常染色體顯性鈣化不全型釉質發育不全相關基因序列相似性83蛋白質家族成員H及其突變的研究進展

郭思敏 陳婷,2

1.南方醫科大學口腔醫學院 廣州 510515；2.南方醫科大學南方醫院口腔科 廣州 510515

釉質發育不全（amelogenesis imperfecta，AI）是一種影響牙齒釉質發育的遺傳性疾病，臨床表現為牙面顏色改變，釉質表面出現不平整的橫溝狀或坑凹狀缺陷，嚴重者牙尖或切緣被磨平，前磨牙或磨牙咬合面失去正常的窩溝形態。AI會影響乳牙和恒牙牙列的外觀和功能，對患者的身心健康產生不利影響。

臨床上根據表型將遺傳性AI分為3類。1）釉質形成不全（hypoplastic AI，HPAI）：由于基質的合成、分泌或沉積障礙所致，基本病變為釉質基質沉積量減少，已形成的基質礦化正常，表現為牙齒的釉質薄。2）釉質成熟不全（hypomaturation AI，HMAI）：由于釉質基質在早期礦化后的成熟期發生障礙所致，基本病變為釉基質正常形成并開始礦化，但釉質晶體結構出現成熟障礙，表現為釉質厚度正常但出現顏色改變，并且比正常釉質軟。3）釉質鈣化不全（hypocalcified AI，HCAI）：由于基質的早期礦化過程發生障礙所致，基本病變為釉質基質形成正常但無明顯礦化，表現為釉質在牙齒萌出時厚度正常但非常柔軟和脆弱，牙齒萌出后釉質常被磨損至牙齦水平，僅遺留頸部釉質[1]。3類中，HCAI型發育不全被認為是遺傳性釉質發育不全最嚴重的一種表型，而常染色體顯性鈣化不全型釉質發育不全（autosomal dominant hypocalcified amelogenesis imperfecta，ADHCAI）是HCAI發育不全中最常見的一種遺傳類型。

學者們一直以來在不斷尋找人類ADHCAI的遺傳病因學，但直到通過全基因組搜索到序列相似性83蛋白質家族成員H（family with sequence similarity 83 member H，FAM83H）基因的突變[2]，該研究才有了突破性進展。FAM83H是序列相似性83蛋白質家族（family with sequence similarity 83，FAM83）的成員，在人體多種組織和細胞中普遍表達，它編碼的細胞內蛋白質在細胞內分子運輸、細胞骨架網絡調節和釉質形成中發揮作用[3]。越來越多研究表明，FAM83H的突變與ADHCAI的發生發展有關。本文針對ADHCAI相關基因FAM83H及其突變的研究進展進行綜述。

1 FAM83H的基因結構和表達

FAM83H位于8q24.3染色體的某個2.1 Mb區間內，有5個外顯子和4個內含子[2]。Fam83家族由8個成員組成，分別為FAM83A—H，它們均含有一個由約300個氨基酸組成的保守N端DUF1669結構域，該結構域包含一個磷脂酶D（phospholipase D，PLD）樣催化基序[4]。

從GenBank查詢可知，FAM83H的cDNA全長為5 604 bp，其蛋白質編碼（coding sequence，CDS）區位于70～3 609 bp之間。

FAM83H編碼的蛋白質全長為1 179個氨基酸，大部分由外顯子5編碼。該蛋白質是一種細胞質蛋白，與角蛋白細胞骨架和橋粒形成相關[5]，存在于發育中的牙齒，包括成釉細胞、成牙本質細胞和周圍的牙槽骨細胞等；但FAM83H并非特定表達于牙齒，它還表達于喉部、宮頸和膀胱等[6]。有研究[7]報道：FAM83H突變可增加癌細胞的增殖和侵襲活性，并提高腫瘤復發以及縮短患者生存期，提示FAM83H在人類惡性腫瘤的發生和發展中起著至關重要的作用，并且可能參與多種癌癥的進展。

