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北京口腔医学 2024年第32卷第2期 Beijing Journal of Stomatology April 2024，Vol.32，No.2149细胞迁移在颅颌面发育中的作用研究进展郑小雨 杜娟【摘要】颅颌面的发育过程是胚胎发育中至关重要的一部分，涉及到若干生物学过程。神经嵴细胞与其分化形成的间充质细胞均与颅颌面的发育息息相关，而它们的迁移功能是发育进程必不可少的生物学功能之一。本文拟就细胞迁移在颅颌面形成过程中作用的研究现状进行综述，以进一步了解颅颌面发育中的生理过程及发育异常的发生机制。【关键词】细胞迁移；颅颌面发育【中图号】R781.3【文献标识码】A【DOI】10.20049/j.bjkqyx.1006-673X.2024.02.017细胞迁移在生物学和医学的许多领域都至关重要，包括胚胎发育、癌症的发展、伤口愈合及组织再生等1。胚胎发育是一个高度动态的过程，在此期间需要细胞的多种功能共同参与。颅颌面部的发育是胚胎发育中最重要的部分之一，而细胞迁移是其中必不可少的过程。尽管细胞可以作为个体迁移，但它们在发育过程中经常作为集体发生群体移动，以到达远处的部位或在形态发生期间形成复杂的器官形状2。颅颌面发育较为复杂，早期主要依赖于神经嵴细胞（neural crest cells，NCC）的迁移与分化。大多数颅颌面组织起源于神经嵴细胞，这是一种短暂的多能细胞群，一定程度上具有干细胞的特征，能够迁移到不同的鳃弓，最终分化成各种组织3。神经嵴细胞的迁移是一个漫长而复杂的过程，从上皮-间质转化开始，逐渐分层，继而着沿着确定的路线迁移到发育中胚胎的各个位置4。在这个过程中，神经嵴细胞发生广泛地迁移，并分化成颅颌面部的外胚间充质细胞，其迁移异常则会引起颅颌面部的发育异常。Wnt 平面细胞极性（Wnt/planar cell polarity，Wnt/PCP）、转化生长因子-（TGF-）、小 GTP 结合蛋白（Rho）/Rho 相关卷曲螺旋形成蛋白激酶（ROCK）等信号通路都与细胞迁移密切相关，并调控细胞的迁移。本文就细胞迁移涉及到的分子与相关信号通路，以及细胞迁移参与的颅面部、腭部、颌骨发育作一综述。细胞迁移涉及的重要分子与信号通路细胞的迁移运动涉及多个方面，包括细胞极性、细胞骨架重组和信号转导通路等，都是通过 Rho GTP 酶之间的相互作用进行协调5。Rho 家族是一类分子量在 2125 kDa 之间的具有 GTP 酶活性的三磷酸鸟苷结合蛋白。Rho 家族主要分为6 个亚类：Rho、Rac、Cdc42、Rhod、Rnd 以及 Rhoh。Rho 家族在细胞中起着分子开关的作用，由 GTP 酶激活蛋白（GAPs）调控其从具有活性的 Rho GTP 酶转化为非活性的 GDP 结合形式；而鸟嘌呤核苷酸交换因子（GEF）调控其从非活性的 GDP 结合形式转换到有活性的GTP结合形式6。当与GTP结合时，Rho 蛋白被激活，并与下游的目标蛋白相互作用，这些目标蛋白包括蛋白激酶、脂质修饰酶和 Arp2/3复合体的激活剂。在 Rho 家族中研究最为广泛的成员是 RhoA、Rac 1 和 Cdc427。RhoA 的功能是调节肌动蛋白-肌球蛋白微丝的形成，它调节细胞迁移过程中所需的细胞粘附结构的形成8。有研究表明，RhoA 激活引起 ROCK 的激活，肌动蛋白束组装形成应力纤维6。RhoA 和 Rac1 在调节突起中的细胞粘附和肌动蛋白聚合方面起相互协调作用9，而与 RhoA 高度同源的 RhoC 能够调控肿瘤细胞的迁移、侵袭能力10。Cdc42 是细胞极性和粘附的关键调节剂，在细胞中广泛表达并作为分子开关发挥作用，在活性与非活性状态之间循环。研究发现，条件性敲除 Cdc42 基因会引起小鼠腭裂、颅骨的骨化减少以及颅内出血11。Arp2/3 复合体是第一个被发现的重要肌动蛋白核因子，分子量为 220 kDa，几乎存在于所有真核生物中并高度保守12。WASP/SCAR/WAVE 家族是 Rac1 和 Cdc42 的下游效应基因，它们调节肌动蛋白 Arp2/3 复合物的成核作用，进一步促进细胞前缘的肌动蛋白聚合13。细胞通过延伸富含肌动蛋白的突起对收到的信号做出反基金项目：国家自然科学基金（81873706，82170912）作者单位：100050 北京 首都医科大学口腔医学院口腔医学研究所通信作者：杜娟，E-mail：，电话：[phone]北京口腔医学 2024年第32卷第2期 Beijing Journal of Stomatology April 2024，Vol.32，No.2150应，并形成粘附结构，以稳定前缘的突起。