Mage-D1的分子生物学特性及参与牙发育调控的研究进展*

余 侠 综述，温秀杰,2△审校

(1.西南医科大学附属口腔医院正畸科，四川泸州 646000;2.重庆瑞泰口腔医院正畸科 401121)

近年来，黑色素瘤相关抗原(Mage)家族蛋白由于参与多种细胞生物学效应而成为学术界的研究热点。其中，Mage-D1作为Mage Ⅱ类蛋白，因其结构和功能的特殊性，引起了人们的关注，且随着研究的不断深入，发现其与牙发育存在一定的相关性。本文就Mage-D1的生物学功能及其与牙发育的联系作一综述，为Mage-D1在牙再生组织工程中的进一步研究提供思路及方向。

1 Mage-D1的发现与结构特点

Mage-D1又称NRAGE或Dlxin-1，由POLD等[1]于1999年在骨髓基质细胞中被发现，属于Mage Ⅱ类。 Mage-D1基因位于X染色体上的p11.21～p11.23片段，全长6 601 bp，由13个外显子构成，第2～12个外显子之间是开放阅读框(ORF)，编码含有778个氨基酸，大小约为86×103的蛋白。在结构上，Mage-D1的氨基端是Mage-D类成员共有的一段保守序列MHD2，羧基端是由220个氨基酸组成的Mage家族的同源区域MHD[1]，由25个重复的六肽结构域(IRD) WQXPXX连接MHD2和MHD结构域。Mage-D1在胚胎和成年个体各时期各种组织中都有表达，其中在脑组织的表达最多[2]，其表达水平在胚胎时期随着胚胎发育过程不断上升，出生后开始下降，尤其在成年之后显著降低，表明Mage-D1可能与胚胎发育存在相关性。

最早Mage-D1被证明能通过与p75神经营养受体(p75NTR)相互作用进而起到促进神经元凋亡的作用。神经系统中的Mage-D1可能还与生物节律、学习记忆，以及抑郁行为的发生有关。Mage-D1还在肿瘤的发生和转移中起着至关重要的抑癌作用[3-5]。此外，越来越多的研究表明Mage-D1可以和轴突导向受体(UNC5H)、X连锁凋亡抑制剂(XIAP)、骨形态发生蛋白(BMP)、Necdin等蛋白相互作用，参与调节细胞周期、增殖、凋亡等病理生理过程。最新研究发现，Mage-D1与牙齿发育密切相关，可能参与了牙发育的调控。

2 Mage-D1的生物学特性

2.1 Mage-D1参与细胞分化调控

首先，Mage-D1影响神经元细胞的分化。Necdin是Mage家族蛋白，主要存在于神经元、骨骼肌、软骨及脂肪细胞中，并在有丝分裂后期表达，过量表达Necdin有利于细胞分化和凋亡。有研究指出，在发育小鼠的脑部前盘区和神经结突触处发现了高浓度的Necdin、Mage-D1和Dlx家族蛋白[6]，提示Mage-D1与Necdin可能通过共同调节Dlx家族蛋白来影响神经元细胞的分化。随后KUWAJIMA等[7]研究证实了这一点，他们发现Necdin正是通过结合Mage-D1介导Dlx同源结构域蛋白的转录，从而促进小鼠胚胎前脑中GABA神经元分化。FENG等[8]发现在神经生长因子(NGF)介导的PC12细胞神经元分化的过程中，Mage-D1作为负调节剂，抑制PC12细胞的神经元分化。而REDDY等[9]提出，在PC12细胞中，Mage-D1可以通过激活MEK和Akt信号通路，上调神经突形成。

其次，NGUYEN等[10]研究发现Mage-D1在正常成年人的肌肉组织中表达很低，而在损伤后成肌细胞分化时大大提高，说明Mage-D1与肌肉的损伤修复有关，也证明了Mage-D1参与成肌细胞的分化。

