Tbx2基因在胚胎组织器官发育中的作用研究进展

李小艳，李啸红，姬可平

(遵义医学院珠海校区，珠海519040)

·综述·

Tbx2基因在胚胎组织器官发育中的作用研究进展

李小艳，李啸红，姬可平

(遵义医学院珠海校区，珠海519040)

T-box基因家族属于发育调控相关转录因子基因家族，在脊椎和非脊椎动物胚胎发育过程中发挥重要作用。转录抑制因子Tbx2是T-box基因家族重要成员之一，其编码产物作为转录抑制因子可调控胚胎发育。目前多项研究表明，Tbx2参与了胚胎心脏、四肢、骨骼、胰腺、乳腺及黑色素细胞等的发育，Tbx2基因突变或缺失会导致心脏、四肢、骨骼、乳腺、胰腺、黑色素细胞等发育异常。

T-box基因家族；转录抑制因子；Tbx2基因；胚胎发育

T-box基因家族属于发育调控相关转录因子基因家族，可调控胚胎形成和器官发育，T-box家族某些基因突变可导致许多发育障碍性疾病。T-box基因家族的大多数成员属于转录激活因子，但Tbx2和Tbx3属于转录抑制因子。Tbx2属于发育调控相关转录因子基因，对胚胎和各种器官组织发育成熟起着关键作用。在人类，Tbx2基因位于17q23，编码一条由712个氨基酸残基组成的肽链，由7个外显子组成[1～3]。Tbx2基因编码蛋白有两个独立的转录抑制域，一个是氨基酸末端抑制结构域，另一个羧基末端抑制结构域[4]。Tbx2主要通过C末端的转录抑制结构域发挥转录抑制作用。正常情况下，Tbx2在早期胚胎的中胚层表达，也在成熟个体的多种组织中广泛表达。文献[5]报道Tbx2可促进人胚胎及组织器官轴向发育，并可在健康成人的肾、肺、脾、前列腺、卵巢、乳腺等多种组织中表达[6]。如果在胚胎发育不同时期出现Tbx2基因低表达，会引发相应的发育缺陷[7,8]。现就Tbx2基因在胚胎组织器官发育中的作用研究进展综述如下。

1 Tbx2在胚胎心脏发育中的作用

心脏发育是多因素多基因共同作用的结果。在早期胚胎阶段，T-box转录因子可影响心脏腔室形成、瓣膜发育及心脏传导系统分化[9]。在心脏，Tbx2通过抑制心肌分化影响房室管的发育。骨形态发生蛋白2(BMP-2)在房室管的心肌祖细胞表达，且在心肌祖细胞发育的早期阶段Tbx2表达上调。新近研究[9,10]发现Tbx2a和Tbx2b在斑马鱼早期胚胎原始心管表达，并且在这一阶段二者能够促进心肌细胞增殖；Tbx2a和Tbx2b基因缺失则会导致斑马鱼心室发育缺陷，可能与心肌细胞增殖减少有关。在人类T-box家族中，Tbx1亚科(Tbx1、Tbx18、Tbx20)和Tbx2亚科(Tbx2、Tbx3、Tbx5)的6个成员均为影响哺乳动物心脏发育的重要因子。Tbx2在哺乳动物胚胎及鸡胚的心脏房室管、流入道、流出道的心肌中都有表达[11]。Tbx2如果在胚胎心肌中过表达，会导致心胶质和心内膜垫异位，使胚胎心肌保持在原始状态，线性心管无法环化，导致房室管发育、心腔室分化受阻而引起心脏发育畸形。王凤等[12]研究发现，Tbx2基因3′UTR rs59382073变异位点可显著增加汉族人群散发型先天性心脏病的发病风险。

房室瓣(AVC)的形成是影响心脏发育的一个关键因素。Tbx2和Tbx3在心室分化的过程中保持房室瓣心肌表型。Tbx2和Tbx3突变小鼠等位基因缺乏外显子3或4时，会导致心脏房室内膜、瓣膜和间隔缺损。研究[13]表明Tbx2能抑制房室瓣心肌表型表达，但也有学者提出Tbx2缺失引起小鼠胚胎房室瓣形成正常。BMP-2在房室瓣的心肌祖细胞中表达，在胚胎发育早期阶段可激发Tbx2、Tbx3表达；反之，BMP-2的正常表达也需要Tbx2和Tbx3的维持[14,15]。心外膜是心包的脏层，心外膜中含有血管、神经，也是影响早期胚胎心脏发育的重要结构。有学者[16]发现，无论是Tbx2基因单独缺失或组合缺失都对小鼠心外膜发育无影响。崇梅等[8]采用显微注射体外合成的吗啉环寡聚核苷酸(MO)阻断Tbx2基因翻译，获得斑马鱼先天性心脏病模型，并在斑马鱼的整胚原位杂交标本上发现，特异性分子标志物多能聚糖在心房心室部位(受精后36、48、72 h)都有异常表达，而在胚胎的耳石中却一直表达正常。上述研究结果进一步证实了Tbx2基因在心脏房室区特异性分化和房室管形成中起重要作用。

2 Tbx2在胚胎四肢、骨骼发育中的作用

四肢的发育始于肢芽原基形成，四肢的发育过程需要复杂的上皮-间充质细胞的相互作用。一个完整肢体的发育包括骨、肌肉、肌腱、血管、神经及皮肤等许多组织的发育。大量研究[17]表明Tbx2～5是脊椎动物肢体发育的重要调控基因，Tbx2基因在鸡胚的前肢芽外胚层嵴尖(AER)表达，而其他T-box基因都不在前、后肢芽的AER中表达。在鸡胚发育早期，Tbx3基因表达只局限在前、后肢芽后部；至发育晚期，Tbx3不仅在前、后肢芽前部表达，也在指(趾)间表达。Tbx4基因只在鸡胚后肢表达，Tbx5基因表达部位主要在鸡胚前肢。