在这个过程中细胞发生收缩，将胞体向前拉，并通过释放细胞尾部的粘附结构使细胞向运动方向收缩14。肌球蛋白或 ROCK 的破坏影响肌球蛋白的收缩力，能够防止细胞内出现鼓泡现象并减少神经嵴细胞的迁移和上皮-间质转化（epithelial to mesenchymal transition，EMT）15。在细胞迁移过程中，还存在接触性抑制运动（CIL）。接触性抑制运动是指迁移细胞在与另一个细胞接触后停止运动并改变其运动方向，它在胚胎发育过程中与神经嵴细胞的集体定向迁移密切相关。而方向信息可以通过 CIL 在细胞与细胞接触处进行传递16。干扰 FGF 信号传导会导致在细胞簇的中心形成定向不良的突起，最终引起定向迁移受损，而这个现象可能与接触性抑制运动有关。颅面部发育早期的面部发育依赖于鳃弓的正常发育。神经嵴细胞在神经管旁向下迁移至表面外胚层下方。神经嵴细胞经过迁移与咽内胚层和非神经外胚层重组形成鳃弓，并沿咽部双侧生长17。神经嵴细胞的增殖和迁移能力有助于形成面部隆起。在发育过程中向大脑最前部迁移的细胞形成额鼻突。人类胎儿在 5 周结束时发育形成额鼻突，小鼠在胚胎 10.5天时形成额鼻突。与此同时，成对的上颌突和下颌突逐渐形成17。由于外胚层的内陷，额鼻突分裂形成一对内侧鼻突和一对外侧鼻突。扩张的鼻内侧部在中线合并形成原基，原基分化为鼻中部、人中、颌骨、原发腭及部分鼻中隔。上颌突和下颌突起源于第一鳃弓，成对的上颌突向彼此内侧伸展，并向鼻内侧突伸展。上颌突与鼻内侧突融合形成上唇18。颅神经嵴细胞完成迁移后，面部生长以区域生长中心为主分化形成组织。单个细胞的迁移和大规模的集体细胞运动是早期颅面部形态发生的重要方式。正常面部形态的进一步形成依赖于相互协调的集体细胞运动19。而颅面发育的关键特征之一是神经嵴细胞的形成。神经嵴细胞是多能胚胎细胞，形成脊椎动物的黑色素细胞、颅面骨（包括上下颌骨）和软骨以及脊椎动物的周围神经系统。神经嵴细胞表达许多钙粘蛋白，这些蛋白调控多个生物学过程，包括上皮-间充质转化、迁移以及间充质-上皮转化20。在神经嵴细胞迁移过程中，细胞形状的变化，以及亚细胞结构的维持（如丝状伪足和片状伪足）都依赖于 Rho家族成员的表达。Trio 是具有 2 个鸟嘌呤核苷酸交换因子（GEF）结构域和一个蛋白丝氨酸激酶结构域的三重功能结构域蛋白。在斑马鱼和小鼠模型中，敲低 Trio 基因的表达能够抑制神经嵴细胞的迁移，并影响神经嵴细胞衍生物的分化，导致颅面部生长缺陷及下颌后缩。研究表明，在这个过程中，Trio正向调节 Myh9 的表达，并直接与 Myh9 相互作用，共同调节神经嵴细胞的下游效应细胞。此外，研究人员提出敲低 Trio 或 Myh9 基因会抑制 Rac1 和Cdc42 的活性，进一步影响-连环蛋白的出核和神经嵴细胞的极化21。此外，Wnt/PCP 信号通路中的相关基因对外间充质极性的调控在面部发育的若干时间点中十分重要。Wnt/PCP突变体的细胞分裂几乎没有受到影响。但是，细胞分裂过程中子细胞分配方向的异常会导致多种病理现象，如面部比例变短变宽、腭裂的早期发生间充质形成异常、或者软骨细胞的定向错误和畸形引起的面部形态异常等22。腭部发育腭部作为一个屏障将口腔与鼻腔分隔开来，实现同时进行呼吸和进食的功能。腭的形成可以分为原发性和继发性过程，每个过程具有不同的胚胎起源，但均具有常见的细胞成分。原发腭来自于中鼻突的口腔侧，位于硬腭的前部，将形成前颌骨和上颌切牙。继发腭由前部的骨性硬腭和后部的软腭组成。主要是由来自神经嵴的间充质细胞和来自外胚层的上皮细胞形成了原发腭及继发腭。腭的发育处于较为早期的面部发育中，整个过程包括原发腭与继发腭的接触及融合、继发腭腭突的下降、升高、水平向生长、融合及部分骨化的过程23。面部和腭的形成涉及两个重要过程：联合与融合。联合包括间充质的增殖和迁移，填充两个相邻突起之间的空间。当两个被上皮覆盖的突起彼此接触并形成上皮带时发生融合，上皮带随后分解使间充质具有连续性24。细胞迁移是腭突融合的重要组成部分，并且在腭发育过程中有两种主动定向迁移：在腭后部，细胞向前方迁移；在腭前部，细胞向侧方迁移25。大量信号分子以及发育转录因子已被确定为调控细胞生长、增殖、迁移、凋亡和上皮间充质北京口腔医学 2024年第32卷第2期 Beijing Journal of Stomatology April 2024，Vol.32，No.2151转化相互作用的介质。已有研究表明，TGF-3 可引起细胞发生迁移或凋亡，使腭中线上皮带（palatal midline epithelial seam，MES）分解，最终发生腭融合26。Shaheen Ahmed 等发现，TGF-3 处理 48 h后，培养中的 MES 细胞开始进行迁移；但 60 h 后，细胞开始死亡并出现凋亡小体；72 h 后，凋亡细胞数量继续增加。