卵泡抑素在口腔頜面部發(fā)育中的作用及其治療應(yīng)用前景

劉嘉程 孟昭松 李宏捷 隋磊

1.天津醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)院病理科 天津 300070；2.天津醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)院口腔頜面外科 天津 300070；3.天津醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)院修復(fù)科 天津 300070

卵泡抑素（follistatin，F(xiàn)ST）是一種廣泛存在于上皮、肌肉、骨等諸多組織的細(xì)胞外分泌蛋白，參與多種病理生理過程，被認(rèn)為是某些疾病的治療靶點(diǎn)[1-3]。FST具有抑制促卵泡激素分泌、調(diào)控肝穩(wěn)態(tài)、調(diào)節(jié)免疫以及促進(jìn)骨形成等功能，并且是控制胚胎發(fā)育的關(guān)鍵因子，對神經(jīng)、骨骼肌、腺體等組織的發(fā)育至關(guān)重要[4-6]。在口腔頜面部發(fā)育過程中，F(xiàn)ST在上皮和間充質(zhì)中均有不同程度的表達(dá)，對牙、頜骨等硬組織及唇腭、顏面等軟組織的正常形成具有重要作用。FST是調(diào)控小鼠牙源性上皮干細(xì)胞成釉分化，保證釉質(zhì)正常形成的關(guān)鍵因子之一，與激活素（activin，ACT）和骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bone morphogenetic proteins，BMPs）等轉(zhuǎn)化生長因子-β （transforming growth factor-β，TGF-β）超家族蛋白構(gòu)成的信號調(diào)控網(wǎng)絡(luò)是唇、腭、頜骨等口腔頜面部非牙體組織維持正常發(fā)育的重要機(jī)制，同時在某些疾病或組織再生中具有應(yīng)用潛能。本文就此進(jìn)行綜述，以期為FST在口腔領(lǐng)域相關(guān)基礎(chǔ)研究及臨床應(yīng)用提供線索。

1 FST的來源、亞型及生物學(xué)功能

FST主要來源于垂體促性腺激素細(xì)胞或星形細(xì)胞，也可由肝、腎、骨等多種組織合成，在胚胎期和出生后的多種組織均有不同程度的表達(dá)，其表達(dá)水平受氧化應(yīng)激水平、機(jī)械力、轉(zhuǎn)錄因子等多種因素調(diào)節(jié)[7]。人類FST的基因序列定位于5q11.2，包含9個外顯子；小鼠FST的基因序列定位于13 D2.2，包含6個外顯子。成熟FST根據(jù)所含氨基酸殘基數(shù)目不同分為FST-315、FST-288和FST-300，前兩種是主要亞型。其中，F(xiàn)ST-315的含量超過95%，是血清中主要的循環(huán)亞型[8]。FST的分子結(jié)構(gòu)高度保守，在哺乳動物中具有95%的同源性[9]。

FST是一種高效的TGF-β信號通路抑制因子，以自分泌和旁分泌方式識別并結(jié)合靶細(xì)胞表面位點(diǎn)[10]，通過結(jié)合ACT和BMPs抑制二者各自的信號傳導(dǎo)蛋白Smad2/3/4和Smad1/4/5/8/9的功能，從而調(diào)控相關(guān)信號通路[11-13]（圖1）。FST對ACT的親和力和抑制效應(yīng)強(qiáng)于其對BMPs，呈ACT>BMP7>BMP2/4[14]，其中FST-288對ACT的親和力和抑制效應(yīng)均強(qiáng)于FST-315，后者具有保護(hù)ACT不被溶酶體酶降解的功能，可能作為ACT貯庫調(diào)控其在不同組織中的分布與功能[15]。

圖1 FST調(diào)控ACT、BMPs信號通路的機(jī)制Fig 1 The mechanism of FST in regulation of ACT and BMPs signaling pathways