2 FAM83H與ADHCAI

2007年，Mendoza等[2]對一個罹患ADHCAI的巴西大家系進行全基因組掃描，將ADHCAI的疾病位點縮小到染色體8q24.3上一個2.1 Mb的區域上。2008年，Kim等[8]對2個罹患ADHCAI的韓國家族測序，發現他們的致病突變均是FAM83H的外顯子5的無義突變，從而確定在這些家族中引起ADHCAI的是FAM83H突變。

2.1 FAM83H突變與ADHCAI

目前，已有研究[3,5,8-20]報道了30多個導致ADHCAI的FAM83H突變。Urzúa等[9]發現：FAM83H基因的1 669位堿基由G替換為T，該錯義突變導致557位的半胱氨酸替換為甘氨酸。Wang等[3]發現：FAM83H基因的1 369位堿基由C替換為T，該無義突變使457位的谷氨酰胺密碼子CAG被終止密碼子TAG替代。其他的有關突變見表1。

表1 已報道的與ADHCAI有關的FAM83突變Tab 1 Researched FAM83 mutation associated with ADHCAI

所有FAM83H突變都定位于外顯子5，除了2個錯義突變，其他突變都為無義突變。所有無義突變都影響了DUF1669/PACK1結構域之外的蛋白質，它們均在FAM83H蛋白質的PLD樣結構域的C端截斷[21]，而Huang等[22]證明FAM83H的C端包含對釉質形成和鈣化至關重要的關鍵保守區域。上述所有突變均導致FAM83H蛋白結構發生改變，這可能干擾正常的FAM83H蛋白的功能，包括其亞細胞分布，從而導致ADHCAI的發生[19]。

2.2 FAM83H突變導致的ADHCAI的特點

2.2.1 伴有FAM83H突變的ADHCAI臨床表現有FAM83H突變的ADHCAI患者，臨床表現為牙齒萌出時的釉質厚度正常，牙齒萌出后釉質柔軟，大部分牙冠部釉質被迅速磨去，但頸部可保留部分具有正常厚度的釉質島[12]。釉質表面由于磨損而質地粗糙，牙齒為黃棕色或黃黑色，對熱刺激極度敏感，同時不規則粗糙的牙齒表面積聚了大量牙石，從而導致嚴重的廣泛性牙齦炎[18]。除了釉質缺陷外，部分ADHCAI患者還表現出Ⅲ類錯和前牙開的特征[5]。有些ADHCAI患者存在尖牙、前磨牙或第二磨牙阻生，其中第二磨牙阻生的發生頻率較高，并且亞洲種族的遺傳易感性更高[20]。

2.2.2 ADHCAI患者釉質結構的特點正常牙齒釉質中的ADHCAI釉質蛋白含量小于1%，而ADHCAI患者成熟牙齒中的釉質蛋白含量約為5%；正常釉質的礦物質含量范圍為70%～98%，而ADHCAI患者釉質礦物質含量范圍為45%～80%[13]。蛋白質的增加和礦物質的減少導致釉質很容易從牙齒上被磨損，并成為一種不良的絕緣體。

在伴有FAM83H基因突變的ADHCAI患者身上，牙齒釉質的超微結構改變，正常釉質的釉柱結構清晰，釉柱與釉柱之間緊湊連續[19]，而患牙的釉柱形成不良，頭部結構改變，排列紊亂，釉柱與釉柱間隙增寬[23]。

2.3 FAM83H突變導致ADHCAI的機制

2.3.1 FAM83H突變影響成釉細胞內細胞骨架和橋粒形成角蛋白細胞骨架和橋粒的正確形成對釉質的形成至關重要。有學者[24]證明：角蛋白75在釉質形成的分泌階段表達，并存在于形成的釉質基質中。后來有學者[25]發現：釉質中存在許多其他的角蛋白，并與齲齒易感性有關。此外，在缺乏連接蛋白-1或連接蛋白-3（會導致成釉細胞橋粒減少）的小鼠中觀察到釉質缺損[26]。

