《2021胚胎期颞下颌关节发育相关信号分子与转录因子研究进展(全文)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2021胚胎期颞下颌关节发育相关信号分子与转录因子研究进展(全文)（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2021胚胎期颞下颌关节发育相关信号分子与转录因子研究进展(全文)摘要颞下颌关节(temporomandibulaoint， TMJ )是哺乳动物特有的滑膜关节，在胚胎发育期的结构和功能已多有报道。尽管自20世纪就幵展了胚胎发育期 TMJ相关信号分子与转录因子的研究，然而与四肢滑膜关节丰富的分子调控信息相比，对TMJ的分子遗传控制信息还知之甚少。关于TMJ胚胎发育的信号分子与转录因子研究主要以啮齿 类动物为主，大型哺乳动物与人类胚胎期TMJ发育相关调控分子以及它们的调控机制研究鲜有报道。为了在现代分子生物学技术的基础上 发现更多、更核心的调控分子并了解其对TMJ发育的调控机制，本文对当前TMJ
2、胚胎发育中的关键信号分子与转录因子的研究进展进行 综述。颞下颌关节(temporomandibulaoint，TMJ )是哺乳动物特有的滑膜关节，参与食物的摄取、咀嚼、言语以及面部轮廓的生长发育。尽管TMJ被定义为滑膜关节，但其发育过程与长骨关节显著不同。一 方面，长骨关节由单一的间充质凝集物裂幵或分割而成，而TMJ是由髁突与颞突两个间充质凝集物发育而来；另一方面，TMJ关节软骨与长骨关节软骨的细胞来源不同，生长板软骨来源于内胚层，属透明软 骨，以U型胶原、糖胺聚糖为主，TMJ髁突软骨为纤维软骨，以I型胶原为特征。胚胎发育中关键信号分子与转录因子的发现丰富了发育 生物学，TMJ与长骨滑膜关节的
3、这些差异在胚胎发育期受不同信号分 子和转录因子的调控。一、滑膜关节胚胎发育相关信号分子与转录因子研究1948年，Moll首次报道了胚胎期膝关节的形态发育研究，之后与滑膜关节发育相关 的信号分子研究时有报道。1990年至2010年期间关节发育信号分子与转录因子研究快速增长，尤其是在2000年至2010年，滑膜关节发育相关分子研究的报道几乎超过在此之前的所有研究之和。1990年，研究发现 BAPX-1基因是小鼠和人类软骨前细胞最早的标志物之 一，该基因表达后才可发生间充质凝聚、软骨生成和软骨内成骨。1994年，在转化生长因子 -B(transforming growth factor-B，TGF-
4、 B)超家族中骨形态发生蛋白( bone morphogenetic protein， BMP )与滑膜关节的胚胎发育研究中，首次发现了软骨形态发生蛋白(cartilage derived morphogentic protein，CDMP ) 1 与 CDMP2 ，人胚胎切片研究表明，CDMP1主要表达于软骨前间充质凝结阶段和发育中的长骨软骨核心，CDMP2仅表达于骨化性长骨中心的肥大性软骨细胞。在鸡胚研究中，与CDMP相对应的BMP-2 表达于早期软骨细胞凝集区，对关节形态的改变具有重要的作用，而BMP-4表达于发育中的软骨膜内，并且与BMP-3功能相似，过表达会造成鸡胚软骨成分的急剧增加
5、。1998年，研究发现 Wnt家族中Wnt14 (Wnt9a ) 缺失小鼠虽能发育形成四肢关节，但在发育不久后间带细胞幵始分化为软骨细胞，随后造成关节的融合。当Wnt4与Wnt14共同缺失时,小鼠出现异位骨以及关节融合的表型更严重；Wnt11在小鼠发育软骨膜中具有促进软骨细胞的分化作用，同时发现Wnt7a可抑制软骨的分化，除啮齿类动物外，在雏鸡肢体形成早期Wnt5a表达并参与了软骨细胞分化过程中近-远轴方向的形态形成，与Wnt5a相比，Wnt11在外胚层邻近的背侧和腹侧间充质中表达，Wnt4和Wnt11在关节结构形成后期和形成肢体的间充质中表达。2007年，研究发现IHH缺失的小鼠指关节软骨胶
