【摘要】牙本質(zhì)基質(zhì)蛋白-1是牙發(fā)育過程中一種非常重要的非膠原性基質(zhì)蛋白，對牙本質(zhì)的形成和礦化起著重要的作用，但其具體的作用機(jī)制有待于進(jìn)一步的研究。下面就牙本質(zhì)基質(zhì)蛋白-1的表達(dá)定位、基因結(jié)構(gòu)、生物學(xué)功能以及表達(dá)調(diào)控因素作一綜述。

【關(guān)鍵詞】牙本質(zhì)基質(zhì)蛋白-1;表達(dá)定位;基因結(jié)構(gòu);生物學(xué)功能

早在1993年，George等^①在篩選3周齡S-D大鼠切牙成牙本質(zhì)細(xì)胞牙髓復(fù)合體的cDNA文庫時發(fā)現(xiàn)了牙本質(zhì)基質(zhì)蛋白(dentinmatrixprotein，DMP)-1。該蛋白屬于細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的小整聯(lián)蛋白結(jié)合配體N端聯(lián)結(jié)糖蛋白家族。DMP-1富含天門冬氨酸、絲氨酸和谷氨酸，是一種分泌性磷酸化蛋白，其組成介于骨酸性蛋白和牙本質(zhì)磷蛋白之間。諸多研究證實(shí)，DMP-1是牙本質(zhì)形成和礦化的重要的基質(zhì)蛋白。

1、牙本質(zhì)基質(zhì)蛋白-1的表達(dá)定位

1.1 牙本質(zhì)基質(zhì)蛋白-1的組織表達(dá)定位

起初，許多學(xué)者認(rèn)為Dmp-1只表達(dá)于牙中，是牙本質(zhì)特異性蛋白，爾后隨著研究的逐漸深入，在其他組織中也檢測到dmp-1mRNA的表達(dá)。自從在成熟的牙本質(zhì)細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)dmp-1mRNA的表達(dá)后，在成牙本質(zhì)細(xì)胞、成釉細(xì)胞、成骨細(xì)胞和成牙骨質(zhì)細(xì)胞中也檢測到了dmp-1的轉(zhuǎn)錄物，即在其他礦化組織中，如釉質(zhì)、骨、牙骨質(zhì)中有Dmp-1的表達(dá)。另外，Dmp-1也表達(dá)于腦、胰島以及腎臟的小管上皮、遠(yuǎn)端小管和亨勒環(huán)中。Hirst等^②在對腦、骨以及成牙本質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄物表達(dá)水平的比較中發(fā)現(xiàn)，Dmp-1表達(dá)水平最高的是腦，其次是骨和成牙本質(zhì)細(xì)胞。胎牛腦中的Dmp-1表達(dá)可能是一過性的，隨著其生長和發(fā)育，Dmp-1在胎牛腦中的表達(dá)消失或降低。值得關(guān)注的是，Dmp-1也表達(dá)于癌性病損組織^③。

1.2 牙本質(zhì)基質(zhì)蛋白-1的時空表達(dá)定位

目前，有關(guān)Dmp-1時空表達(dá)定位的研究主要集中于牙和骨組織中。不同片段的DMP-1啟動子在不同的細(xì)胞中活性不同，譬如在人牙髓干細(xì)胞和成骨細(xì)胞等礦化細(xì)胞中活性較強(qiáng)，而在海拉細(xì)胞(子宮頸癌上皮細(xì)胞株)等非礦化細(xì)胞中活性最低^④。對Dmp-1在大鼠牙組織中的研究發(fā)現(xiàn)，Dmp-1在大鼠磨牙的整個發(fā)育階段都有表達(dá)^⑤。在2周齡大鼠的前期牙本質(zhì)中，可檢測到Dmp-1的免疫反應(yīng)，即在成牙本質(zhì)細(xì)胞中有Dmp-1的表達(dá)q。隨著時間的延長直到第5周，Dmp-1的表達(dá)逐漸增強(qiáng)。dmp-1mRNA在成牙本質(zhì)細(xì)胞中的陽性表達(dá)始于其分化的分泌期，呈由牙尖到牙頸部的遞q增模式，而對于成熟期的成牙本質(zhì)細(xì)胞，dmp-1mRNA的表達(dá)則降至基礎(chǔ)水平。當(dāng)用酪氨酸激酶拮抗劑抑制Dmp-1磷酸化時，Dmp-1只在釉質(zhì)中表達(dá)，在成牙本質(zhì)細(xì)胞中則沒有表達(dá)。

