DKK1基因及其基因多态性与口腔疾病的关系研究进展

2017-11-10 09:11  来源:中国实用口腔科杂志
作者:李冬梅 许春姣 阅读量:718
    DKK1是一种分泌性糖蛋白,主要通过与低密度脂蛋白受体相关蛋白5/6(10w density lipoproteinreceptor-related protein5/6,LRP5/LRP6)受体及Kremen-1/2结合成复合物而阻断Wnt信号传导,是Wnt经典信号通路的重要抑制剂。研究发现,编码DKK1的基因具有遗传多态性。单核苷酸多态性(single nueleotide polymorphism,SNP)在人类中发生在高频基因组,是最常见的多态性,可能直接影响到DKK1的表达和功能,从而影响到个体内DKK1的最终生理效应,表现为不同个体对某些疾病具有不同易感性。研究DKK1单核苷酸多态性在疾病中的作用将有助于从基因水平更深刻地阐明这些疾病的发病机制,从而实现进一步预防和治疗。现将相关研究综述如下。     1. DKK1的生物特性与基因多态性     1.1 DKK1的结构和生物学作用     人类Wnt基因家族共有19名成员,是由22个或24个Cys残基编码的进化保守的一种分泌糖蛋白。Wnt信号通路根据是否依赖β-catenin分为Wnt/β-catenin经典信号通路与Wnt非经典信号通路。Wnt/β-catenin经典通路通过卷曲蛋白(Frizzled,FZD)受体和LRP5/LRP6受体转导信号。当Wnt/β-catenin经典通路未被激活时,β-catenin与APC和AXIN形成复合物,β-catenin被酪蛋白激酶Ia(casein kinase Ia,CKIa)和糖化合成激酶3B(glycogen synthase kinase 3B,GSK3β)末端的NH2-降解盒进行磷酸化,13TRCPl或13TRCP2复合物使其泛素化,最终被蛋白酶介导降解。当Wnt/β-catenin经典通路激活时,散乱蛋白(Dishevelled,DVL)被CKIa磷酸化,并与FRAT高亲和力结合。Wnt/β-catenin经典通路诱导FZD-DVL和LRP5/6-AXIN-FRAT复合物的形成D],因为β-catenin不能被CKIa和GSK313磷酸化,β-catenin逐渐积累并向核内堆积。核内β-catenin与T细胞因子/淋巴增强因子(T-cell factor/lymphoid enhancer factor,TCF/LEF)及PYGO家族共激活因子PYG01和PYG02相关的BCL9和BCL9L形成复合物哺]。核内TCF/LEF-β-catenin-Legless-PYGO复合物的形成,导致目标的转录基因如FGF20、WISPl、MYC和CCNDl的激活,Wnt信号通路发挥作用。     Wnt信号通路拮抗剂分为两大类:一类是SFRP成员,其中包括SFRP家族、WIF-1和Cerberus,这类拮抗剂直接与Wnt蛋白结合,从而改变Wnt蛋白与Wnt受体结合的能力;另一类是Dickkopf成员,主要包括Dickkopf蛋白家族,它通过与LRP5/LRP6受体及Kremen-1/2结合成复合物,诱导快速的细胞内吞,减少细胞膜上的LRP5/LRP6,以此阻断Wnt信号向胞内传递。Dickkopf基因家族由5个进化上保守的成员DKK1。4和独特DKK3相关蛋白即Dickkopf蛋白样蛋白1(DKK1)组成随]。DKK1(Dickkopf1)是DKKs家族中研究最多的基因,是一个35 ku的分泌蛋白,参与细胞分化和增殖,在胚胎发育过程中有效抑制Wnt信号通路。1998年Glinka等首次在两栖动物非洲爪蟾的胚胎细胞中发现,编码为DKK1。     人DKK1基因位于10号染色体10q11.2上,是一种分泌蛋白,含有266个氨基酸,并包含信号序列和2个富含半胱氨酸的结构域。在脊椎动物,同源基因DKK1完整地保留了C末端半胱氨酸富集区。人类DKK1启动子中TCF/LEF、CP2、POU2F1(OCTl)、HNFI和FOXJ2结合位点和TATA盒非常保守,约有66.2%的总核苷酸一致;而哺乳动物DKK1同源的近端启动子区域内的双TCF/LEF结合位点与Wnt/β-catenin信号通路的负反馈机制相关。     1.2 DKK1的基因多态性     基因多态性指一个基因位点上存在一种以上的等位基因。