Nfic在牙根发育中的调控作用研究进展

张校晨 综述;白玉娣 审校

(第四军医大学口腔医学院，陕西西安710032)

牙齿健康在当今社会越来越受到关注，牙根的修复甚至再生是至关重要的一方面。Nfic作为哺乳动物拥有的一类编码位置特异性的转录因子，在牙根发育过程中起到了关键作用，涉及成牙本质细胞的正常分化、牙本质基质的合成、分泌等多个环节，对该调控通路的认识将有助于牙齿的一系列相关临床治疗和基础研究。本文就Nfic对牙根发育的调控作用的相关研究作一综述。

1 Nfic概述

Nfic是核因子I(nuclear factor I，NFI)家族成员，NFI家族属于转录复制因子，是一种编码位置特异性的转录因子，首先是作为腺病毒DNA体外复制所必需的一系列蛋白而被发现［1］;其在众多不同组织、器官、细胞的基因表达方面均发挥着重要的作用［2］。NFI家族在脊椎动物中主要有4个成员，分别为Nfia、Nfib、Nfic和Nfix。有研究显示，Nfia突变小鼠出现脑部发育缺陷［3］;Nfib突变小鼠肺和脑部发育缺陷［4］;Nfix突变小鼠脑部和骨骼发育缺陷［5］;而Nfic则在牙根发育中发挥重要作用。Steele-Perkins等［6］最早发现，敲除 Nfic基因的小鼠牙根发育障碍，几乎没有牙根，从而推测该转录因子在牙根发育启动中具有重要作用。进一步研究发现，野生型小鼠的下颌和上颌磨牙分别有2～3个牙根，而Nfic缺陷小鼠的磨牙牙冠发育正常，但没有牙根，表明Nfic突变可使小鼠牙根形成过程有缺陷，无法发育为正常牙根，同时该研究还表明，Nfic的作用相对独立，其缺失并不影响NfI家族其他3个成员的基因表达。另一项研究［7］从出生后的大鼠磨牙中针对序列保守的Nfic基因第二外显子设计引物P1、P2，扩增出了Nfic特异片段，证实Nfic在大鼠牙冠发育后期、牙根发育前期有表达;同时根据第二外显子和Nfic mRNA 3＇端的非翻译区设计引物，扩增出了多种特异的Nfic可变剪接体，证实牙齿发育后期表达Nfic基因的多种剪接体，提示Nfic基因对牙根发育有重要的、多方面的调控作用。

2 Nfic对牙根发育的调控作用

2.1 牙根发育

牙根发育是一个复杂的、多机制共同作用完成的发育过程，包括根部成牙本质细胞的分化和成熟、牙本质基质的分泌和矿化、以及牙骨质的发育和牙根形状的调控等多个环节。牙根的发育与上皮根鞘有着密切关系，小鼠磨牙的牙冠发育完成后，颈环处成釉器的内、外釉上皮结合并向根尖方向迁移，形成两层上皮细胞结构的鞘状结构，即赫特维希上皮根鞘(hertwig’s epithelial root sheath，HERS);HERS通过与周围的牙源性间充质相互作用，最终形成牙根和牙周组织。但是，啮齿类动物的切牙与磨牙牙根的发育模式不同，切牙的牙冠不断生长，且不形成典型的牙根结构。啮齿类动物的切牙牙冠发育完成后，颈环处的成器不形成HERS结构，仅以“根尖蕾”形式存在;“根尖蕾”包括内、外釉上皮及其中间的星网层［8］，星网层中的牙源性上皮细胞可不断形成新的内、外釉上皮，从而使切牙的牙冠不断生长，因此“根尖蕾”结构又被称作上皮干细胞龛［9］。啮齿类动物切牙的这种发育被称为“牙冠发育模式”，而其磨牙和人类的牙齿则是典型的牙根发育模式，根部牙乳头细胞在HERS细胞诱导下可分化为柱状或立方形的成牙本质细胞，细胞间彼此连接并整齐排列为一层;其中的细胞通过有序分泌牙本质基质而形成管状牙本质［10］。同时，上皮根鞘对牙骨质的生成也有重要的诱导作用，牙骨质是一种高度反应性矿化组织，其生物活性对保持牙根完整及维持牙齿的正常位置必不可少。上皮根鞘细胞可诱导牙囊细胞形成成牙骨质细胞而产生牙骨质;部分上皮根鞘细胞还可通过“上皮-间充质转换”直接成为成牙骨质细胞参与牙根的发育［11］。此外，牙根的长度、弯曲度、厚度和牙根的数量，可能都是由上皮根鞘和外胚间叶细胞决定的，因此，上皮根鞘对于牙根的正常发育起到了至关重要的作用。