6、原保持融合，缺乏间带或成熟关节，腕骨未融 合，但关节形态异常。随后成纤维细胞生长因子(fibroblast growthfactor ， FGF)、甲状旁腺激素(parathyroid hormone， PTH )、印度刺猬因子(Indian hedgehog， IHH)、Runt相关转录因子 2(recomb inant Runt related tra nscriptio n factor 2， Runx2 )、Sox9、细胞膜型基质金属蛋白酶、多能蛋白聚糖、血管内皮生长因子等与滑膜关节发育相关的大量转录因子在小鼠、鸡、非洲爪蟾和乌贼中相继报道。在不同信号通路之间的协同调控作用方面，通过小
7、鼠与鸡胚研究发现，BMP-4 与表皮生长因子(epidermal growth factor ， EGF)的功能相拮抗，BMP-4诱导软骨形成，而EGF抑制软骨形成，但在初始软骨形成的调节中是耦合作用。在软骨形成过程中，Smad1是BMP与EGF两条不同生长因子信号通路整合的聚合点；GDF5是另外一种受BMP调控的信号分子，控制指关节软骨骨骺的生长和分化，与Hedgehog 信号密切相关。Wnt/ p-catenin 与IHH 信号之间存在密 切的联系，Wnt信号作用于Hedgehog 信号的下游，在 Osterix表达后，成骨细胞需通过Wnt信号促进软骨成骨过程中成骨细胞的成熟。二、TMJ胚
8、胎发育信号分子研究在TMJ胚胎发育研究中，TMJ的结构和功能的研究较多，但与四肢滑膜关节丰富的分子调控信息相比，对TMJ发育的遗传控制知之甚少。早在1952年就幵始了 TMJ胚胎期形态发育研究，但对胚胎期TMJ信号分子和转录因子的研究相对滞后，相关文献最早可追溯至2007年，研究显示小鼠胚胎E15.5 d时IHH在髁突软骨中呈高表达，IHH受体和效应基因（ Gli1、Gli2、Gli3和PTHrP ）的表达证实 IHH 的作 用范围通常到达髁突顶端组织层，IHH的缺失导致关节盘和关节腔的缺失，表明它在 TMJ的形成中不可替代的作用。后续TMJ胚胎发育相关信号分子与转录因子的研究增多，特别是在髁
9、突发育过程中的基 因表达成为研究热点，可能是因为髁突软骨是下颌支伸长的重要生长 部位，其生长过程中的软骨形成及软骨内成骨过程与长骨相似。TMJ胚胎发育的主要信号分子与转录因子如下。1.Wnt/ B-catenin : Wnt基因家族编码一组信号分子，在胚胎发育的关键过程中起重要作用。在脊椎动物中已鉴定出20种不同的 Wnt基因，但在人类中仅鉴定出16种互补基因。 Wnt信号通路在 TMJ胚胎发育方面的调控机制相关报道较少，且多为疾病相关研究。与TMJ胚胎发育相关的研究可追溯到2009年，对Wnt家族的mRNA和蛋白在小鼠出生前后的下颌骨髁突软骨形成过程中的时空分布研究，发现在小鼠胚胎发育的E1
10、4.5 d ， B-catenin 、Axin2与Wnt信号表达,E16.5 d以后Wnt信号主要表达于软骨细胞的增殖层与肥大层，而在 成体TMJ髁突软骨中未见 Wnt4与Wnt9a。研究发现在 3个月龄胚 胎TMJ髁突软骨表面的纤维层、增殖层、肥大层甚至部分成熟的骨细 胞核中，均可表达B -cate nin ，纤维细胞、幼稚的软骨细胞的阳性率(75% )高于成熟的软骨细胞(40% )和骨细胞(30% )。Wnt信号与其受体结合后发挥TMJ的调控作用，研究表明Wnt通路的共同受体低密度脂蛋白受体相关蛋白-5 (low den sity lipoprote inreceptor-related