美国E.Lender在1996年提出单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)。SNP是由单个碱基的置换如点突变T→C或A→G所致,SNP通过自然选择等过程从而高度非随机的分布在人类基因组中,是人类和动物基因组中普遍存在的一种分子标记。SNPs的分布密集,每千个核苷酸中可出现一个SNPs标记位点,在人类基因组中被认为有400万个以上的SNPs遗传标记。到目前为止,DKK1共记载有1394个SNP位点,主要在人类、爪蟾、小鼠、野猪、牛等,而据目前记载,人类DKK1约有463个SNP位点。近期研究中发现,在非洲家族中,DKK1多个SNP位点具有高度遗传,并与血清DKK 1 mRNA表达水平相关。     2. DKK1基因及其基因多态性在口腔疾病中的作用     Wnt/β-catenin信号通路是目前研究较多的通路,它拥有复杂的信号网络,遍布在身体每个器官。DKK1作为Wnt/β-catenin信号通路的重要抑制剂,通过介导Wnt/β-catenin信号通路而参与多种疾病的发展。口腔是呼吸道、消化道的入口,口腔疾病首当其冲也成为首要解决的问题。目前研究发现,DKK1在牙胚发育过程中起重要作用,同时与口腔中先天性缺牙、牙周病以及口腔癌等疾病关系密切。     2.1 DKK1与先天性缺牙     先天性缺牙是人类最常见的牙体数目发育异常。牙齿的发育是一个高度复杂的过程,涉及多种基因和信号通路,与其他外胚层器官一样,由组织相互作用和基因网络所调控。先天性缺牙具有家族聚集性,先天的牙齿缺失多为遗传因素,也可由外胚叶发育不良引起。分子遗传学时代,在遵循各种遗传形式的各类疾病中均可检测出潜在的基因突变,这些基因突变可能影响所有的信号通路和介导该基因的遗传网络。这表明先天性缺牙可能是牙齿发育过程中各个方面的缺陷所引起的,如蛋白质、维生素、矿物质缺乏和代谢不平衡,局部炎症、感染等影响。依据是否伴发系统性异常和(或)某综合征分为综合征先天性缺牙和非综合征先天性缺牙,目前研究多集中于非综合征先天性缺牙的遗传方面。     据报道,Wnt信号通路中Wnt10a、AXIN2、DKK1、LRP6、EDA等重要基因与非综合征先天性缺牙的遗传相关。Mostowska等在先天性缺牙患者中发现存在多个Wnt10a基因突变位点,而通过动物小鼠模型研究发现,敲除Wnt10a的小鼠开始生长第四磨牙,且拥有异常的牙冠形态。认为Wnt10a的缺陷或基因突变是先天缺牙的重要影响因素。同时,Liu等选取先天缺牙患者273例和无先天缺牙者200例进行研究,发现GLl3(rs929387)和DKK1(rs11001553)2个标记的等位基因和基因型频率在两组间存在显著差异。此后,该研究小组扩大研究对象,并进一步针对DKK1的rsl 1001553与非综合征先天性缺牙的关系进行了分析,发现DKK1 rsl 1001553的等位基因和基因型频率在非综合征先天性缺牙有显著差异。先天性缺牙的发生绝不是单一因素造成的,其有可能是DKK1及Wnt10a等多种基因的基因突变或单个位点的突变导致基因缺陷,影响Wnt信号的传导或Wnt通路异常激活,从而引起牙胚的缺失,导致先天性缺牙。     2.2 DKK1与牙周疾病     牙周炎(periodontitis)是一种感染性、破坏性疾病,是口腔两大类主要疾病之一,在世界范围内均有较高的患病率。在我国牙周炎患病率高达80%~90%,是成年人失牙的主要原因。牙周炎主要包括慢性牙周炎(chronicperiodontitis,CP)和侵袭性牙周炎(aggressive periodontitis,AgP)。牙周炎的发生具有遗传因素,而AgP更是有家族聚集性。有学者发现,在CP患者的牙周组织中,DKK1的表达上调,与健康对照组相比较,CP组患者牙龈组织中Wnt/β-catenin的拮抗剂硬化蛋白(sclerostin,SOST)和DKK1 mRNA水平和蛋白质表达明显增高;他们认为,DKK1的水平变化与牙周袋深度和亿万先生附着水平密切相关。     同样有学者发现,在CP患者的龈沟液中DKK1质量浓度明显高于健康对照组,轻、中、重度牙周炎的DKK1浓度呈递增趋势,且DKK1浓度与牙周袋深度、亿万先生附着丧失呈正相关;而在牙龈组织中,牙周炎组DKK1浓度显著高于牙龈炎组及健康对照组,认为DKK1参与CP的发生、发展。