2 FST在口腔頜面部發(fā)育中的作用

2.1 FST在牙發(fā)育中的作用

FST主要表達(dá)于牙胚上皮，在間充質(zhì)中也有少量表達(dá)。Wang等[16]的研究發(fā)現(xiàn)，K14-FST過表達(dá)小鼠的牙齒礦化不良，Amel、Ambn、Mmp20等釉質(zhì)蛋白表達(dá)下調(diào)，成釉分化受到抑制；K14-FST敲除小鼠的牙尖發(fā)育畸形，釉質(zhì)蛋白表達(dá)上調(diào)，舌中有異位分化的成釉細(xì)胞和異常表達(dá)的Dlx1、Msx1、Msx2、Pax9、Pitx2等經(jīng)典牙齒相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子。該研究還證實(shí)，F(xiàn)ST在牙發(fā)育過程中受間充質(zhì)中的ACT誘導(dǎo)，自胚胎18 d起在小鼠切牙頸環(huán)區(qū)呈舌側(cè)強(qiáng)于唇側(cè)的非對稱性表達(dá)，通過控制上皮細(xì)胞中BMP4的表達(dá)水平調(diào)節(jié)牙上皮干細(xì)胞向成釉細(xì)胞分化。這一研究提供了FST調(diào)控牙齒發(fā)育的直接證據(jù)，揭示FST與ACT在其中存在負(fù)反饋調(diào)節(jié)。

牙齒的發(fā)育受信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的精密調(diào)控，作為FST配體的ACT、BMP2/4/7和作為信號傳導(dǎo)介質(zhì)的Smad蛋白在這一過程中起重要作用。ACT主要表達(dá)于牙胚間充質(zhì)細(xì)胞，ACT-/-小鼠的牙齒發(fā)育停滯在蕾狀期[17]。ACT信號傳導(dǎo)需要Smad2/3的磷酸化和Smad4的結(jié)合。Smad2/3的磷酸化對釉質(zhì)、牙本質(zhì)的形成有調(diào)控作用[18]。Smad4能夠維持牙源性干細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)，進(jìn)而維持正常發(fā)育進(jìn)程，Smad4-/-小鼠的牙上皮干細(xì)胞增殖過度，分化受限[19]，還可能誘發(fā)多發(fā)性角化囊性瘤，導(dǎo)致發(fā)育延遲、牙齒畸形[20]。BMP信號通路中，BMP2在牙上皮細(xì)胞、間充質(zhì)細(xì)胞和成牙本質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)，通過誘導(dǎo)上皮細(xì)胞中的Smad1/5/8磷酸化促進(jìn)成釉細(xì)胞和成牙本質(zhì)細(xì)胞的形成，并參與上皮根鞘（Hertwig's epithelial root sheath，HERS）和牙根的發(fā)育[21-23]；BMP4主要在牙上皮細(xì)胞中表達(dá)，是促進(jìn)成釉分化的關(guān)鍵因子，隨著牙胚發(fā)育，BMP4的表達(dá)逐漸趨向間充質(zhì)，并呈正反饋表達(dá)，提示BMP4可能有介導(dǎo)上皮間充質(zhì)相互作用的功能[16]；BMP7在HERS細(xì)胞、前成釉細(xì)胞和前成牙本質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)，在HERS細(xì)胞中FST通過抑制BMP7的表達(dá)維持HERS的正常結(jié)構(gòu)[24]。

根據(jù)這些研究可以推測，F(xiàn)ST可能通過結(jié)合ACT、BMPs，抑制受體磷酸化，使Smad蛋白的磷酸化和結(jié)合受阻，進(jìn)而改變原始效應(yīng)，影響牙發(fā)育進(jìn)程。

