魏春雨 榮麗 崔彩云 夏倩穎

[摘要]細胞極化是前體細胞分化為成牙本質(zhì)細胞的重要步驟，是細胞發(fā)揮生理功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，誘導間充質(zhì)干細胞極化定向分化為成牙本質(zhì)細胞是實現(xiàn)牙髓-牙本質(zhì)復合體再生的關(guān)鍵。細胞周期蛋白42（CDC42）是細胞極性化的開關(guān)分子，其參與成牙本質(zhì)細胞和成釉細胞極化的作用機制尚不明確，且相關(guān)研究較少。本文回顧了成牙本質(zhì)細胞的極化以及 CDC42在其細胞極化方面的相關(guān)研究，為成牙本質(zhì)細胞分化及牙髓-牙本質(zhì)再生研究提供基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞]成牙本質(zhì)細胞;成釉細胞;細胞極化;細胞周期蛋白42

[中圖分類號] R781.3? [文獻標識碼] A[文章編號]2095-0616（2022）07-0036-04

牙髓病是發(fā)生于牙髓組織的疾病，根據(jù)病源刺激物和機體的免疫防御能力強弱，經(jīng)歷組織炎癥、變性和壞死等，牙髓炎是最常見的牙髓疾病。根管治療即去除感染牙髓組織，嚴密充填，杜絕再感染，是臨床保留患牙的常規(guī)治療方法。根管治療后牙體組織喪失大部分營養(yǎng)來源，牙齒變脆容易折裂。為降低牙折裂的風險，牙髓再生成為替代根管治療的重要研究方向。成牙本質(zhì)細胞和成釉細胞是終末分化細胞，其功能的發(fā)揮離不開典型的極化狀態(tài)，目前對于成牙本質(zhì)細胞和成釉細胞的極化研究相對較少，作用機制仍不明確。本文回顧了成牙本質(zhì)細胞和成釉細胞的細胞極化以及細胞周期蛋白42（cell division cycle 42， CDC42）在其細胞極化方面的研究，就成牙本質(zhì)細胞和成釉細胞的極化及 CDC42在極化中的作用進行綜述。

1成牙本質(zhì)細胞和成釉細胞的細胞極化

細胞極化是指細胞、細胞群、組織或個體在一個方向上，相對兩端表現(xiàn)出不同的形態(tài)或生理特征[1]，包括細胞的結(jié)構(gòu)不對稱或功能不對稱[2]。哺乳動物細胞在其生命周期中幾乎都會經(jīng)歷短暫或永久的極化。細胞極性包括頂?shù)讟O性、平面極性、前后極性和極性分裂中的極性[3]。上皮細胞、成牙本質(zhì)細胞和成釉細胞等都是通過細胞極化完成特定功能[4]。細胞極化的特征成分包括細胞間連接的形成、細胞骨架的不對稱分布、細胞器的重新定位、極性復合體和膜脂的分布等[2，5]，目前上皮細胞的極化研究較為成熟。

上皮細胞的細胞極性可分為頂?shù)讟O性（apico-basalpolarity， ABP）和平面極性（planar cell polarity， PCP）[1，6]。ABP 是指細胞成分在細胞的兩個相對表面之間呈極化分布，將細胞分為兩個互補的結(jié)構(gòu)域，即頂端結(jié)構(gòu)域和基底結(jié)構(gòu)域[7-8]，參與細胞遷移和維持組織結(jié)構(gòu)等[9-10]。上皮細胞頂?shù)讟O性的形成包括細胞連接的形成、極性復合物的建立、細胞骨架的不對稱分布等[1，5]。PCP 是指細胞在整個組織平面上垂直于頂?shù)纵S向的極性，這種極化在整個組織中傳播，提供控制集體形態(tài)發(fā)生的極性軸，如細胞結(jié)構(gòu)的取向和細胞排列等[11-12]，需要整體的極性信號和極性蛋白在細胞內(nèi)不對稱分布[13-14]。

