RUNX2 调控牙釉质及牙周组织结构的研究进展

盛羽佳 李 莹 陈 悦 王爱芹

滨州医学院附属医院口腔内科，山东滨州 256600

牙釉质是一种口腔上皮来源的牙体硬组织，也是人体最硬的组织。釉质发育大致分为3 个阶段，即诱导期、分泌期和成熟期，成釉器内釉上皮分化后会释放釉质蛋白（enamelin，ENAM）、釉原蛋白（amelogenin，AMELX）、成釉蛋白（ameloblastin，AMBN），并在牙釉质成熟阶段，成釉细胞吸收水分和有机基质，牙釉质矿化，这种脱水作用允许密集的晶体沉积，使得成熟的釉质非常坚固[1-3]。遗传性牙釉质发生不全（amelogenesis imperfecta，AI）是指一组罕见的遗传性疾病，表现为牙釉质的数量或质量缺陷，即釉质厚度、硬度和/或颜色异常，临床大致将AI 患者分为釉质发育不全型、钙化不全型、成熟不全型、成熟或发育不全伴牛牙样牙型（复合型）4 种类型[4]。由于牙釉质没有自我修复能力，临床上牙釉质发育不良通常会严重影响患者的身心健康，一方面牙釉质缺损，牙齿磨耗加剧，引发牙本质甚至牙髓病变；另一方面，牙齿形态及颜色的改变，造成牙齿美学问题，给患者带来心理困扰。因此，遗传性牙釉质缺陷一直是临床防治工作的难点。研究发现Runt-相关转录因子2（Runt-related transcription factor 2，RUNX2）参与牙釉质发育期间关键基因的调控，

本综述主要讨论RUNX2 基因在牙釉质发育中的作用，为基因缺陷相关的牙釉质发生不全症临床防治提供参考。

1 RUNX2 的功能

Runt 相关转录因子是一类转录因子蛋白的统称，又称为runt 结构域[5]。后期采用术语“RUNX”，来指代编码Runt 相关蛋白的基因[6]。脊椎动物存在3 种RUNX 基因，其通过丰富的外显子及异构体，在多个领域中发挥着重要的调节功能[7]。RUNX2 是调控间充质干细胞向成骨分化的特异性转录因子，参与骨形成，骨骼生长和发育的一类重要细胞，目前RUNX2的相关成骨作用已达到广泛研究，该基因是骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化和骨组织形成所必需的转录因子，在前成骨细胞和前期肥大软骨细胞中开始上调；在成骨细胞和软骨细胞中，靶向调控多种关键基因表达，其中包括骨钙蛋白、骨涎蛋白、骨保护素、骨桥蛋白及各种胶原纤维蛋白、胶原酶等[8]。研究发现RUNX2 基因及蛋白在成牙本质细胞分化和成釉蛋白表达中也具有调控作用，这对阐明牙釉质发育机制及临床牙体疾病的防治具有重要意义[9-10]。

2 RUNX2 对牙釉质发育相关蛋白的影响

AI 临床表现的多样性与其遗传方式、致病的突变基因，以及基因突变后导致的相关基质蛋白表达和生化改变等密切相关。研究至今，已有30 多种基因涉及釉质发育不全的表型或非表型，釉质蛋白的突变可导致牙釉质发育不良或再生障碍性牙釉质缺陷[11-13]。

RUNX2 是一种二聚体转录复合物，稳定核心结合因子β 亚单位（coactivator core-binding factor β，Cbfβ）是RUNX2 蛋白的结合亚基，两者于成釉细胞细胞核中同期表达上升，据报道，Cbfβ 基因缺陷小鼠中表现出釉质形成受损[14]。而体外实验发现，RUNX2与Cbfβ 复合体通过与釉成熟蛋白（Amelotin，AMTN）基因启动子的两个功能区域相互作用，能够特异性调控成釉细胞中AMTN 基因的表达[15]。此外，RUNX2 能够与许多基因启动子的共识序列结合，包括牙本质唾液磷蛋白和成釉蛋白等，以调节相应靶基因的表达[9,16]。作为釉质蛋白基因转录的阳性调节因子，RUNX2 蛋白表达在成釉细胞中于釉质发育过渡期到成熟期上调，现阶段研究已证实多种蛋白受RUNX2 转录调控，影响牙釉质发育；转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）家族信号传导是影响牙上皮分化和功能的关键因子，在人血小板和哺乳动物骨中含量最高的是TGF-β1亚型[17]。Liu 等[18]研究发现，缺乏TGF-β1会导致釉质基质蛋白的异常分泌和吸收，RUNX2 与TGF-β1共定位于成釉细胞中，TGF-β1通过调节RUNX2 表达，来影响釉质矿化。牙釉质的成熟需要釉基质蛋白的降解，以此促进釉质晶体增厚，成釉细胞分别于釉质发育分泌期和成熟期合成分泌基质金属蛋白酶-20（matrix metalloproteinase，MMP-20），也称为釉质溶解蛋白）和激肽释放酶-4，诱导釉质蛋白及其他釉基质蛋白降解[19]。实验研究发现RUNX2 的缺失，能够导致MMP-20 的表达下调，而在牙釉质矿化过程中，RUNX2 通过调节MMP-20在釉质成熟矿化中起着重要的调节作用[20]。在成釉细胞核中，存在序列同源性家族50 成员A（family with sequence similarity 50，FAM50A），在Kim 等[21]的实验中，FAM50A 在小鼠釉质细胞谱系细胞系分化过程中显著增加，进而发现该蛋白在小鼠牙胚的分泌性成釉细胞中也存在高表达，实验进一步通过免疫沉淀和免疫印迹分析证实FAM50A 能够与RUNX2 蛋白发生物理作用，从而影响RUNX2 与成釉蛋白启动子的结合，RUNX2 过表达下，对成釉蛋白启动子激活基因水平有正向作用。