2.2 Mage-D1参与细胞增殖与周期调控

Mage-D1调控多种细胞的增殖。体外实验证明，Mage-D1能抑制人肾脏上皮细胞HEK293、肝细胞癌细胞HepG2、骨肉瘤细胞U2OS[11]和乳腺癌细胞的增殖[12]。而YANG等[13]的研究表明Mage-D1能促进食道癌细胞增殖。

Mage-D1调控细胞周期主要是通过与p53的相互作用来实现。WEN等[11]发现，Mage-D1抑制HEK293、HepG2、U2OS的生长是通过p53通路使细胞周期停滞在G1和G2/M期。SALEHI等[13]则发现在交感神经前体细胞中Mage-D1通过结合p75NTR使细胞生长在G1期停滞。另外，YANG等[14]报道，缺乏Mage-D1的食道癌细胞生长停滞在G2/M期，同时S期明显减少。而KENDALL等[15]的实验发现Mage-D1调控细胞周期还可以依赖p38途径，这是由XIAP复合物介导的。

2.3 Mage-D1参与细胞凋亡进程

研究表明，Mage-D1是一种促凋亡因子，参与了多种癌细胞的凋亡，包括胃癌细胞SGC7901、肾上腺嗜铬细胞瘤PC12细胞、P19细胞、Hela细胞[16]及肠上皮细胞[17]等。徐增琦[18]还报道了Mage-D1在口腔鳞状细胞癌中也有促进细胞凋亡的作用，其作用可能是通过天冬氨酸蛋白水解酶-3(caspase-3)经典途径及促凋亡蛋白Bax实现的。

作为一个促凋亡蛋白，Mage-D1诱导细胞凋亡有多种途径，具体如下：(1)与p75NTR相互作用，激活线粒体死亡途径，释放细胞色素C，激活caspase-3、caspase-9，促进凋亡信号转导，诱导依赖JNK途径的细胞凋亡。(2)在非经典骨形态发生蛋白(BMP)信号通路中，Mage-D1通过结合XIAP的RING结构域与XIAP-TAKI-TAB1复合物相互作用，诱导下游p38依赖的神经祖细胞凋亡。(3)Mage-D1与凋亡拮抗转录因子Che-1结合，影响其在细胞核内定位，同时利用其蛋白酶体依赖性降解下调Che-1，从而加速细胞死亡[19-20]。(4)与轴突导向受体UNC5H1的胞内近膜区域结合形成复合物[21]，在caspase-3的编辑下裂解，转移到细胞质中引起细胞凋亡。(5)与细胞质蛋白PrP[22]结合并中断蛋白相互作用，从而导致细胞凋亡。(6)NF-κB通路也是调节细胞凋亡的重要组成部分，有学者发现，Mage-D1通过NF-κB促进口腔鳞癌细胞凋亡[18]，另外，Mage-D1与XIAP、Che-1、UNC5H作用调控细胞凋亡也是通过NF-κB实现的。

2.4 Mage-D1参与核转录调控

Mage-D1与Dlx/Msx同源结构域蛋白相互作用，在胚胎时期颅面、四肢、神经系统的发育中起重要作用。其中，Dlx控制细胞分化，激活转录过程；Msx控制细胞分裂和凋亡，抑制转录，两者均定位于细胞核。Mage-D1与Dlx/Msx结合主要是借助于自身的六肽重复序列IRD，从而促使Dlx发生转录，引起GABA神经元分化[12]；同时弱化Msx抑制转录的作用，激活骨骼肌细胞的分化。该过程需要与其家族另一成员Necdin的协同，两者通过共有的MHD结构域结合在一起而发挥作用。MASUDA等[23]研究发现，Mage-D1与D1x5结合，控制其下游基因转录，并且依赖于Mage-D1表达的多少而产生不同的效果，低水平表达促进转录，而过表达则会产生抑制作用。

3 Mage-D1与牙发育

Mage-D1的基因表达图谱显示，Mage-D1在牙乳头及牙釉质上皮处高表达，提示Mage-D1本身就与牙发育存在联系，另外，Mage-D1还可以通过影响牙发育始祖细胞的迁移来影响牙发育，更参与了调控牙发育相关的多种信号通路，进一步证实了Mage-D1与牙发育存在一定的联系。

