先天缺牙相关基因的研究进展

凌 琪 综述， 赵玉梅 审校

(同济大学口腔医学院—同济大学附属口腔医院儿童口腔病学教研室—上海牙修复与再生工程实验中心，上海 200072)

先天性缺牙(congenitally absent teeth)是指在牙胚形成过程中未能发育和形成的牙。根据缺牙的数量，可分为以下几种。(1) 少数牙缺失(hypodontia)： 缺失牙的数量<6个，最常见第三磨牙的缺失；(2) 多数牙缺失(oligodontia)： 除第三磨牙以外的缺失牙的数量≥6个；(3) 先天性无牙(anodontia)： 所有牙齿先天缺失。根据是否伴有全身症状可分为非综合征型先天缺牙(nonsyndromic tooth agenesis)和综合征型先天缺牙(syndromic tooth agenesis)。

先天缺失的发病率据报道为2.2%～10.1%(不包括第三磨牙)，且受种族的影响；女性的发病率高于男性[1]。先天缺牙的病因可分为环境因素和遗传因素。环境因素包括物理、化学、放射、外伤等[2]；遗传因素现被认为是主要因素。约有200多种基因参与了牙发育的整个过程[3]。现已有多个基因的突变被证实或怀疑与先天缺牙有关。本文就非综合征型先天缺牙和综合征型先天缺牙的相关基因进行综述。

1 非综合征型先天缺牙相关基因

已证实有几种基因的突变可导致非综合征型先天缺牙，其中较常见的有： 肌节同源盒基因1(muscle segment homeobox gene 1, MSX1)，配对盒基因9(paired box homeotic gene 9, PAX9),轴抑制基因2(axis inhibition protein 2, AXIN2),WNT10A和EDA[4-8]。

1.1 肌节同源盒基因-1

MSX1，位于染色体4p16.1上，属于同源异型盒基因中的MSH家族，编码成内含297个氨基酸的转录因子，表达于牙发育各个时期的诸多组织中。MSX1由2个外显子和1个内含子构成，突变大多数发生于外显子上。MSX1突变常与双尖牙以及第三磨牙的缺失有关，此外，也可存在下颌第一磨牙、上颌侧切牙、下颌中切牙的缺失[9]。其突变类型有多种，其中最常见的是错义突变，首个被报道的由MSX1突变引起的先天缺牙为G587C错义突变，导致第31位上由精氨酸转变为脯氨酸，蛋白质结构发生了改变[4]。有学者在一个中国家系中发现第1例non-stop突变(c.910_911dupTA, p.*304Tyrext*48)导致的非综合征型先天多数牙缺失，这个突变在MSX1的C端增加了48个氨基酸，使得其失去了进入细胞核的能力，影响了MSX1的功能[10]。内含子上的突变极少见，但亦有少量报道，Tatematsu等[11]在一对同卵双胞胎上发现了内含子上的MSX1突变，证实其先天缺牙是由于在MSX1外显子1和外显子2之间的内含子区插入了7个单位的核苷酸系列(c.451_452insCCCTCAG)，进而形成同源域截断的MSX1(p.R151fsX20)。并且，他们的缺牙数量和部位不全相同，提示后天或者环境因素可造成同一基因突变表现出不一样的表现型。此外，MSX1突变除了表现为缺牙外，也可导致唇腭裂的发现，如无义突变(Q189X)[12]。