3 RUNX2 异常在牙釉质中的表征

以骨骼发育异常为特征的锁骨颅骨发育不良（cleidocranial dysplasia，CCD）被认为是RUNX2 单倍体功能不全的结果[22]。此类患者的牙齿表现包括牙齿发生的异常，特别是牙根的形态异常，以及牙齿萌出等缺陷[23]。在国外1 例家族性疾病汇报中[24]。4 例RUNX2 基因重复突变的家族患者，如前所述，存在数种牙齿畸形，例如牙齿数目异常（缺牙）、牙齿形态异常（微齿症、牙根肥大或牛牙症）和牙齿位置异常（旋转）。此外，其他病例也观察到牙釉质缺陷，即牙釉质发育不全和低矿化等症状[25]。

在动物研究中发现RUNX2-杂合敲除小鼠的骨骼发育症状与人类CCD 患者相似，包括颅骨和锁骨发育不良，前颅骨和后颅骨未闭合，以及顶骨间发育不良等[26]。Bronckers 等[27]发现，RUNX2 基因全敲除突变体小鼠缺乏分化的成牙本质细胞和成釉细胞基质，表现为牙釉质钟状期晚期发育缺陷。Chu 等[2]通过建立条件性上皮细胞RUNX2 基因敲除小鼠模型，发现与同龄野生型小鼠比较，由于成釉细胞中RUNX2基因的缺失，在小鼠出生后第10 天，即处于釉质发育成熟期时，HE 染色、免疫组织化学及Q-PCR 技术均发现釉基质蛋白（釉质蛋白、成釉蛋白等）出现残留，KLK4 表达下调；小鼠牙齿萌出后，3 月龄基因鼠牙齿表现明显磨耗，下前牙出现牙釉质白垩色变、釉质剥脱；6 月龄基因鼠牙釉质磨耗至牙本质水平。Morkmued 等[28]研究发现，通过过量维甲酸饲喂孕鼠，出生小鼠成年后牙釉质发生严重缺陷。胚胎RNA-测序发现RUNX2 及其靶标基因均表达下降。RUNX2 基因的缺失，对脊椎动物牙釉质发育的影响可见一斑。

4 RUNX2 对牙周组织的影响

牙龈、牙周膜、牙槽骨共同形成了牙周支持系统，牙周组织的健康同样关系着牙齿的使用寿命长短。结合上皮作为牙周组织与外界环境之间的屏障，上皮细胞之间通过各种连接蛋白复合物维持屏障作用，同时进行物质交换和信息交流。Tian 等[29]发现上皮细胞中RUNX2 基因缺失，小鼠上皮结构屏障功能受到影响；实验观察到牙周结合上皮中钙黏附蛋白（E-cadherin，E-cad）、连接附着分子1（junctional adhesion molecule1，JAM-1）水平均下降，这一结论同样在体外细胞实验中得到验证，通过转染慢病毒减少牙龈上皮细胞中RUNX2 基因的表达，采用Q-PCR 和Western blot 技术分析E-cad、JAM-1 的mRNA 和蛋白表达差异。另外，与正常对照组比较，随着年龄增长，上皮细胞RUNX2 基因敲除小鼠牙周结合上皮附着丧失和牙槽骨吸收加重[30]。Li 等[31]研究发现，RUNX2 本身对牙槽骨生长发育的调控，间接影响了牙齿萌出；RUNX2 基因的异常表达会干扰牙周膜细胞和牙囊细胞的功能，使之失去调节成骨细胞和破骨细胞分化的能力，无法控制骨重建。由此推测，RUNX2 基因的异常表达，除了造成牙体组织的形态或功能缺陷外，对牙周组织也存在着不可忽略的影响。

5 总结与展望

本文主要讨论RUNX2 基因与牙釉质发育相关的研究现状，即RUNX2 通过调节釉质蛋白基因转录，影响釉基质蛋白降解，对牙釉质成熟矿化发挥着调控作用。并根据现有证据提出RUNX2 基因缺陷对牙周组织的潜在破坏作用，以RUNX2 基因缺陷为主的相关遗传疾病，可能涉及牙周疾病易感性，在未来的釉质疾病研究中可重点关注牙周组织，为未来牙釉质发育不良疾病的研究及防治提供方向。

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