FAM83H的N端DUF1669結 構 域 可 促 進FAM83H和酪蛋白激酶1（casein kinase 1，CK1）亞型之間的相互作用[27]，而FAM83H的C端可與角蛋白相互作用[28]，從而將CK1招募到角蛋白絲中，并且FAM83H的C端富含脯氨酸的基序可與酪氨酸激酶銜接蛋白非催化區1和2（recombinant non catalytic region of tyrosine kinase adaptor protein 1/2，NCK1/2）的第2個和第3個SH3結構域相互作用[29]。楊梅[30]發現：突變后的FAM83H的亞細胞定位將從細胞質改為細胞核。這一發現意味著截斷突變的FAM83H可以與CK1相互作用，但會失去與角蛋白的正常相互作用以及與NCK1/2的相互作用，從而導致角蛋白細胞骨架解體。Wang等[31]建立了一個可以再現人類FAM83H p.Tyr297*突變的小鼠模型FAM83HTr/Tr，發現切牙側面釉質中托姆斯突排列紊亂，這一發現證明FAM83H突變后，成釉細胞細胞骨架出現重組。截斷突變的FAM83H還可導致橋粒蛋白/橋粒芯蛋白1和橋粒斑蛋白的錯誤定位而影響橋粒的形成。

綜合上述研究，有學者提出：FAM83H突變引起的ADHCAI可能是由成釉細胞角蛋白細胞骨架的混亂和隨后橋粒的破壞介導的[26,32]，也可能是由于CK1錯誤地定向至細胞核使細胞內失去FAM83H-NCK關聯導致的[29]，這些因素都可以干擾分泌期成釉細胞的形成或功能，并導致ADHCAI。

2.3.2 FAM83H突變影響成釉細胞內囊泡轉運和自噬Ding等[33]研究發現：FAM83H蛋白可能存在于高爾基體反面網狀結構或次級內體中。Peotter等[34]通過體外實驗證實了FAM83H和內質網輸出因子SEC16同源物A（SEC16A）之間存在相互作用，而SEC16A是包被蛋白復合體Ⅱ（coat protein complexⅡ，COPⅡ）中重要的蛋白質成分，在從內質網（endoplasmic reticulum，ER）到高爾基體的囊泡運輸中起作用。綜合上述研究推測：FAM83H在細胞內囊泡運輸中也有重要作用，FAM83H可能將CK1帶到ER出口位點，從而促進ER和高爾基體之間的囊泡轉運[20]；而這些囊泡在成釉細胞分化和釉質基質鈣化過程中發揮了重要作用[35]。

Zheng等[23]發現：突變型FAM83H的降解途徑不同于野生型FAM83H，野生型FAM83H主要通過自噬途徑降解，而突變型FAM83H通過自噬和蛋白酶體途徑不完全降解。Nollet等[36]對骨肉瘤的研究表明：自噬是成骨細胞鈣化的關鍵過程。由此可見，FAM83H突變可能通過影響細胞自噬而影響鈣化。