2.2 FST在唇、腭發(fā)育中的作用

FST對顏面及腭部發(fā)育至關(guān)重要。FST在胚胎期面部上皮和間充質(zhì)組織中的表達(dá)水平較高，且與BMPs家族成員生長分化因子11（growth differentiation factor 11，GDF11）共表達(dá)[25]。唇腭的正常發(fā)育既依賴于FST與GDF11分別以自分泌方式調(diào)節(jié)祖細(xì)胞群分化，又依賴于兩者以拮抗劑和配體形式結(jié)合的相互作用[26]。小鼠和人的外顯子測序顯示，F(xiàn)ST或GDF11的基因突變均可導(dǎo)致非綜合征唇腭裂的發(fā)生[25]。純合敲除FST的小鼠表現(xiàn)為腭裂，K14-FST敲除小鼠與唇腭裂關(guān)鍵基因Irf6在上皮細(xì)胞條件性敲除的小鼠具有相似表型，即出現(xiàn)牙尖形態(tài)改變和第三磨牙發(fā)育延遲[27]。因此，Cox等[25]建議將FST基因作為非綜合征性唇腭裂相關(guān)候選基因納入基因檢測，以協(xié)助預(yù)測發(fā)病風(fēng)險及早期干預(yù)。除GDF11外，F(xiàn)ST靶蛋白信號通路組分BMP2/4、Smad2/4等也參與了頜面部組織的發(fā)育[28]。BMP2/4在前腭存在局限性表達(dá)，參與腭上皮和間充質(zhì)對腭發(fā)育的調(diào)控[28]。Smad2/4對胚胎期頜面部組織的發(fā)育至關(guān)重要，Smad2-/-小鼠胚胎表現(xiàn)為中胚層缺失[29]，Wnt1-Cre的Smad4敲除小鼠胚胎表現(xiàn)為第一鰓弓發(fā)育不足和面突不能融合[30]。由此可見，F(xiàn)ST除自身直接影響唇腭發(fā)育之外，還可通過調(diào)控上述靶蛋白間接影響唇腭發(fā)育。

2.3 FST在頜骨發(fā)育中的作用

FST對頜骨發(fā)育也有關(guān)鍵調(diào)控作用。FST主要在成骨細(xì)胞中表達(dá)，在下頜骨的成熟骨細(xì)胞中也有表達(dá)[31]，其表達(dá)水平在成骨初期較高，隨細(xì)胞的分化而降低[32]，此過程受BMP2負(fù)反饋調(diào)節(jié)。FST本身不是成骨因子，但可高親和結(jié)合ACT和低親和結(jié)合BMPs[33]，通過招募間充質(zhì)干細(xì)胞并促進(jìn)其成骨分化、促進(jìn)成骨細(xì)胞的成熟和礦化等途徑促進(jìn)成骨[34]。在BMP2通過磷酸化Smad1/5/8/9誘導(dǎo)成骨的過程中，F(xiàn)ST不僅能抑制BMP2活性，還受其負(fù)反饋調(diào)控[35-37]。此外，研究[38]表明ACT可與c-fos和Smad2/3相互作用，增強(qiáng)核因子κB受體活化因子配體（receptor activator for nuclear factorκB ligand，RANKL）誘導(dǎo)破骨細(xì)胞形成的能力，F(xiàn)ST可能通過高親和結(jié)合ACT，在一定程度上抑制此過程造成的骨吸收。TGF-β通路是促進(jìn)早期成骨分化的關(guān)鍵通路，但抑制后期成骨細(xì)胞的成熟和礦化[39]，而FST具有促進(jìn)骨成熟與礦化的能力，可能在成骨后期拮抗TGF-β通路對骨成熟的抑制效應(yīng)。

3 口腔頜面部發(fā)育中的FST靶蛋白信號通路

FST靶蛋白信號通路各組分在口腔頜面部的分布、功能及FST作用機(jī)制見表1，目前尚缺乏FST通過抑制ACT、BMPs調(diào)控口腔頜面部發(fā)育的直接證據(jù)，也未明確Smad蛋白在其中的角色。進(jìn)一步完善FST與ACT/BMPs信號通路在口腔頜面部軟硬組織發(fā)育中的相互作用，對深入理解各類口腔頜面部發(fā)育異常的原因具有重要意義。

表1 FST靶蛋白信號通路組分在口腔頜面部的分布、功能及FST作用機(jī)制Tab 1 The distribution and functions of FST target protein signaling pathway components in oral and maxillofacial region and the mechanism of FST on them