1.2 配对盒基因9

PAX 9，位于染色体14q12～q13上，是一种编码转录因子的基因，主要通过结合增强子DNA序列和修改下游基因的转录活动来行使功能。PAX9编码的转录因子对牙发育到蕾状期后能继续发育起着调控作用[13]。PAX 9由4个外显子构成，PAX 9基因DNA结合域位于第2个外显子内，是其重要功能域，突变多位于外显子2上。MSX1突变主要与磨牙的缺失有关，也可存在双尖牙、下中切牙等的缺失[9]。Stockton等[5]首次在非综合征型先天缺牙患者中发现PAX 9移码突变(c.218_219insG)。Mitsui等[14]在2个不相关的日本家系中在PAX的配对域中分别发现了3个核苷酸缺失(73-75 delATC)以及错义突变(C146T)，通过功能分析证实这两种突变均对与DNA结合至关重要的氨基酸产生了影响。有研究者在一中国家系中发现位于外显子1上的c.2T>G这一突变，使得ATG起始密码子变成AGG。结合其他研究，他们认为截断突变(truncating mutations)比整码突变(in-frame mutations)所产生的临床症状更严重，表现为缺牙数量多、所有类型的恒牙均可受累、存留牙形态结构异常以及乳牙亦存在缺失等[15]。有研究认为发生在第1个2α-螺旋的N-末端附近的配对结构域中的错义突变影响尖牙的发育，如： L21P, R26W, R28P, S43K和R47W往往导致磨牙以及尖牙缺失[16]，但是在Mitsui等[14]报道的位于该结构域的单氨基酸缺失(p.I25del)的病例中未出现尖牙的缺失，这也证实PAX 9突变在不同个体中的缺牙数量和方式的多样性。由此认为，未来需要更多的研究来揭示非综合征型先天多数牙缺失患者中“基因型-结构-表现型”这一关系的机制。

1.3 轴抑制基因2

AXIN2，位于染色体17q23～q24上，可编码成WNT信号转导系统中的负性调控因子。Wnt信号转导系统在组织发育和肿瘤发生过程中起着调控作用。AXIN2突变通常导致大部分恒磨牙、双尖牙、下颌切牙和上颌侧切牙缺失。AXIN2突变还与直肠结肠癌有关，但肿瘤与牙缺失关系不明。在2004年，Lammi等[6]首次在一个四代的芬兰家族中发现一个无义突变c.1966C>T，受累者出现多数牙缺失以及大肠癌或者癌前病变。随后，AXIN2突变在非综合征型以及综合征型患者中均有报道[17-18]。Liu等[19]在一非综合征型缺牙患者中发现AXIN2错义突变(c.314T>G)，该突变导致位于高度保守的G蛋白信号区域残基105位上的缬氨酸被甘氨酸取代(p.Val105Gly)，这是首次报道突变位于AXIN2的-G蛋白信号区域的非综合征型先天缺牙。

1.4 WNT10A

WNT10A是WNT信号通路中一个关键的基因，高表达于牙发育起始阶段的上皮中。在2012年，Van等[7]发现在34例非综合征型多牙缺失的患者有19例存在WNT10A突变。此外，综合征型缺牙患者中也检测到WNT10A突变，如外胚层发育不良、牙-指-皮肤发育不良[20]。Song等[21]在505例中国先天缺牙患者中检测出25种不同的WNT10A突变，其中最常见的是c.511C>T和c.637G>A，因此，猜测这两个位点是中国患者中最常见的突变位点。WNT10A突变所缺失的牙齿种类包括所有牙，除了第三磨牙以外，最常缺失的是第二双尖牙、上颌侧切牙以及下颌切牙，而上颌中切牙最稳定[22]。

1.5 EDA

EDA基因，位于染色体Xq12-13.1上，所编码的是TNF家族中的一种可溶性蛋白EDA，该基因的突变与非综合征型缺牙(non-syndromic tooth agenesis, NSH)以及综合征型缺牙(hypohidrotic ectoder-mal dysplasia, HED)均有关。非综合征型先天缺牙中，EDA突变常位于外显子1,3,6,7,8，最常缺失的类型是中切牙，常发生错义突变[23-24]。第1个被发现的导致NSH的EDA突变是Tao等[8]在1个蒙古族家庭中找到的，该突变为p.Arg65Gly。此后，国内外学者陆续发现了多种突变。NSH患者没有全身其他表现，通常仅存在牙齿的缺失。然而，Lee等[25]在2个无关系的家系NSH先证者身上除了发现牙齿缺失，还有卷发的特征(而且其家族没有卷发史)。此外，有研究显示截断突变比错义突变缺牙数量更多，位于TNF同源结构域的突变所导致的缺牙数目更少[26]。