Massa等^⑥應(yīng)用高分辨率的免疫組q化法研究了牙生成早期Dmp-1的時空表達(dá)定位。超微結(jié)構(gòu)顯示Dmp-1出現(xiàn)于牙生成的早期，且定位于分化中的成牙本質(zhì)細(xì)胞的高爾基復(fù)合體和細(xì)胞核。當(dāng)?shù)V化由基質(zhì)小泡發(fā)展到周圍基質(zhì)的晚期時，在細(xì)胞外的礦化小球周圍也可檢測到Dmp-1。在高度礦化的層狀牙本質(zhì)區(qū)，Dmp-1主要見于管周牙本質(zhì)以及牙本質(zhì)與前期牙本質(zhì)之間的礦化前沿。

dmp-1mRNA連續(xù)性的表達(dá)，緣于下頜骨處于不斷地改建之中。Kamiya等^⑦的研究，讓人們對大鼠下頜骨骨形成過程中dmp-1mRNA的表達(dá)有了進(jìn)一步的了解。在胚胎的第15天，dmp-1mRNA的表達(dá)只局限于若干成骨細(xì)胞;在胚胎的第16～18天，dmp-1的表達(dá)隨成骨細(xì)胞的增加而增加;在胚胎的第20天，其表達(dá)亦見于骨細(xì)胞，且表達(dá)一直持續(xù)到第90天的成熟個體。而在成骨細(xì)胞中，dmp-1的表達(dá)僅見于大鼠出生后的第14天且呈一過性。在骨折愈合過程中，dmp-1mRNA的q表達(dá)與下頜骨形成過程中dmp-1mRNA的表達(dá)略有不同。在軟骨成骨和膜內(nèi)成骨過程中，dmp-1mRNA強(qiáng)烈表達(dá)于骨痂的前骨細(xì)胞和骨細(xì)胞。在膜內(nèi)成骨中，少量表達(dá)Dmp-1的細(xì)胞見于一小簇肥大軟骨細(xì)胞;然而，表達(dá)Dmp-1的細(xì)胞不肥大。推測該細(xì)胞可能是埋于骨或軟骨基質(zhì)的成骨細(xì)胞q系細(xì)胞。dmp-1mRNA及其蛋白的表達(dá)升高直至骨折后2周骨痂形成，在以后的骨痂改建中表達(dá)降低。

2、牙本質(zhì)基質(zhì)蛋白-1的基因結(jié)構(gòu)

George等^①發(fā)現(xiàn)，dmp-1的翻譯區(qū)長2770bp，編碼489個氨基酸殘基，其中信號肽的裂解位點(diǎn)位于第16個氨基酸殘基的位置。除了信號肽序列，推導(dǎo)的分泌性Dmp-1氨基酸組成中酸性氨基酸遠(yuǎn)多于堿性氨基酸。dmp-1cDNA3′非翻譯區(qū)有1000bp和1個多腺苷酸化信號。重組體Dmp-1的相對分子質(zhì)量為5.3×104，而體外培養(yǎng)的前牙牙本質(zhì)中的Dmp-1的相對分子質(zhì)量為6.1×104。Dmp-1有一個N-糖基化位點(diǎn)(340～342)和一個精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(Arg-Gly-Asp，RGD)黏附序列(337～339)。

人以及牛、鼠的dmp-1有一些高度保守區(qū)，如疏水的16-氨基酸殘基信號肽，與細(xì)胞黏附有關(guān)的RGD序列，數(shù)個可能是酪蛋白激酶Ⅰ、Ⅱ磷酸化位點(diǎn)的絲氨酸殘基等。人dmp-1定位于染色體4q21上，其5′端有99bp的非編碼區(qū)(untranslatedregion，UTR)，1539bp組成的開放閱讀框，編碼513個氨基酸殘基構(gòu)成的強(qiáng)酸性蛋白：絲氨酸、谷氨酸和天門冬氨酸分別占21.4%、15.6%和12.1%。其3′端有1041bp的UTR，包括一個聚腺苷酸化信號。人的dmp-1由6個外顯子和5個內(nèi)含子構(gòu)成。外顯子1包括一個78bp的UTR;外顯子2包括一個21bp的UTR，編碼18個氨基酸，其中包括由16-氨基酸殘基構(gòu)成的信號肽和N端的2個氨基酸;外顯子3～5分別長48、33和48bp，它們分別編碼16、11和16個氨基酸;外顯子6長1320bp，編碼RGD序列、終止子等453個氨基酸。