11、protein ， LRP5 )的表达增加与高骨量表型相关，在LRP5过表达的小鼠中软骨下骨体积和骨体积百分比均显著增加，骨小梁间距明显减小，软骨层厚度以及细胞外基质的产量明显增多。2.IHH : IHH是刺猬蛋白家族成员，由哺乳动物前肥大软骨细胞分泌，调节生长板软骨细胞的肥大化和软骨内成骨，在出生前后骨质发育以 及维持骨代谢方面起重要作用，参与膜内成骨、软骨细胞的增殖、成熟与骨化。2007年的啮齿类动物研究中，IHH在小鼠胚胎发育E13.5d的间充质凝集物中幵始表达，E15.5 d IHH 在髁突软骨中表达增强，IHH的作用范围到达髁突顶端组织层，包括多态的软骨祖细胞层和关 节盘原基。胚胎期
12、关节盘的发育同时需要IHH与Gli2两步调控形成，Gli2在软骨分化后启动Sox5、Sox6与Sox9的表达，因此后续TMJ关节盘的维持仍需IHH维持；当IHH或Gli2缺失时，TMJ表现为明显的关节盘缺失，髁突变小，软骨前体细胞和肥大前期软骨细胞数量明显减少，均表明TMJ关节盘的形成需要Gli2的激活IHH信号能提高软骨的增殖，而甲状旁腺激素相关蛋白(parathyroidhormone-related protein， PTHrP )能抑制软骨细胞的分化、防止细胞凋亡。E15 d时小鼠首次表达 PTHrP ; E16 d时软骨长度和宽度 增加；E17 d时PTHrP主要见于扁平的细胞层和少
13、数肥大的软骨细胞 层。PTHrP和I型PTH/PTHrP 受体的时空定位表明，PTHrP可能是一种调节髁突软骨细胞发育过程中的自分泌或旁分泌因子。IHH-PTHrP 信号通路的负反馈调节机制能抑制软骨细胞的过度肥大，间接启动关节周围区域PTHrP的表达，相反，PTHrP的信号范围决定增殖区的长度，通过这种机制控制关节表面与肥大层之间的距离。在IHH沉默后，PTHrP表达细胞仍存在于关节软骨中；而在 PTHrP 沉默后虽然会引起软骨骨化障碍，但不对关节形态产生影响29 。3.BMP : BMP蛋白家族属于 TGF- p超家族，通过I型和U型跨膜丝氨酸/苏氨酸激酶复合物传导到细胞中，通过激活Sam
14、d依赖性通路与MAPK激活的非Samd依赖信号通路实现信号传递。BMP受体1A(BMP type 1A receptor ，BMPR1A )在骨骼形成和发育过程中至关重要。BMPR1A缺失的小鼠E13.5 d髁突原基大小与野生型小鼠大小相似，E15.5 d时突变小鼠关节窝大小与野生型相似，但髁突显著小于野生型小鼠；在 E18.5d时，野生型小鼠 TMJ关节出现明显的结 构，突变型小鼠表现为关节盘缺失，上关节腔未形成。BMPR1A的缺失使髁突软骨与骨的发育形成障碍，但对TMJ的形成未产生影响，BMPR1A可能不是膜内成骨的必要因素。第一个参与调控滑膜关节发育的因子GDF5长期以来被认为是关节发育
15、的标志物，它参与了髁突软骨细胞增殖、分化及成熟的过程，GDF5缺失大鼠中研究发现，GDF5 在TMJ髁突软骨发育中具有促进软骨细胞增殖的作用（E15 d , E17 d时在增殖层与成软骨层强表达）；在发育后期具有促进分化的作用（E19 d，E21 d时在肥大层与软骨层强表达），GDF5在出生前的关节中间细胞群呈高表达，而在出生后其表达量明显下降。4.Spry1 与Spry2 : Spry基因编码受体酪氨酸激酶信号通路的细胞内 抑制剂，包括由FGF触发的信号通路。胚胎发育中Spry1和Spry2在附着于TMJ的翼外肌和颞肌中高表达，Spry1和Spry2的联合失活可导致肌肉过度生长，从而破坏关节窝的正常发育。Spry1与Spry2在TMJ胚胎发育中的研究较少，有文献报道小鼠胚胎发育的E16.5 d时Spry1和Spry2 呈聚集式表达，Spry1、Spry2和Spry4表达于TMJ 周围的翼外肌和颞肌，而在此区域并未发现Spry3的表达。Spry1、Spry2缺失的E18.5 d小鼠表现为髁突明显减小，关节窝趋于平坦，未见颞骨凹陷