牙發(fā)育起始于牙胚，牙胚發(fā)育可分為蕾狀期、帽狀期和鐘狀期[15]。在鐘狀期，牙乳頭細胞經(jīng)內(nèi)釉上皮誘導分化成前成牙本質(zhì)細胞[3，16]，有絲分裂完成后退出細胞周期，分化為成牙本質(zhì)細胞，細胞核逐漸遠離基底膜，高爾基體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)聚集在近基底膜側(cè)的胞質(zhì)中，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)并與細胞長軸平行，線粒體散在分布在細胞中，細胞骨架聚集在近基底膜側(cè)，細胞逐漸極化[15]，開始分泌牙本質(zhì)基質(zhì)。

成牙本質(zhì)細胞的終末分化觸發(fā)成釉細胞的終末分化。當牙本質(zhì)形成以后，誘導內(nèi)釉上皮細胞向成釉細胞分化，細胞呈高柱狀排列，在分泌活動之前，細胞發(fā)生極化：細胞核遠離基底膜[15]，高爾基體變大，從細胞核側(cè)向基底膜端移動，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)增加，繼而分泌釉質(zhì)基質(zhì)[8]。成熟的成牙本質(zhì)細胞和成釉細胞均呈高柱狀排列，細胞器主要分布于分泌端胞質(zhì)內(nèi)，呈典型的極性分布。

2 CDC42在細胞極化中的功能

CDC42是一種典型的 Ras 同系物（Ras homologue， Rho）蛋白，主要表達于細胞質(zhì)中[17]，可以在與鳥苷三磷酸（guanosine triphosphate， GTP）結(jié)合的活化形式和與鳥苷二磷酸（guanosine diphosphate， GDP）結(jié)合的非活化形式之間相互轉(zhuǎn)換，起分子開關(guān)的作用[17]。這兩種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換受多種類型的 GTP 酶結(jié)合蛋白的調(diào)節(jié)，包括鳥嘌呤核苷酸解離抑制蛋白（guanine nucleotide dissociation inhibitor， GDI）、 GTP 酶激活蛋白（GTPase-activating protein， GAP）和鳥苷酸交換因子（guanine nucleotide exchange? factor， GEF）[17]。當 CDC42與 GTP 結(jié)合呈活化形式時，其活化水平可以被 GEF 正向調(diào)控，或被 GAP 負向調(diào)控。CDC42還可與 GDI 結(jié)合，以非活化形式存在于細胞質(zhì)中[4]。

CDC42最早在芽植酵母中被發(fā)現(xiàn)[1]，酵母細胞出芽前， CDC42在酵母細胞內(nèi)少量聚集，繼而增多形成 CDC42高度集中區(qū)，酵母細胞出現(xiàn)極化，發(fā)生出芽增殖[4]。缺乏 CDC42酵母細胞將變得又大又圓，不表現(xiàn)極性化的特征，不再出芽增殖。

2.1? CDC42和細胞骨架

在上皮細胞的研究中，CDC42可以調(diào)節(jié)肌動蛋白重組、微管組裝、細胞器的定位。CDC42可通過效應(yīng)子Wiskott-Aldrich 綜合征蛋白（Wiskott- Aldrich syndrome protein， WASP）促進肌動蛋白分支以增加游離末端的數(shù)量，加速肌動蛋白的聚合[2，4]，同時肌動蛋白調(diào)節(jié) CDC42活性，確保對肌動蛋白活動的精確調(diào)控[2，5]。細胞極化以微管重組為特征， CDC42穩(wěn)定微管并為微管末端提供對接位置，調(diào)節(jié)胞質(zhì)連接相關(guān)蛋白（cytoplasmic linker? associated proteins， CLASPs）的位置[2，19]。CDC42通過細胞骨架動力學和直接相互作用調(diào)節(jié)細胞器的定位， CDC42調(diào)控肌動蛋白細絲促進細胞核的定位[2，20];CDC42定位于高爾基體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)控制細胞器的位置[2，21]。成牙本質(zhì)細胞突起包含微管、中間絲和肌動蛋白絲三種主要細胞骨架成分，但其分布與上皮細胞不同，尚無 CDC42在成牙本質(zhì)細胞骨架中的研究報道。

