少汗型外胚层发育不良症相关基因及其蛋白

    作者：雷科综述 何祥一审校    作者单位：兰州大学口腔医院口腔修复科 甘肃 兰州 730000

    【摘要】  少汗型外胚层发育不良症（HED）是一种罕见的起源于外胚层组织，如牙、汗腺、毛发等发育异常的遗传性疾病。目前，国内外有关HED的报道多为临床病例分析，而有关分子水平研究的综述较少。下面就HED的类型、基因定位、基因突变、基因功能和信号途径几个方面概述HED相关基因及其蛋白功能的研究进展。

    【关键词】  少汗型外胚层发育不良症； 基因； 蛋白

    Research progress in the genes and proteins of hypohidrosis ectodermal dysplasia  LEI Ke, HE Xiang-yi. （Dept. of Prosthodontics, College of Stomatology, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China）

    [Abstract]  Hypohidrosis ectodermal dysplasia（HED） is a rare congenital disorder that results in abnormalities in the structures of ectodermal origin tissues, such as teeth, eccrine sweat glands, hair and nails. However, most of studys in HED is presented in the form of clinic case reports. This article reviews the research progress of HED in types, genetic locations, proteins, and signaling pathways in odontogenesis.

    [Key words]  hypohidrosis ectodermal dysplasia； gene； protein

    外胚层是胚胎时期的三个胚层之一，主司中枢神经、周围神经、汗腺、毛发、指甲、釉质等的发育。外胚层发育不良症（ectodermal dysplasia，ED）自1792年报道至今，已有200多种不同的病理损害，其中尤以少汗型外胚层发育不良症（hypohidrosis ectodermal dysplasia，HED）最为常见[1-2]。

    1  少汗型外胚层发育不良症的类型

    1.1  少汗型外胚层发育不良症

    HED又称为无汗性外胚层发育异常（anhidrot-ic ectodermal dysplasia，AEDA）或Christ-Siemens-Touraine综合征，是一种罕见的、先天性的、95%为X连锁隐性的遗传性疾病。男性患者通常具有毛发稀少、汗腺发育不全、颅面异常、前额突出、鼻梁塌陷（鞍状鼻）、皮肤光滑干燥、手指（脚趾）过度角化等临床体征，口腔表征可为牙发育不全、先天缺失以及锥形牙等。杂合子女性携带者由于X染色体失活，可表现为上述轻微的症状或无明显异常[3-6]。

    1.2  外胚层发育不良症伴免疫缺陷综合征

    2000年，Smahi等[7]报道了HED伴免疫缺陷综合征（hypohidrosis ectodermal dysplasia and im－munodeficiency syndrome，HED-IDS），并指出核因子-κB必需调节蛋白（nuclear factor-kappa Bessential modifier，nemo）基因的无定形突变导致了色素失禁症（incontinentia pigmenti，IP）的发生。IP是一种X连锁疾病，杂合子女性表现为皮肤损伤、Blaschko线纹、视网膜瘢痕形成和牙发育不全，而杂合子男性患者在胚胎期死亡。与IP不同，HED-IDS表现为外胚层发育不全、反复感染和异常丙种球蛋白血症，仅累及男性，女性杂合子无明显的免疫缺陷表征[8-9]。但Kosaki等[10]却发现一位杂合子女性患者因nemo基因下游突变引起的HED-IDS，免疫缺陷的临床体征较明显。

  2  少汗型外胚层发育不良症的基因

  2.1  基因定位目前已知的HED至少有4种：1）常染色体显性，由2q11～13的外胚层发育不良受体（hedr）基因（GeneID10913）突变引起；2）常染色体隐性，由hedr基因（GeneID10913）和1q42.3～43与程序性细胞死亡相关hedr基因hedr add（GeneID128178）变异引起；3）X连锁隐性，由Xq12～13.1的hed基因（GeneID1896）变异引起；4）X连锁隐性伴免疫缺陷，基因突变定位于17q11.2的nemo基因（GeneID 51701）[11-12]。

    2.2  基因突变

    hed基因共有9个外显子，其中 95%的突变发生在外显子1～9[13]。已发现超过60种的变异，包括核酸置换、小片段缺失和插入、大片段缺失突变等[14]。研究发现hed基因exon 9的1144G→A错义突变，导致了382位甘氨酸变为丝氨酸（Gly382→Ser）[15]；1045G→A的错义突变，导致349位丙氨酸突变为苏氨酸（Ala349→Thr）[16]；959A→G的错义突变，导致320位酪氨酸突变为半胱氨酸（Tyr320→Cys）[17]；exon 8的1149G→A的错义突变，导致291位氨基酸由甘氨酸变为精氨酸（Gly291→Arg）[18]。也有研究发现hed基因exon 8和exon 9的缺失突变，exon 1的31delC，49delC 31、49位缺失突变会导致框移动和终止密码子提早出现[15，17，19-20]。Toll等[21]报道了exon 1的8 bp复制，引起框移和终止密码子提前出现。

    hedr基因编码Hed蛋白受体，共有12个外显子，属于肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）家族成员。hedr基因变异常引起常染色体显性或隐性HED[22-23]。RamaDevi等[24]也发现了hedr基因的exon 6和exon 12纯合子突变。nemo基因与核因子（nuclear factor，NF）-κB的激活有关，在B、T淋巴细胞功能作用中发挥着重要作用[8]。Kosaki等[10]发现，nemo基因的插入突变会引起转录终止提前出现。