当细胞的凋亡被泛 caspase 抑制剂所阻断时，MES 细胞保持迁移的状态。而当 MES细胞转化为迁移的状态后，将 TGF-3 阻断并未引起 MES 细胞转化为上皮细胞或是发生凋亡。这说明 TGF-3 信号引起 MES 细胞的迁移和凋亡，这两个过程连续发生且独立存在。高表达 E-钙粘蛋白的 MES 细胞在外源性 TGB-3 的存在下未显示出任何运动性，而用 GFP 空载体处理的对照细胞在外源性 TGB-3 的存在下具有明显的运动行为。TGF-3 的加入使 E-钙粘蛋白表达降低，可促进 MES 细胞迁移，这体现在 MES 细胞表达迁移相关蛋白，如波形蛋白、纤连蛋白和-平滑肌肌动蛋白27。来自唇腭裂患者的细胞与正常细胞相比，唇腭裂患者的细胞显示出缺乏极化及迁移能力显著下降。通过在镜下观察患者细胞，可以发现细胞周围有突起，但缺乏明确迁移方向的前缘。经肌动蛋白染色后可见患者细胞更圆，极性或方向性明显丧失。同样表现在细胞内的 WAVE2 和 Arp2 蛋白表达减少，这可能与 Rac1 激活的程度增加相关28。研究表明，通过使用胚胎肢芽间充质特异性敲除 Cdc42 基因的小鼠发现 Cdc42 在肢体发育过程中十分重要，且这些小鼠的腭突不能正常生长而出现腭裂11。颌骨发育早期发育过程中骨的形成通过两个过程进行：膜内成骨和软骨内骨化。颅神经嵴细胞从神经管迁移到颅骨前部，形成面部和前颅骨的部分骨骼和软骨。颅骨后部的软骨和骨骼来源于中胚层细胞。参与膜内成骨的颅神经嵴细胞衍生的细胞形成颅骨、面部、下颌骨和上颌骨的前部区域，中胚层来源的细胞通过软骨内骨化形成颅骨的后部区域29。研究表明，颅神经嵴细胞可能继续在鳃弓的周边区域移动，并且大部分细胞呈现未分化状态。而这些细胞将与中胚层、外胚层或内胚层细胞相互作用，在下颌骨的形成过程中分化。下颌骨原基的近端区域比远端区域具有更高的运动增殖能力，可能由于下颌骨近端原基是引导下颌骨形态发生的驱动力。其他区域的细胞更倾向于其分化后的细胞，而近端区域的细胞继续保持未分化状态，为下颌骨的生长提供条件。在随后的生长过程中，位于近端区域的髁突和下颌角作为生长中心，与下颌骨的延长密切相关30。在颅面发育过程中，Dlx2 在上颌突的上皮细胞及颅神经嵴细胞衍生的间充质中表达。Dlx2 通过调节颌面骨骼的分化和形态，在上颌原始细胞的发育中起着关键作用。缺失或过度表达 Dlx2 基因的小鼠均表现出严重的颅面畸形。Dlx2 发生突变将导致由颅神经嵴细胞衍生的骨骼组织畸形，这些骨骼组织起源于上颌区域和第二鳃弓。Dlx1 和 Dlx2 表达缺乏引起小鼠上颌骨的形成异常及腭裂31。综上所述，颅颌面部的发育与细胞迁移密切相关，而由迁移功能的异常引起颅颌面部发育无法正常进行，最终形成颅颌面部畸形。但在发育过程中细胞迁移的具体机制并未阐明，有待进一步研究。参 考 文 献 1 Friedl P,Wolf K.Plasticity of cell migration:a multiscale tuning model.J Cell Biol,2010,188(1):11-19.2 Reig G,Pulgar E,Concha ML.Cell migration:from tissue culture to embryos.Development,2014,141(10):1999-2013.3 Hackland JOS,Frith TJR,Thompson O,et al.Top-down inhibition of BMP signaling enables robust induction of hpscs into neural crest in fully defined,xeno-free conditions.Stem Cell Reports,2017,9(4):1043-1052.4 Ross AP,Zarbalis KS.The emerging roles of ribosome biogenesis in craniofacial development.Front Physiol,2014,5:26.5 Al-Dimassi S,Salloum G,Saykali B,et al.Targeting the MAP kinase pathway in astrocytoma cells using a recombinant anthrax lethal toxin as a way to inhibit cell motility and invasion.Int J Oncol,2016,48(5):1913-1920.6 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