RUNX2 調控牙釉質及牙周組織結構的研究進展

盛羽佳 李 瑩 陳 悅 王愛芹

濱州醫學院附屬醫院口腔內科，山東濱州 256600

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

本綜述主要討論RUNX2 基因在牙釉質發育中的作用，為基因缺陷相關的牙釉質發生不全癥臨床防治提供參考。

1 RUNX2 的功能

Runt 相關轉錄因子是一類轉錄因子蛋白的統稱，又稱為runt 結構域[5]。后期采用術語“RUNX”，來指代編碼Runt 相關蛋白的基因[6]。脊椎動物存在3 種RUNX 基因，其通過豐富的外顯子及異構體，在多個領域中發揮著重要的調節功能[7]。RUNX2 是調控間充質干細胞向成骨分化的特異性轉錄因子，參與骨形成，骨骼生長和發育的一類重要細胞，目前RUNX2的相關成骨作用已達到廣泛研究，該基因是骨髓間充質干細胞向成骨細胞分化和骨組織形成所必需的轉錄因子，在前成骨細胞和前期肥大軟骨細胞中開始上調；在成骨細胞和軟骨細胞中，靶向調控多種關鍵基因表達，其中包括骨鈣蛋白、骨涎蛋白、骨保護素、骨橋蛋白及各種膠原纖維蛋白、膠原酶等[8]。研究發現RUNX2 基因及蛋白在成牙本質細胞分化和成釉蛋白表達中也具有調控作用，這對闡明牙釉質發育機制及臨床牙體疾病的防治具有重要意義[9-10]。

2 RUNX2 對牙釉質發育相關蛋白的影響

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

RUNX2 是一種二聚體轉錄復合物，穩定核心結合因子β 亞單位（coactivator core-binding factor β，Cbfβ）是RUNX2 蛋白的結合亞基，兩者于成釉細胞細胞核中同期表達上升，據報道，Cbfβ 基因缺陷小鼠中表現出釉質形成受損[14]。而體外實驗發現，RUNX2與Cbfβ 復合體通過與釉成熟蛋白（Amelotin，AMTN）基因啟動子的兩個功能區域相互作用，能夠特異性調控成釉細胞中AMTN 基因的表達[15]。此外，RUNX2 能夠與許多基因啟動子的共識序列結合，包括牙本質唾液磷蛋白和成釉蛋白等，以調節相應靶基因的表達[9,16]。作為釉質蛋白基因轉錄的陽性調節因子，RUNX2 蛋白表達在成釉細胞中于釉質發育過渡期到成熟期上調，現階段研究已證實多種蛋白受RUNX2 轉錄調控，影響牙釉質發育；轉化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）家族信號傳導是影響牙上皮分化和功能的關鍵因子，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]研究發現，缺乏TGF-β1會導致釉質基質蛋白的異常分泌和吸收，RUNX2 與TGF-β1共定位于成釉細胞中，TGF-β1通過調節RUNX2 表達，來影響釉質礦化。牙釉質的成熟需要釉基質蛋白的降解，以此促進釉質晶體增厚，成釉細胞分別于釉質發育分泌期和成熟期合成分泌基質金屬蛋白酶-20（matrix metalloproteinase，MMP-20），也稱為釉質溶解蛋白）和激肽釋放酶-4，誘導釉質蛋白及其他釉基質蛋白降解[19]。實驗研究發現RUNX2 的缺失，能夠導致MMP-20 的表達下調，而在牙釉質礦化過程中，RUNX2 通過調節MMP-20在釉質成熟礦化中起著重要的調節作用[20]。在成釉細胞核中，存在序列同源性家族50 成員A（family with sequence similarity 50，FAM50A），在Kim 等[21]的實驗中，FAM50A 在小鼠釉質細胞譜系細胞系分化過程中顯著增加，進而發現該蛋白在小鼠牙胚的分泌性成釉細胞中也存在高表達，實驗進一步通過免疫沉淀和免疫印跡分析證實FAM50A 能夠與RUNX2 蛋白發生物理作用，從而影響RUNX2 與成釉蛋白啟動子的結合，RUNX2 過表達下，對成釉蛋白啟動子激活基因水平有正向作用。

3 RUNX2 異常在牙釉質中的表征

以骨骼發育異常為特征的鎖骨顱骨發育不良（cleidocranial dysplasia，CCD）被認為是RUNX2 單倍體功能不全的結果[22]。此類患者的牙齒表現包括牙齒發生的異常，特別是牙根的形態異常，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 基因重復突變的家族患者，如前所述，存在數種牙齒畸形，例如牙齒數目異常（缺牙）、牙齒形態異常（微齒癥、牙根肥大或牛牙癥）和牙齒位置異常（旋轉）。此外，其他病例也觀察到牙釉質缺陷，即牙釉質發育不全和低礦化等癥狀[25]。

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

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，牙周組織的健康同樣關系著牙齒的使用壽命長短。結合上皮作為牙周組織與外界環境之間的屏障，上皮細胞之間通過各種連接蛋白復合物維持屏障作用，同時進行物質交換和信息交流。Tian 等[29]發現上皮細胞中RUNX2 基因缺失，小鼠上皮結構屏障功能受到影響；實驗觀察到牙周結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，這一結論同樣在體外細胞實驗中得到驗證，通過轉染慢病毒減少牙齦上皮細胞中RUNX2 基因的表達，采用Q-PCR 和Western blot 技術分析E-cad、JAM-1 的mRNA 和蛋白表達差異。另外，與正常對照組比較，隨著年齡增長，上皮細胞RUNX2 基因敲除小鼠牙周結合上皮附著喪失和牙槽骨吸收加重[30]。Li 等[31]研究發現，RUNX2 本身對牙槽骨生長發育的調控，間接影響了牙齒萌出；RUNX2 基因的異常表達會干擾牙周膜細胞和牙囊細胞的功能，使之失去調節成骨細胞和破骨細胞分化的能力，無法控制骨重建。由此推測，RUNX2 基因的異常表達，除了造成牙體組織的形態或功能缺陷外，對牙周組織也存在著不可忽略的影響。

5 總結與展望

本文主要討論RUNX2 基因與牙釉質發育相關的研究現狀，即RUNX2 通過調節釉質蛋白基因轉錄，影響釉基質蛋白降解，對牙釉質成熟礦化發揮著調控作用。并根據現有證據提出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遺傳疾病，可能涉及牙周疾病易感性，在未來的釉質疾病研究中可重點關注牙周組織，為未來牙釉質發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。