4 FST治療應(yīng)用前景

FST作為人體高效的天然激素，來源廣泛，提純技術(shù)成熟，人為控制FST的表達(dá)量成為一種可行的治療手段。在肌肉疾病中，F(xiàn)ST-315已被系統(tǒng)地用于骨骼肌損傷的治療[40]，基于FST-315前體FST-344的基因療法在包涵體肌炎、面肩肱型肌營養(yǎng)不良癥的治療中也取得了良好效果[41-42]。在炎癥免疫性疾病中，一定劑量的外源性FST-288可減輕心臟、腎臟等器官的再灌注損傷程度[2,43]，還可降低纖維化程度，保存細(xì)胞活性，進(jìn)而緩解癥狀[44]。然而，F(xiàn)ST在口腔頜面部疾病診療中的應(yīng)用仍鮮見報道，其原因一方面是FST的藥物代謝動力學(xué)參數(shù)和適宜載藥系統(tǒng)相關(guān)研究尚不充分[34]，另一方面是FST在口腔頜面部發(fā)育及創(chuàng)傷愈合中的作用機(jī)制尚未完全明確。依據(jù)現(xiàn)有研究結(jié)果，F(xiàn)ST在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的治療應(yīng)用前景主要集中于腫瘤、炎癥、骨組織再生三大方面（圖2）。

圖2 FST的治療應(yīng)用前景Fig 2 The prospect of therapeutic applications of FST

FST在口腔鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞中高表達(dá)，并與惡病質(zhì)和不良預(yù)后密切相關(guān)[45]。也有研究[46-47]指出：FST可通過降低癌細(xì)胞ACT水平，抑制癌細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移及血管生成，與富血小板血漿聯(lián)合應(yīng)用時還可降低放射治療后鱗狀細(xì)胞癌復(fù)發(fā)率[48]。進(jìn)一步研究FST在口腔鱗狀細(xì)胞癌發(fā)展中的分子機(jī)制，有望為其治療提供潛在靶點(diǎn)。

FST作為重要促炎因子ACT的抑制劑，在內(nèi)毒素血癥、纖維化等急慢性炎癥的治療中具有臨床應(yīng)用價值[49-51]。FST/ACT信號軸還可調(diào)控白細(xì)胞介素-1β、白細(xì)胞介素-10、干擾素-γ等M1型巨噬細(xì)胞標(biāo)記物的表達(dá)[50]，因此在牙周炎、口腔黏膜下纖維化等口腔炎癥中可發(fā)揮一定作用；但因FST無法抑制TGF-β1/2/3等炎癥因子的活性，故其具體臨床效果有待進(jìn)一步明確。

FST還可促進(jìn)口腔頜面部骨愈合及改建。Fahmy-Garcia等[34]在細(xì)胞水平的研究表明，髂骨移植腭裂修復(fù)術(shù)后，外源性FST通過調(diào)控ACT、BMPs信號通路，既可在不干擾血管系統(tǒng)自然級聯(lián)反應(yīng)的前提下招募內(nèi)皮細(xì)胞，增強(qiáng)成血管能力，還可及時清除血液中的游離ACT，降低手術(shù)應(yīng)激狀態(tài)下ACT誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)水平，從而促進(jìn)愈合；其中28 ng·mL-1是該實(shí)驗(yàn)中促進(jìn)細(xì)胞遷移、成骨、新生血管等骨修復(fù)關(guān)鍵過程的最適質(zhì)量濃度。動物牽張成骨實(shí)驗(yàn)[52]也證實(shí)，F(xiàn)ST能通過調(diào)控ACT活性增強(qiáng)膜內(nèi)成骨。此外，在正畸動物模型中張力側(cè)成骨細(xì)胞的FST表達(dá)水平明顯高于壓力側(cè)，提示FST有助于促進(jìn)牙槽骨改建[53]。

5 展望

FST在口腔頜面部發(fā)育中發(fā)揮重要作用，且未來有望應(yīng)用于相關(guān)疾病的診療。然而，F(xiàn)ST受Wnt、MAPK、PKA等多條信號通路調(diào)控，并與轉(zhuǎn)錄激活因子等調(diào)節(jié)因子相互作用，故需深入探究其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步明確其作用，才能夠確保精準(zhǔn)應(yīng)用；此外，F(xiàn)ST在多種組織中均有結(jié)合位點(diǎn)，有效劑量也不盡相同，故如何令FST制劑定向進(jìn)入病變組織并達(dá)到適宜濃度亦是其轉(zhuǎn)化應(yīng)用中亟待解決的問題。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。