1.6 其他

至今，非综合征性牙缺失的分子生物学发生机制尚未完全了解,除了上述最常见的5种基因外，还有LTBP3，LRP6，SMOC2,WNT10B等与非综合征型先天缺牙有关[27-30]。

2 综合征型先天缺牙相关基因

目前，已知的具有先天缺牙这一临床表现的综合征有超过60种，并且候选致病基因已被检测出来，如EDA-EDAR-EDARADD，P68，P63，CXORF5，IRF6等。

2.1 EDA-EDAR-EDARADD

EDA基因是少汗型外胚层发育不良症(hypohidrotic ectoder-mal dysplasia, HED)的致病基因，该疾病的临床表现主要为汗腺发育异常、毛发稀疏、牙齿发育异常。已知的HED主要以下3种遗传形式。(1) 常染色体显性： 由位于染色体2q11-q13上的外胚叶发育不良受体(EDA receptor, EDAR)突变引起。(2) 常染色体隐性： 由EDAR基因和位于染色体1q42.2-q42.3上的程序性细胞死亡相关EDAR基因(EDAR-asso-ciated death domain, EDARADD)突变引起。(3) X连锁隐性： 由EDA基因突变引起[30]。和NSH相似，有研究显示在XHED患者中，错义突变以及位于TNF同源结构域的突变所导致的缺牙数目更少[31]。此外，除EDA-EDAR-EDARADD外，WNT10A，TRAF6的突变也可导致HED的发生[32]。

2.2 P68

先天性缺指(趾)-外胚叶发育不良-唇腭裂(ectrodactyly ectodermal dysplasia-orofacial cleft, EEC)综合征是以先天性缺指(趾)、并指(趾)或手足裂，外胚叶发育不全，伴或不伴腭裂的唇裂为主要临床表现的综合征型唇腭裂。位于染色体3q27的P68基因以及位于染色体7q11.2-q21.3的P68基因的突变已证实可以引起EEC综合征[27]。

2.3 P63

P63对外胚层、颜面部、四肢发育起着调控作用。P63相关综合征的临床表现常为外胚层、颜面部、四肢发育方面异常表现的不同结合方式。Cabanillas等[33]报道了1例伴有腭裂、多牙缺失、少汗症、结节性脆发症少毛症以及B细胞淋巴瘤史的P63相关外胚层发育不良症患者检测出1个P63的杂合子突变，Ala111Thr。这个病例不仅拓宽了P63突变所引起的表现型范围，而且提示P63作为肿瘤抑制基因的可能性。

2.4 CXORF5

口面指综合征(oral-facial-digital syndrome, OFD综合征)是一种罕见的先天性畸形疾病,以口、面及指(趾)等的发育障碍为主要临床表现。位于染色体Xp22.3-p22.2上的CXORF5基因的突变与OFD1型有关[27]。

2.5 IRF6

van der Woude综合征(van der Woude syndrome, VWS)表现为颌面畸形,又称唇瘘、腭裂及唇裂综合征。位于染色体1q32-q41上的IRF6基因是其致病基因，IRF6在转化生长因子发育信息通路中起重要作用。有文献报道约有70%的VWS综合征患者表现出先天少数牙缺失，常见的是切牙以及前磨牙的缺失[27]。另外，有学者报道一例由IRF6外显子3上c.113T>G的突变导致的VWS综合征患者另有面部不对称的特征[34]。

3 展 望

先天缺牙是颅面部发育异常中最常见的一种疾病。除了环境因素，其主要的致病因素是基因的突变。随着基因检测以及功能分析相关技术的飞速发展，越来越多的基因突变方式被发现与各类型的先天缺牙相关。未来，随着研究的进一步进展，对先天缺牙的基因病因学会有更深层的了解，对于高危人群或家族可在孕前健康检查[35]中加测牙缺失相关基因的检测，有望从基因层次预防和减少先天缺牙的发生。