    2.3  基因功能

    hed基因按功能被分为4类：1）细胞-细胞间信号转换；2）细胞黏附；3）转录控制；4）细胞增殖分化[25]。Hed蛋白是hed基因编码的一种多结构域蛋白，属于TNF成员[22，26]。Hed蛋白有Hed-A1和Hed-A2两种亚型，仅有2个氨基酸不同。Hed-A1与外胚层发育不全受体（Hedr）有关，Hed-A2与X连锁外胚层发育不全受体（Xhedr）相关。Hed-A1和Hed-A2在牙发育过程中的表达不同，作用也不相同[26-27]。Hed蛋白为Ⅱ型跨膜蛋白，包括一个短的细胞外区域、跨膜区、胶原区和TNF配体亚基，形成三聚体结构。约半数的变异为错义突变，多定位于：1）跨膜和细胞外结合区；2）细胞外成对碱性氨基酸剪接位点；3）胶原区（与配体寡聚化作用相关）；4）TNF区（介导与受体的结合）[28]。

    hed基因不同的剪接导致不同类型转录体的出现。Ezer等[29]发现，hed基因编码135个氨基酸的蛋白，即Hed-O（Hed for original）。hed-A1基因编码391个氨基酸的蛋白。与hed-A1相似，hed-A2仅缺少6 bp（nt 1161～1166），编码389个氨基酸的蛋白。另一种选择性剪接类型hed-B，编码含178个氨基酸的蛋白。与Hed-A相比，Hed-B仅C端数个氨基酸不同[30]。hed-C由部分exon 1b的选择性剪接所致，编码含147个氨基酸的蛋白。hed-D与hed-B相似，仅在exon 1和exon 3之间多了51 bp（exon 1d）序列，编码142个氨基酸的蛋白。hed-E转录体在exon 1和exon 2之间插入84 bp（exon 1e）的碱基序列，编码148个氨基酸的蛋白。hed-F在exon 1和exon 2之间插入36 bp序列，编码147个氨基酸的蛋白[27]。hed基因具有多种亚型，基因表达也具有组织差异。Bayés等[27]研究hed基因表达在人脑、心、肝、肾、肺、胰腺、骨骼肌、胎盘8种组织的分布发现，hed-a在所有组织中低水平表达，hed-o、b、c在多数组织中表达，表达水平最高的是肾、心、肝、胰腺，最低的是脑和胎盘。hed-d转录体表现出明显的组织特异性，仅在心、肝、胎盘和骨骼肌中表达。hed-e、f在所有组织中均未能检测到。

    3  少汗型外胚层发育不良症的基因信号传导

    Hed蛋白属于TNF超家族成员，其下游信号传导至NF-κB抑制剂激酶（inhibitor-κ-bindingkinase，IKK）复合体和κB抑制因子（inhibitor-κ-binding，I-κB），激活转录因子NF-κB[30]。Hedr含有程序性细胞死亡相关序列，通过结合细胞内受体Hedradd传导信号[31]。上述3种信号分子组成了信号途径的起始部分，可溶性的亚基结合膜表面蛋白Hedr，然后激活细胞内受体Hedradd。Hed蛋白与受体Hedr的结合激发细胞内受体Hedradd的结合，可依次传递TNF受体相关因子（TNF receptor associated factor，Traf）至信号传导复合体。在Ectodysplasin信号途径中，Traf激活IKK复合体，IKK再激活NF-κB信号途径。IKK是一种多功能复合体，包括2个催化亚基IKK-α和IKK-β以及一个调控亚基Nemo（IKKγ）[32]。被上游信号激活后，IKK复合体传递信号至I-κB。静止细胞中的I-κB蛋白结合NF-κB，保持其在细胞质内。I-κB的结合可引起聚蛋白化，NF-κB释放至核酸内，激活目的基因[33-34]。

    4  问题与展望

    HED是一种影响多器官功能的疾病。目前，我国对HED仍停留在病例报道和临床治疗阶段，hed基因及其蛋白的研究较少，远远落后于国际水平。临床诊断和分析手段简单，分子遗传学诊断技术滞后。而今迫切需要解决的问题是：1）对HED家系妊娠母亲羊水、绒毛膜等进行分子生物学检查，以提供遗传咨询；2）深入研究hed基因及其蛋白功能，为进一步探索该基因在牙发育中的作用奠定基础。展望未来，遗传咨询将有助于HED的预防，达到优生优育的目的；基因功能的研究，将为HED的诊断和治疗提供分子生物学依据。

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