骨細(xì)胞外基質(zhì)含起源于短鏈dmp-1，即37～57kb的片段。有關(guān)胰蛋白酶肽序列分析表明，37kb片段源于dmp-1的N末端(sub2)，57kb片段源于C末端。磷酸鹽分析表明，37kb片段含有12個磷酸鹽，57kb片段有含有41個磷酸鹽。從37kb片段得到的兩種肽缺乏C末端賴氨酸或精氨酸，取而代之的則以苯丙氨酸和絲氨酸結(jié)尾。源于57kb片段的N末端的2種肽，起始于天冬氨酸(sup218和sup222)。這些發(fā)現(xiàn)表明，Dmp-1在苯丙氨酸(sup173)-天冬氨酸(sup174)、絲氨酸(sup180)-天冬氨酸(sup181)、絲氨酸(sup217)-天冬氨酸(sup218)和谷氨酰胺(sup221)-天冬氨酸(sup222)4個帶上可進(jìn)行蛋白水解，形成8個片段。天冬氨酰殘基(sub2)N末端肽帶斷裂位點(diǎn)的一致性表明，蛋白水解過程僅涉及單個蛋白水解酶，并假定其分裂由X染色體上磷酸鹽調(diào)節(jié)基因中性肽鏈內(nèi)切酶(phosphateregulatinggenewithhomologiestoendopeptidaseontheXchromosome，PHEX)催化。

3、牙本質(zhì)基質(zhì)蛋白-1的生物學(xué)功能

Dmp-1在牙胚發(fā)育過程中具有誘導(dǎo)成牙本質(zhì)細(xì)胞分化和分泌，啟動牙本質(zhì)礦化和充當(dāng)細(xì)胞間信號分子等作用。未分化的間充質(zhì)細(xì)胞在特定信號分子作用下可分化為成牙本質(zhì)樣細(xì)胞^⑧⑨。在多潛能細(xì)胞和間充質(zhì)源性細(xì)胞，如C3H10T-1/2、MC3T3-E1和RPC-C2A中過表達(dá)Dmp-1，可誘導(dǎo)這些細(xì)胞分化并形成成牙本質(zhì)細(xì)胞樣細(xì)胞。體外礦化結(jié)節(jié)形成試驗(yàn)證實(shí)，體外過表達(dá)Dmp-1的細(xì)胞能夠誘導(dǎo)分化和促進(jìn)礦化結(jié)節(jié)的形成。在牙本質(zhì)牙髓復(fù)合體中，Dmp-1對未分化間充質(zhì)細(xì)胞起著形態(tài)發(fā)生蛋白的作用。在膠原基質(zhì)、成牙本質(zhì)細(xì)胞特異性標(biāo)志和鈣化沉積物的共同作用下，這些分化成熟的細(xì)胞可產(chǎn)生牙本質(zhì)樣組織。

Dmp-1雖然不是小鼠骨和牙發(fā)育早期所必須的，但卻是早期成牙本質(zhì)細(xì)胞所必須的，在成熟的牙本質(zhì)細(xì)胞中的持續(xù)表達(dá)對正常的牙生成也是不可缺少的。Dmp-1是成牙本質(zhì)細(xì)胞分化、牙本質(zhì)小管系統(tǒng)的形成和牙本質(zhì)礦化的重要調(diào)控因子^⑩。2005年，Lu等^⑾在測定了dmp-1的2.4kb和9.6kb啟動子區(qū)的DNA片段后發(fā)現(xiàn)，2.4kb成熟片段的dmp-1啟動子在牙生成早期發(fā)揮作用，而2.4～9.6kb片段間的啟動子區(qū)域包含牙生成后期dmp-1表達(dá)的控制域。對于出生后的小鼠骨和牙發(fā)育來說，dmp-1的表達(dá)更是不可或缺的^⒀。dmp-1缺失的小鼠出生后3d到1年，牙發(fā)育出現(xiàn)了前牙牙本質(zhì)礦化障礙，牙腔擴(kuò)大，牙本質(zhì)層厚度變薄、前牙牙本質(zhì)區(qū)增寬，礦化不足等重要的表型特征。由于這些表現(xiàn)與牙本質(zhì)涎磷蛋白(dentinsialophosphoprotein，DSPP)基因缺失小鼠的表現(xiàn)驚人的相似，因此許多學(xué)者推測在牙生成中Dspp可能受Dmp-1的調(diào)節(jié)^⒀⒁。在成牙本質(zhì)細(xì)胞分化早期，Dmp-1位于其核內(nèi)，可特異性地與dspp啟動子結(jié)合，激活dspp的轉(zhuǎn)錄。染色質(zhì)免疫沉積法也證實(shí)了體內(nèi)dmp-1和dspp啟動子相互關(guān)聯(lián)。

Dmp-1具有鈣結(jié)合能力，可調(diào)節(jié)羥磷灰石的成核作用，從而啟動其礦化過程^⒂⒄。Dmp-1的特異性結(jié)合以及其他非膠原蛋白在膠原纖維上的沉積，是膠原基質(zhì)的形成和礦化的關(guān)鍵步驟。然而，并非每一種形式的Dmp-1都可調(diào)節(jié)羥磷灰石的成核作用^⒅。天然形式、完整的Dmp-1抑制其礦化，而裂解的或去磷酸化的Dmp-1則可啟動其礦化過程。高度磷酸化的C末端相對分子質(zhì)量為5.7×104的片段是羥磷灰石的成核物。體外無磷酸化的重組蛋白也是羥磷灰石的成核物，磷酸化的重組Dmp-1對羥磷灰石的形成和生長無影響。