2.2? CDC42與細胞連接和極性復合體

上皮細胞的細胞連接建立過程需要多種極性復合體參與， CDC42在緊密連接的組裝和極性復合體的形成中發(fā)揮關(guān)鍵作用?；罨?CDC42和蛋白酶激活受體6（protease-artivated receptor 6， PAR6）組成 CDC42-PAR6復合體，激活非典型蛋白激酶 C（atypical protein kinase C，aPKC），使蛋白酶激活受體3（protease-artivated receptor 3， PAR3）磷酸化和 PAR3-PAR6-aPKC 復合物解離。PAR6-aPKC 復合體遷移到細胞頂膜， PAR3仍停留在緊密連接區(qū)，該過程驅(qū)動頂端信號蛋白的積累和緊密連接的構(gòu)建， GEF Dbl3發(fā)揮關(guān)鍵作用。Dbl3在緊密連接形成中激活 PAR3-PAR6-aPKC 復合體，促進 PAR3排出和頂膜分化，調(diào)節(jié)頂端結(jié)構(gòu)域的大小和緊密連接的位置[2，22]。CDC42 GEF 的 etc2和 tuba 也參與頂端極化，etc2在上皮極性最初建立過程中調(diào)節(jié) CDC42的活性并作用于 PAR3-PAR6-aPKC 復合物，特異性地調(diào)節(jié)黏附連接（adherens junctions， AJ）的 Ras 同源基因家族成員 A（Ras homolog gene family member A，RhoA）信號[2];tuba 被緊密連接蛋白1（zonula occludens-1， ZO-1）和毛細胞蛋白招募到緊密連接，通過與 N-WASP 結(jié)合來調(diào)節(jié)頂端肌動蛋白網(wǎng)絡(luò)，此外招募Rac 1（一種 Rho 蛋白）/Rich 1（一種 CDC42 GTP 酶激活蛋白）復合物，與 Crumbs （最早在黑腹果蠅中發(fā)現(xiàn)，該基因的突變會導致缺失或分散的角質(zhì)層，因此命名為“面包屑”）復合物和 PAR3結(jié)合，通過調(diào)控局部 CDC42活性維持緊密連接的穩(wěn)定性[2]。成牙本質(zhì)細胞的細胞連接包括橋粒（desmosome）、緊密連接（tight junction， TJ）、AJ 和間隙連接（gap junctions， GJ）， TJ 被證明是誘導上皮細胞極化的關(guān)鍵因素[4]，但它們在成牙本質(zhì)細胞中是連續(xù)性存在還是斑塊狀存在，是僅為屏障還是同時也是極化誘導因素[2，23-25]，這些仍需進一步研究，目前缺少關(guān)于 CDC42對成牙本質(zhì)細胞細胞連接作用的研究。

3 CDC42在牙源性細胞極化中的作用

CDC42參與成牙本質(zhì)細胞和成釉細胞分化及礦化基質(zhì)形成。分化成熟的成釉細胞和成牙本質(zhì)細胞均呈高柱狀的形態(tài)， CDC42表達于成釉細胞和成牙本質(zhì)細胞的分泌端，與成釉細胞和成牙本質(zhì)細胞的極性形成有關(guān)[4，18，26]。成牙本質(zhì)細胞呈典型的極性化特征和不對稱的頂端極性分泌，極性化分泌是牙本質(zhì)定向沉積的基礎(chǔ)， CDC42主要集中在成牙本質(zhì)細胞的胞質(zhì)和頂端胞膜部位，與成牙本質(zhì)細胞的牙源性礦化密切相關(guān)[18]。CDC42在小鼠牙胚成釉細胞中存在于胞膜和胞質(zhì)，在成釉細胞中抑制 CDC42的表達，釉原蛋白和釉蛋白表達升高，說明 CDC42可以調(diào)控小鼠成釉細胞釉基質(zhì)蛋白的表達[27];CDC42缺失導致成釉細胞形態(tài)改變以及釉基質(zhì)蛋白和蛋白酶的分泌改變，進而導致釉柱結(jié)構(gòu)的改變和牙齒發(fā)育不良[28]。小鼠 CDC42缺失導致成釉器發(fā)生囊性病變和細胞過度凋亡，細胞連接和細胞骨架都受到影響，上皮特異性 CDC42缺失通過減弱牙上皮中的Wnt/β-catenin 和 Shh 信號傳導，并在次級釉質(zhì)結(jié)中誘導異常的 Sox2表達干擾成釉細胞成熟與分化[29]。敲除 CDC42后，人牙髓干細胞遷移能力和黏附能力降低，同時 CDC42與牙髓干細胞中高爾基體的極化和細胞核的重定位也密切相關(guān)[30-31]。