綜合這些有關機制的研究可以推測：突變體FAM83H影響了成釉細胞的囊泡轉運和自噬，從而影響釉基質鈣化和蛋白降解，最終導致了ADHCAI[23]。

2.3.3 FAM83H影響口腔內多種細胞的礦化Lee等[37]發現：在發育的牙胚中，FAM83H從帽狀期開始，在成釉細胞、成牙本質細胞和牙槽骨等多種細胞中均有表達。Jia等[38]認為：氟處理導致的FAM83H表達抑制可能與堿性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）酶活性降低導致礦化減少有關，提示小鼠成釉細胞系中FAM83H與礦化有間接關聯。Yang等[39]發現：FAM83H突變的小鼠成釉細胞經成骨誘導后，礦化因子矮小相關轉錄因子-2（runt-related transcription factor-2，Runx2）、ALP和骨鈣素（osteocalcin，OCN）的表達降低，礦化受抑制。Nowwarote等[5]發現：存在FAM83H突變的牙周膜細胞，其骨唾液酸蛋白（bone sialoprotein，BSP）、Ⅰ型 膠 原 蛋 白（collagenⅠ，COL1）、OCN的mRNA的表達降低。后續研究[40]又發現：FAM83H突變的牙槽骨細胞中Runx2、ALP和骨橋蛋白（osteopontin，OPN）的mRNA水平比對照組降低，FAM83H突變細胞的礦物質沉積略低于對照組。以上證據表明：FAM83H突變的多種類型細胞的成骨分化能力均下降，提示FAM83H基因突變會通過影響釉質礦化過程從而引起ADHCAI。

楊梅[30]發現：FAM83H突變組中細胞質酪蛋白激酶1α（casein kinase 1 alpha，CK1α）（β-catenin降解復合物的成員之一）減少，故細胞核βcatenin表達增多，表明FAM83H突變可能通過影響經典的Wnt/β-catenin信號通路來抑制成釉細胞的礦化，但具體機制未明。FAM83H在不同類型細胞的礦化過程中的作用有待進一步闡明。

2.3.4 FAM83H表達截斷的顯性負效應或毒性作用引起ADHCAI幾乎所有導致ADHCAI的FAM83H突變都是發生在外顯子5上的無義突變或移碼突變，這些突變導致的提前出現的翻譯終止密碼子可以逃脫無義介導的mRNA降解（nonsense-mediated mRNA decay，NMD），從 而 使FAM83H翻譯為一種被截斷的蛋白質[6]。

由于FAM83H的N端含有PLD樣結構域，而PLD能形成二聚體，故截斷的FAM83H可能與野生型FAM83或與其他蛋白質通過其N端PLD樣結構域相互作用[3]，形成非功能的二聚體或多聚體，該二聚體或多聚體可能在釉質的形成過程中產生顯性負效應，從而導致釉質缺陷[33]。Wang等[3]發現：FAM83H基因敲除小鼠沒有表現出明顯的釉質缺陷，從而得出FAM83H在釉質形成中起不重要作用的結論。其后，該學者[31]在后續研究中提出，截斷的FAM83H通過在成釉細胞中執行某些“毒性”作用而損害正常釉質發育，從而導致ADHCAI。因此，突變FAM83H蛋白對成釉細胞的顯性負效應或毒性作用可能是釉質缺陷的原因，但具體機制尚不清楚。

3 小結和展望

ADHCAI是一種由于釉質基質的早期礦化過程發生障礙所致的遺傳性疾病，全覆蓋根管治療后的修復是目前臨床上ADHCAI患者的最佳選擇[41]。迄今已有研究報道了30多個導致ADHCAI的FAM83H突變。關于FAM83H突變導致ADHCAI的發生機制，推測是由于FAM83H突變影響了成釉細胞內角蛋白細胞骨架和橋粒的形成，從而干擾了分泌期成釉細胞的形成或功能，也有可能是由于FAM83H突變影響了成釉細胞的囊泡轉運和自噬，導致釉質蛋白降解和鈣化功能障礙而引起；同時FAM83H可影響口腔內多種細胞的礦化，另外FAM83H表達的截斷蛋白可能具有顯性負效應或毒性作用，從而引起ADHCAI。但是關于FAM83H在成釉細胞中的具體功能以及FAM83H突變在ADHCAI中的發病機制尚不清楚，需要進一步探究FAM83H在ADHCAI中的作用以及功能途徑，探索FAM83H在Wnt/β-catenin信號通路中的靶向蛋白，研究突變FAM83H蛋白對成釉細胞的顯性負效應或毒性作用的具體機制，建立基因與表型之間的關聯，為今后疾病防治奠定理論基礎。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。