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口腔颌面外科杂志 2023 年 10 月 第 33 卷 第 5 期Journal of Oral and Maxillofacial Surgery Vol.33 No.5 October,2023 336 Prrx1在骨发育和骨改建中作用的研究进展冯曦，王佐林（同济大学口腔医学院，同济大学附属口腔医院口腔种植科，上海牙组织修复与再生工程技术研究中心，上海200072）摘要 转录因子配对相关同源框 1（paired related homeobox 1，Prrx1）作为一种间充质细胞的标志物，不仅参与胚胎时期的骨发育过程，亦在机体成年后骨稳态的调节与损伤后的修复过程中发挥作用。Prrx1+细胞是间充质细胞的一种亚群，作为成骨的前体细胞参与骨骼的发育与形成。本文对 Prrx1 及 Prrx1+细胞在骨发育及骨改建中的作用及影响进行综述。关键词配对相关同源框 1；Prrx1+细胞；骨发育；骨改建中图分类号 R782 文献标志码 ADOI：10.12439/kqhm.1005-4979.2023.05.010Recent advances of the role of Prrx1 in bone development and bone remodelingFENG Xi,WANG Zuolin(Department of Implantology,Stomatological Hospital and Dental School of Tongji University,Shanghai Engineering Research Center of Tooth Restoration and Regeneration,Shanghai 200072,China)AbstractAs a marker of mesenchymal cells,the transcription factor paired related homeobox 1(Prrx1)not only participates in the bone development process during the embryonic period,but also plays a role in the adjustment of the bodys bone homeostasis and the repair process after injury in adulthood.Prrx1+cells are a subpopulation of the bodys mesenchymal cells,which are believed to be involved in the development and formation of long bones and skulls as osteogenic precursor cells.This article reviews the role and influence of Prrx1 and Prrx1+cells in bone development and bone remodeling.Keywordspaired related homeobox 1;Prrx1+cells;bone development;bone remodeling收稿日期：2022-02-21接受日期：2022-04-27基金项目：国家自然科学基金(81670962)；国家重点研发计划(2018YFE0202200)；中央高校基本业务费专项基金(22120180196)作者简介：冯曦，硕士研究生.E-mail:通信作者：王佐林，教授.E-mail:综述配对相关同源框 1（Prrx1）是一种在肢芽形成和颅颌面发育过程中高度表达的转录因子1。在胚胎发育的第 9 天（E9.0），早期的肢芽间充质中开始表达 Prrx1。这些细胞在 E16.5 时分化为软骨细胞、软骨膜细胞、骨膜细胞、成骨细胞及成纤维细胞、肌腱细胞、滑膜细胞2。Prrx1 的出现早于性别决定区域 Y 相关的高迁移率族框 9（SRY-box transcription factor 9，Sox9）（E10.0），Sox9 只表达于肢芽间充质细胞的一种亚群。谱系示踪表明，表达 Sox9 的骨软骨祖细胞是由表达 Prrx1 的肢芽间充质细胞分化而来的。