Tbx2与Tbx3在鸡胚肢芽和翅芽中都有表达，二者异常表达或表达缺失将导致相应肢体部位发育畸形[17]。Tbx2基因在不同物种同一组织的表达位置也不同[18]。造成这种差异的原因，主要是Lmx1b、Tbx2和Tbx3基因在特定肢体发育区域表达不同。有学者[19]发现正常热带爪蟾胚胎的四肢、鳃弓、心肌、视网膜等组织中都有Tbx2表达。上述结果表明Tbx2在多种生物胚胎内的表达具有时间和空间特异性。

间隙连接蛋白43(Cx43)是Cx基因家族的成员，与骨骼发育、塑形、再塑形密切相关。Cx43基因突变、低表达可导致眼-牙-指(趾)综合征[20]。Ⅰ型胶原蛋白在正常胚胎发育和维护组织完整性中起重要作用，其表达缺失会导致成骨不全、骨质疏松等。Cx43和Ⅰ型胶原蛋白共同参与成骨细胞与骨骼发育，但二者功能均与Tbx2表达有关。有学者[21]发现体外培养的大鼠成骨样细胞株中Tbx2表达下调可使Cx43表达增加。在小鼠成纤维细胞株NIH3T3中，Tbx2高表达可导致Ⅰ型胶原蛋白基因表达上调[22]。在大鼠成骨细胞株ROS17/2.8中，Tbx2高表达可导致Ⅰ型胶原蛋白中、低表达[23]。上述研究结果提示Tbx2在骨发育过程中对Ⅰ型胶原蛋白起到双向调节的作用，具体原因有待进一步探讨。

3 Tbx2在胚胎胰腺、乳腺及黑色素细胞发育中的作用

国外学者[24]利用原位杂交、双免疫荧光和免疫组化方法研究Tbx2、Tbx3在小鼠和人胰腺不同发育时间段的表达，结果发现这两个基因在孕9.5 d和孕10.5 d小鼠胚胎胰芽周围的间充质细胞中都有表达；Tbx2和Tbx3在孕12.5～13.5 d小鼠胚胎胰腺腹侧部表达。在出生7 d的人类胎儿，Tbx2在胰岛B细胞和胰腺导管中表达，Tbx3则在胰腺外分泌组织中表达；在成人，Tbx2在胰岛B细胞和A细胞均有表达，而Tbx3只在胰腺外分泌组织表达。以上结果提示Tbx2在胰腺发育过程中不同时间表达部位不同，Tbx2在胰腺主要的激素分泌细胞的发育成熟过程中发挥重要作用。

上皮细胞和乳腺中胚层细胞的作用是诱导乳腺腺体发育。在小鼠乳腺，Tbx2在乳腺基板中胚层细胞表达，Tbx3在上皮细胞表达，且这两个基因在乳腺组织的表达会延续到成年阶段，贯穿整个乳腺发育过程，包括青春期、妊娠期、哺乳期或退化阶段[25,26]。研究[5]表明，Tbx3基因缺失在纯合子鼠不能诱导形成乳腺，而杂合子鼠表现为乳腺发育不全和乳头异常。Tbx2基因缺失能使Tbx3缺陷的杂合子小鼠乳腺发育异常症状加重，提示Tbx2和Tbx3在杂合子小鼠乳腺发育缺陷中具有协同作用[27]。有研究[26]表明，Tbx2基因表达上调后，细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂生成增多，抑制P53基因表达，从而促进乳腺癌的发生。Tbx2基因参与乳腺发育的机制比较复杂，有多途径、多细胞信号通路参与，具体还需进一步深入研究。

目前尚不明确Tbx2如何参与调控黑色素细胞发育。有学者[28]发现，出生后3 d的新生小鼠皮肤毛囊黑色素细胞中有Tbx2表达，但是在黑色素干细胞中无表达；在体外培养的原代胚胎神经嵴干细胞诱导分化4 d后，Tbx2开始在黑色素细胞中表达，如果在此培养体系中干扰Tbx2表达，则会抑制黑色素细胞增殖。在早期胚胎发育过程中，黑色素前体细胞必须经过从神经管到皮肤的迁移，才能形成具有功能性的黑色素细胞。转录因子PAX3是PAX家族的成员之一。PAX3基因在早期胚胎的神经嵴前体细胞中表达，参与黑色素前体细胞分化、迁移，最终发育成黑色素细胞。小眼畸形转录因子(MITF)和PAX3基因是参与黑色素细胞分化和发育的两个重要因子。在黑色素细胞发育过程中，MITF、PAX3可使Tbx2表达上调，提示Tbx2是MITF和PAX3的重要靶基因之一。Tbx2还参与黑色素细胞周期调控和恶性转化。目前认为Tbx2可能是通过抑制p21CIP1表达、抑制黑色素细胞衰老而诱发黑色素瘤。OCA2基因(P基因)突变会导致眼皮肤白化病，而Tbx2能负调控OCA2基因表达[29]，推测Tbx2在黑色素细胞增殖和黑色素细胞合成黑色素中发挥了重要作用。

综上所述，Tbx2在胚胎发育中起着非常重要的作用，Tbx2基因的缺失或变异会导致胚胎发育异常和组织畸形，但尚未引起与人类有关的遗传综合征，Tbx2对胚胎发育影响的具体机制仍需要深入研究。

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贵州省科技厅科学技术基金项目[黔科合J字LKZ(2010)38号]。

李啸红(E-mail: xiaohl60na.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.03.033

R394.1

A

1002-266X(2017)03-0101-03

2016-09-07)