Dmp-1不僅調(diào)節(jié)骨和牙的礦化，也調(diào)節(jié)體內(nèi)磷的穩(wěn)定^⒅。Dmp-1缺失的個體會出現(xiàn)常染色體顯性和隱性遺傳低磷性佝僂病以及骨軟化癥，并伴隨獨(dú)立的腎磷流失與成纖維細(xì)胞生長因子-23水平的升高。常染色體隱性遺傳性低磷性佝僂病dmp-1基因的突變，影響其起始密碼子，下一代7個堿基對缺失打亂了Dmp-1高度保守的C末端，可引起牙生成缺陷和高骨量表型。故推測其可能存在一個引導(dǎo)礦化機(jī)制的骨-腎軸，但對于Dmp-1如何調(diào)節(jié)磷的自身穩(wěn)定的機(jī)制還不清楚。

此外，Dmp-1是出生后軟骨形成以及后續(xù)成骨作用所必須的，在骨痂礦化中起著重要的作用。Dmp-1在一些軟組織中的表達(dá)，使得人們推測Dmp-1除了調(diào)節(jié)礦化作用外可能還有其他功能^⒇。

4、牙本質(zhì)基質(zhì)蛋白-1的表達(dá)調(diào)控

Dmp-1的表達(dá)受多種細(xì)胞因子、酶等因素的調(diào)控，其具體的機(jī)制有待于進(jìn)一步研究。

地塞米松在時間和劑量上可使Dmp-1表達(dá)升高，糖皮質(zhì)激素拮抗劑RU486顯著地抑制其表達(dá)。地塞米松通過激活核心結(jié)合因子(corebin-dingfactor，Cbf)-α1來刺激Dmp-1的表達(dá)。然而，外源性的Cbf-α1過高表達(dá)卻抑制dmp-1mRNA的表達(dá)，原因可能在于地塞米松激活了Cbf-α1抑制Dmp-1表達(dá)的某些因素。許多研究發(fā)現(xiàn)，促絲裂原激活蛋白激酶(mitogen-activatedproteinkinasephosphatase，MKP)-1可通過降低Cbf-α1的磷酸化來影響地塞米松誘導(dǎo)的成骨細(xì)胞分化。在地塞米松處理的C26細(xì)胞轉(zhuǎn)錄事件中，盡管MKP-1可增加Cbf-α1的DNA結(jié)合活性，Dmp-1的表達(dá)可能還需要MKP-1和其他因素的共同作用來激活。

巨噬細(xì)胞集落生成因子-1(colony-simulatingfactor-1，CSF-1)是單核巨噬細(xì)胞系細(xì)胞重要的調(diào)控分子，高表達(dá)于礦化組織，可能直接或間接地調(diào)控Dmp-1的表達(dá)。

2002年，Narayanan等通過對轉(zhuǎn)錄因子c-Fos和c-Jun(AP-1)調(diào)節(jié)dmp-1轉(zhuǎn)錄的研究發(fā)現(xiàn)，c-Fos和c-Jun對骨細(xì)胞的終極分化并無重要的作用。隨后，他們又證實(shí)了在骨細(xì)胞分化中JunB轉(zhuǎn)錄調(diào)控dmp-1的表達(dá)。在礦化過程中，JunB與p300相互作用并調(diào)節(jié)dmp-1啟動子的活性;而且，JunB第79絲氨酸位點(diǎn)的磷酸化是與p300相互作用所必須的。p300組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶的固有活性在調(diào)節(jié)dmp-1的表達(dá)中也起著重要的作用。

有學(xué)者推測，BMP-1-tolloid樣蛋白水解酶和PHEX參與Dmp-1的蛋白水解過程。Steiglitz等已經(jīng)成功地用BMP-1-tolloid樣蛋白水解酶將全長的Dmp-1水解為不同的片段，大小與從骨內(nèi)分離出來的相似，并且證實(shí)，從小鼠胚胎中提取的成纖維細(xì)胞如果缺乏這種水解酶，Dmp-1的處理過程就會發(fā)生缺陷。BMP-1-tolloid樣蛋白水解酶對Dmp-1的蛋白水解加工在礦化組織過程中具有重要的作用。

Dmp-1在組織中的表達(dá)十分廣泛，其基因結(jié)構(gòu)也已基本明確。Dmp-1對牙和骨的發(fā)育有重要的作用，但對于其功能的了解還不深入，Dmp-1的調(diào)控因素和基質(zhì)也需要進(jìn)一步的研究。

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