Gao等通过选取148例AgP患者及133名健康对照者进行研究,结果显示:与健康对照相比,AgP患者血清总胆固醇(Tc)、高密度脂蛋白(HDL-C)水平较低;而基因检测发现,LRP5基因(rs682429-AA或rs312016&GG)携带者的TC、HDL-C水平比其他基因型携带者的TC、HDL-C水平较高,并降低了罹患AgP的风险;由LRP5rs682429和rs312016决定的单倍体(A-G)同样降低AgP的患病风险;此外,LRP5-rs682429-AA和APOE-rs429358-CC/CT组合基因型携带者的低密度脂蛋白(LDL-C)、TC水平更高,患AgP的风险更低;LRP5-rs682429和rs312016多态性可能独立或与APOE基因多态性共同导致血脂异常,并与AgP有关。     而学者在进一步的研究中发现,牙周膜干细胞中DKK1的表达减少可激活Wnt/B-catenin的通路,引起牙周膜干细胞的成骨分化不全。同时,伴糖尿病的牙周炎患者的牙周膜干细胞(D-PDLSCs)中,DKK1的表达不受成骨信号的影响,而经DKK1处理后的D-PDLSCs能增加成骨潜能;进一步研究发现,应用TNF-α和糖化终产物(AG-Es)处理D-PDLSCs与牙周炎患者的牙周膜干细胞(P-PDLSCs)后,经DKK1处理的D-PDLSCs能扭转AGEs产生的不利影响;并认为DKK1通过调节Wnt信号通路而挽救伴糖尿病牙周炎患者的牙周膜干细胞的分化潜能。上述研究进一步证实,DKK1参与牙周炎的发生发展。     众所周知,Wnt信号通路具有调控牙周炎的作用,其可能机制是DKK1通过抑制Wnt信号通路,阻断Wnt信号的传导,抑制下游靶基因的表达,从而引起牙周组织的破坏。而在Wnt信号通路的激活过程中,DKK1与LRP5关系密切,故而认为DKK1基因的突变或缺陷亦有可能影响牙周炎的发生发展。     2.3 DKK1与口腔癌     口腔癌(oral cancer)是头颈区域最常见的肿瘤之一,其发病率在逐年上升,在上呼吸、消化道黏膜恶性肿瘤中约占90%以上,5年生存率为50%~60%。DKK1参与了多种肿瘤的发生,近期一项对胃癌与DKK1表达的meta分析中发现,DKK1的过表达与胃癌的侵犯血管、淋巴结转移和远处转移均有显著相关,并且DKK1过表达的胃癌患者总体生存率较差。同时,在乳腺癌、胰腺癌、肺癌、喉鳞状细胞癌均有DKK1表达上调。然而,另一部分学者的研究呈现相反的结论。Qi等在对结直肠癌的研究中发现,DKK1的表达水平与上皮间质转化的降低、肿瘤等级有关,上调DKK1水平可导致肿瘤发生减少,并抑制结直肠肿瘤的生长,认为DKK1抑制肿瘤活性。口腔癌方面,有研究认为Wnt信号通路中分泌卷曲蛋白(soluble frizzled receptor protein,SFRP)家族、DKK家族以及WIF-1等Wnt拮抗剂的甲基化以及表观遗传改变,导致wnt信号通路的异常激活,从而导致口腔癌的发生。研究表明,Wnt通路中蛋白质的基因突变在口腔癌中较为罕见,然而该途径的过度活化可能由于Wnt通路负调节因子如SFRPl-5、WIFl或DKK1~3的异常的启动子区域甲基化所引起。     在早期对口腔癌患者的研究中发现,口腔癌中有低频率的DKK1甲基化发生,而且DKK1的双等位基因甲基化与该基因低浓度表达水平相关。另有研究表示,在口腔鳞状细胞癌(OSCC)早期及OSCC相关的细胞网络中DKK1上调。而DKK1阳性病例中区域淋巴结转移的风险较低。在敲除DKK1基因的细胞中肿瘤细胞的迁移和侵袭增加,而DKK1过表达的细胞中肿瘤细胞的迁移和侵袭减少。目前的研究表明,DKK1在调节细胞迁移和侵袭中发挥重要作用,使DKK1成为早期检测OSCC淋巴结转移的潜在生物标志物。     综上所述,DKK1基因通过阻断Wnt信号通路而在多种疾病中发挥重要作用,但在口腔领域中,目前多集中在牙周炎、先天缺牙以及口腔癌等疾病的研究,并且处于一个稍浅显的水平,而在口腔其他疾病少有研究报道。同时,已有研究证实,Wnt信号通路中相关基因与牙周炎、先天性缺牙、口腔癌等疾病的遗传易感性有相关性。多数研究表明,DKK1基因通过调节Wnt信号通路而在上述口腔疾病的发生发展中起重要作用,但DKK1基因多态性与口腔疾病的易感性关系报道较少。相信随着对DKK1表达和功能的深入研究及其SNP位点的进一步探索,DKK1基因多态性与口腔疾病的易感性研究将更加深入,并将有利于进一步阐明DKK1在口腔疾病的发病发展中的作用机制。
编辑: 陆美凤

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