2.2 Nfic与HERS

由于受到HERS中Sonic Hedgehog(Shh)信号的调控，其下游基因Nfic在牙根发育中发挥了重要的作用。Shh不仅表达于牙胚发育各阶段的上皮细胞，亦表达于HERS细胞，有学者［12］将Shh蛋白颗粒置于肾被膜下，并同时植入Nfic基因缺陷小鼠的下颌骨组织，并未观察到正常牙根组织形成;而当同时植入其他基因(如:Smad)缺陷小鼠的下颌骨时，则能观察到 Nfic、牙本质涎磷蛋白(dentin sialophosphoprotein，DSPP)的表达，表明Nfic的上游调控基因来自于HERS细胞产生的Shh信号，而Nfic是Shh的下游分子，Shh可诱导Nfic、DSPP的表达。这些结果提示，Nfic是牙根发育所必须的，尤其是根部牙本质的形成。

2.3 Nfic与成牙本质细胞

根部成牙本质细胞由牙乳头干细胞分化而来，并分泌根部牙本质基质。研究发现，Nfic缺陷小鼠磨牙牙根发育缺如［6］，而切牙则显示出由牙本质形成异常而引起的牙本质暴露区［10］，表明Nfic缺陷小鼠切牙的间充质细胞无法分化为形态正常的成牙本质细胞，而这些异常细胞的形态多呈圆形，与成骨细胞极为相似，并包埋于自身快速分泌的基质中，形成类似骨基质的骨样牙本质［13］;与野生型成牙本质细胞比较，这种异常细胞强阳性表达骨涎蛋白(bone sialoprotein，BSP)，而牙本质涎蛋白(dentin sialoprotein，DSP)表达水平降低［10］。另有研究显示［14］，敲除小鼠Nfic基因后，其磨牙根部的成牙本质细胞分化异常，不能形成规则的管状牙本质，仅形成少量骨样牙本质。Lee等发现［13］，Nfic基因缺陷小鼠的切牙成牙本质细胞间连接丧失;胞质紧密粘连蛋白及闭锁蛋白表达下降，推测Nfic信号与成牙本质细胞间正常连接的建立有关，这种细胞连接的丧失以及细胞间联系的松弛可能是形成骨样牙本质的原因之一。以上结果提示，Nfic是根部成牙本质细胞分化和牙根发育的关键调控因子［15-16］，Nfic缺陷可造成成牙本质细胞形态发育、生物学性质以及细胞间连接异常等情况。

2.4 Nfic与 TGF-β1

目前已基本明确，有众多的基因如:转化生长因子 β (trasforming growth factor-β，TGF-β)、骨形态发生蛋白(bone morphogenetie proteins，BMP)、成纤维细胞生长因子(FGFs)、Shh、Notch、Msxl、2 和Nfic等均参与了牙根的发育过程，其中 Nfic与TGF-β1的关系似乎尤为重要。TGF-β超家族由分泌型多肽分子TGF-β、活化素、抑制素、BMPs等构成，参与细胞增殖、凋亡、分化以及细胞外基质的合成和贮存等。TGF-β1可激发细胞的多种应答反应，包括细胞的生长抑制、分化和凋亡［17-18］;而且TGF-β1还被认为是成牙本质细胞分化和牙本质矿化作用的重要介质。研究发现［19］:Nfic基因缺陷小鼠切牙的细胞膜受体激活型Smad 2/3、TGF-β1型受体均强阳性表达，推测Nfic信号缺失可促进 TGF-β1表达;同时还观察到 DSP下调，BSP上调，从而导致成牙本质细胞以及牙本质形成异常。另有研究表明，Nfic 可抑制 TGF-β1［20］，这种抑制作用是牙根发育所必需的。Harada等［9］使用敲除上皮细胞Smad4的小鼠为模型进行研究发现:TGF-β/BMP信号通过牙上皮内经典Smad通路诱导牙上皮Shh表达，外分泌信号进入牙根间充质并诱导Nfic表达，促进牙根发育。以上结果表明，上皮细胞内TGF-β/BMP信号可调节间充质内Nfic的表达，同时间充质内的 Nfic则可抑制TGF-β1的功能。

综上所述，在牙根形成过程中，Nfic是至关重要的因素之一。来自HERS细胞的Shh信号可诱导根部牙乳头干细胞表达Nfic，调控牙乳头干细胞的定向分化;而Nfic则能诱导分化出正常的成牙本质细胞，分泌合成根部牙本质基质，参与牙根形成;除此之外，Nfic还与TGF-β/BMP信号通路有着重要的联系。可见，对Nfic的深入研究，能为牙本质损伤修复和再生方面的基础及临床研究提供新的思路。

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