3.1 Mage-D1与牙发育始祖细胞

牙发育离不开上皮-间充质细胞的相互作用。颅神经嵴来源的外胚间充质干细胞(ecto-mesenchymal stem cell,EMSC),是除牙釉质以外所有牙齿组织的形成细胞，也可以认为是牙发育始祖细胞[24]。在牙齿的发育过程中,这些细胞迁移至上下颌突,与牙源性上皮相互作用形成牙囊和牙乳头,进而分化为多种牙齿组织发生细胞,再分化形成牙槽骨、牙骨质和牙本质等组织[25]。因此，来源于颅神经嵴的EMSC对颌面部及牙齿的发育至关重要。研究显示，下调Mage-D1可以促进EMSC的迁移，从而影响牙齿发育。

3.2 Mage-D1与p75NTR

研究显示，Mage-D1可以通过同源域MHD与p75NTR的胞内近膜区域结合，在p75NTR与成牙关键转录因子Dlx/Msx中充当桥梁作用。p75NTR是最早发现与Mage-D1作用的细胞膜受体。ZHAO等[26]在钟状期牙胚的上皮-间充质处检测到了高表达的p75NTR，表明在牙发育初期的调控分子中很可能有p75NTR，或者可以称为是启动牙发育的关键基因。与此同时，在成牙初期的上皮-间充质区域检测到大量的p75NTR及Msx、Dlx同源域结构蛋白，后者被公认为是牙发育过程中的关键因子。杨琨等[27]研究发现，p75NTR参与胚胎颌面部及牙发育过程，且可能和Mage-D1共同诱导了颌突EMSC的矿化，从而影响成牙本质发生及矿化。

3.3 Mage-D1与Wnt信号通路

Wnt信号通路是器官和组织生长、发育中重要的信号机制，调控细胞的增殖、分化、迁移。近年来研究发现经典的Wnt/β-catenin信号通路在牙齿发育过程中发挥着重要作用，通过影响成牙本质细胞、成牙骨质细胞、牙源性间充质细胞增殖、分化和极化，调控牙齿形态发生，包括牙齿数量、大小、位置、形状和组织形成[28-29]。过表达Mage-D1可以导致β-catenin发生O-乙酞氨基糖基化，促进其核内转移并结合DNA，且β-catenin的糖基化影响其与下游的Wnt信号通路核心蛋白Pygopus的结合[30]，从而阻碍Wnt/β-catenin信号通路，影响成牙本质细胞分化，进而影响牙根发育。

3.4 Mage-D1与骨形态发生蛋白(BMP)信号通路

BMP是调控多种牙发育相关的转录因子，对于牙的生长发育起着至关重要的作用。SAADI等[31]在牙发育的钟状晚期成釉细胞和牙乳头细胞间检测到了多种BMP转导，并证明这种转导通过调控不同的下游信号分子影响牙本质及牙根形成[31]。研究显示，Mage-D1参与激活非经典和经典的BMP信号通路[32-33],而BMP信号通路在牙齿发育[34-35]及调节牙髓细胞的增殖和分化[36-37]中发挥重要作用。因此,推测 Mage-D1可能参与牙齿发育及修复牙本质。

综上所述，作为Mage Ⅱ类家族的一员，Mage-D1在细胞分化、增殖、周期、凋亡中均发挥重要调节功能，尤其是近年来发现其与牙齿发育息息相关，更为牙再生与牙发育的研究提供了新的方向。但相对于其庞大的功能系统，目前针对Mage-D1的研究和认识仍需要不断深入，尤其是在口腔医学领域的研究尚处起步阶段。本文综合了近年最新的研究报道与实验数据，梳理和整合了Mage-D1在分子结构、参与细胞分化/增殖/凋亡/核转录调控及与牙发育联系的研究进展。随着未来研究的不断深入，将进一步明确Mage-D1的生物学特性和在牙发育中的确切调控与分子信号机制，为攻克牙齿组织工程发展的制约瓶颈提供新的思路。