4與CDC42相關(guān)的其他因素對成牙本質(zhì)細胞和成釉細胞極化的影響

核心結(jié)合因子蛋白2（Runx2）通過 CDC42調(diào)節(jié)成牙本質(zhì)細胞極化影響其成牙本質(zhì)方向分化。 Runx2屬于一種多功能轉(zhuǎn)錄因子，通過牙本質(zhì)涎磷蛋白（dentin sialophos-phoprotein， DSPP）啟動子驅(qū)動 Runx2過表達小鼠的成牙本質(zhì)細胞失去典型的細胞極性，牙本質(zhì)小管缺失[1，32]。Runx2在成牙本質(zhì)細胞極性化中抑制 CDC42的作用，在成牙本質(zhì)細胞分化早期促進 Par3表達，但在末期抑制其作用[32]，在成牙本質(zhì)細胞發(fā)育分化成熟過程中抑制 ZO-1的表達[32]。Runx2轉(zhuǎn)基因小鼠中 DSPP 和巢蛋白減少，成牙本質(zhì)細胞失去其特有的極化形態(tài)，細胞骨架相關(guān)蛋白-微管相關(guān)蛋白 tau （microtubule-associated protein tau， MAPT）存在于α-微管蛋白陽性的絲狀結(jié)構(gòu)周圍，是成牙本質(zhì)細胞終末分化標志物，在形態(tài)紊亂的 Runx2轉(zhuǎn)基因小鼠的成牙本質(zhì)細胞中，MART 基因的表達受到抑制[33]。特異性蛋白7（specific proteins， SP7）屬于含鋅指結(jié)構(gòu)的 SP1轉(zhuǎn)錄因子家族，是 Runx2的下游靶基因，SP7基因缺失小鼠會發(fā)生顱面畸形和牙槽骨缺失，但牙齒形態(tài)早期發(fā)育過程正常，在 SP7基因缺失小鼠切牙和磨牙中幾乎不表達成熟成牙本質(zhì)細胞和成釉細胞的標志物，SP7缺乏的外胚間充質(zhì)細胞會發(fā)生增殖抑制，牙齒畸形，前成牙本質(zhì)細胞和前成釉細胞隨機排列，研究表明 SP7促進成牙本質(zhì)細胞功能成熟和極化[34]。

5總結(jié)與展望

綜上所述，成牙本質(zhì)細胞和成釉細胞的細胞極化是有序形成牙本質(zhì)和釉質(zhì)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，是細胞發(fā)揮功能的前提條件。成牙本質(zhì)細胞的分化過程包括細胞生長、細胞伸長、細胞極化等步驟[24]，其中細胞極化是其分化過程中的重要一步，標志著細胞在形態(tài)和功能上的改變，確保牙本質(zhì)小管結(jié)構(gòu)的形成[15]。成釉細胞的極化是細胞分泌有機基質(zhì)和釉質(zhì)礦化的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。在釉質(zhì)形成過程中，成釉細胞的活動分為分泌前期、分泌期和成熟期。在分泌前期，成釉細胞的細胞極化改變是釉質(zhì)基質(zhì)有向分泌的前提條件。在成熟期，成釉細胞通過調(diào)節(jié)近遠中接觸區(qū)的細胞結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)釉質(zhì)礦化。因此，成牙本質(zhì)細胞和成釉細胞極化是牙齒發(fā)育的關(guān)鍵步驟。CDC42作為上皮細胞極化研究中的關(guān)鍵因子，在成牙本質(zhì)細胞極化和小管樣有序牙本質(zhì)形成中發(fā)揮重要作用，此外其在成釉細胞的極化、調(diào)控小鼠成釉細胞釉基質(zhì)蛋白和蛋白酶的表達、影響成釉細胞的形態(tài)和分化成熟以及釉質(zhì)的形成中也發(fā)揮重要作用，但是 CDC42對成牙本質(zhì)細胞和成釉細胞極化的具體作用及其分子機制仍需進一步研究。

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（收稿日期：2021-11-04）