，促進(jìn)小鼠切牙終生持續(xù)生長(zhǎng)［12－14］。DAPT{N －［N － (3，5－Difluorop henacetyl－L－alanyl)］－S－phenylglycine t－butyl ester}是一種γ分泌酶復(fù)合物抑制劑，常作為Notch信號(hào)通路的抑制劑。Szabolcs等［18］通過(guò)體外培養(yǎng)切牙牙胚發(fā)現(xiàn):DAPT抑制Notch信號(hào)目的基因Hes1表達(dá)，導(dǎo)致上皮干細(xì)胞大量凋亡，而體內(nèi)切牙牙胚干細(xì)胞也存在一定的凋亡，推測(cè)細(xì)胞凋亡是維持干細(xì)胞龕的可能機(jī)制。

牙根發(fā)育啟動(dòng)的分子機(jī)制尚有待于進(jìn)一步研究，可對(duì)牙根發(fā)育不良疾病(hypoplasia of teeth root，HTR)的致病機(jī)制，組織工程牙根的培養(yǎng)等提供一定的理論支持。

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