因此，在肢芽发育过程中，所有的间充质细胞亚群均由表达 Prrx1 的肢芽间充质细胞分化而来3。人的 Prrx1 基因突变会导致 agnathia-otocephaly综合征，该综合征表现为几种骨骼异常，包括下颌骨发育不良、畸形足、肋骨和骶骨结构异常4。Martin 等5发现，敲除 Prrx1 基因的杂合子小鼠表现为颅颌面、四肢和脊柱结构形态异常，出生后上颌骨双侧出现腭裂，成软骨和成骨的前体细胞形成和生长出现缺陷。这些证据表明在胚胎发育期间，颌骨和长骨的成骨过程受 Prrx1 因子的调控。Prrx1 不仅参与早期的骨骼发育过程，在成年个体骨折损伤时亦有表达6。Esposito 等7发现，成年小鼠骨折后，Prrx1 因子的 mRNA 水平迅速升高，在骨折后第 7 天达到峰值，第 10、21 天逐渐减少。此外，Prrx1 的表达模式受骨形态发生蛋白 2（bone morphogenetic protein 2，BMP2）和趋化因子 CXC 配体 12（C-X-C motif chemokine ligand 12，CXCL12）调节。他们发现，骨折后损伤部位 BMP2 水平升高，导致 CXCL12 表达下调，进而引起 Prrx1 表达降低，口腔颌面外科杂志 2023 年 10 月 第 33 卷 第 5 期Journal of Oral and Maxillofacial Surgery Vol.33 No.5 October,2023 337 使得间充质干细胞分化为成骨细胞和成软骨细胞，发生软骨内成骨，进而参与骨痂的形成与改建。表达 Prrx1 的细胞及子代细胞在骨稳态的维持和骨折后的修复中具有重要作用8。体外实验发现，从长骨或颅骨骨膜中分离的 Prrx1+细胞可诱导分化为成骨细胞、成软骨细胞9和脂肪细胞10，证明骨膜来源的 Prrx1+细胞具有干细胞的特征，Prrx1可作为一种间充质干细胞的特异性标志物。因此，研究者对间充质干细胞群体中 Prrx1 标记的这一类细胞展开了广泛的研究。Takarada 等11借助 Cre-LoxP 重组酶系统观察和比较了 Prrx1+细胞和 Nestin+（另一种间充质干细胞标志物12）细胞在新生小鼠颅骨中的分布。结果显示，Prrx1+细胞广泛分布于颅骨，包括颅缝间充质、骨板表面等，且在新生小鼠的颅骨上，几乎所有的成骨细胞都来源于 Prrx1+细胞。虽然 Nestin+细胞在颅骨上也有分布，但在出生后的第 1 天和第10 天未观察到 Nestin+细胞分化为成骨细胞。同样是以膜内成骨方式形成的骨，Prrx1+细胞在额骨与颅盖骨上的分布却不同，这两种骨的矿化程度亦存在差异。最后，作者进行了细胞谱系追踪，发现Prrx1+Sca1+的间充质干细胞可分化为 Prrx1+Sca1-细胞，后者分化为 Osx+Prrx1-Sca1-成骨前体细胞，最后形成表达成熟 1（）胶原的成骨细胞，从细胞命运的角度揭示了膜内成骨的细胞来源与转归。另一项研究8发现，在成年小鼠的颅骨中，Prrx1+细胞仅分散地分布于颅缝中，数量随着年龄增长而减少。通过将荧光标记的 Prrx1+细胞移植到野生型小鼠的颅骨缺损中，发现缺损处新生的骨中带有绿色荧光，证实了 Prrx1+细胞参与颅骨再生，有助于颅骨缺损的修复。体外实验13表明，在适当的刺激下，Prrx1+细胞可以从静止状态激活，分化为成骨细胞。Zhao 等14同样证实颅骨中的 Prrx1+细胞特异性分布于颅缝的间充质中，具有骨骼干细胞的特性。Prrx1+细胞在长骨的生长发育和损伤后的修复中同样发挥着作用15。Ouyang 等16用型胶原蛋白 1（collagen type1 chain，Col11）标记成骨细胞，Prrx1 标记成骨、成软骨祖细胞。他们发现，在长骨的骨膜中，Col11+成骨细胞分布在骨膜内层，排列在骨表面，而 Prrx1+细胞则位于 Col11+成骨细胞的外侧。此外，Col11+细胞缺乏软骨形成潜能，而 Prrx1+细胞同时具有成软骨和成骨潜能。骨折时，分布在骨膜中的 Prrx1+细胞被激活，分化为成骨细胞和软骨细胞17，形成骨痂6。骨折修复的早期阶段（骨折后 7 d），在骨膜、骨内膜内侧靠近骨折线处可检测到 Prrx1+细胞。软骨骨痂内没有Prrx1+细胞，但可观察到类似肥大软骨细胞的 Prrx1+细胞的子代细胞，表明 Prrx1+细胞在骨痂形成过程中分化为软骨细胞与骨细胞，但是在分化过程中失去了 Prrx1 的表达。骨折后 14 d，Prrx1+细胞分布在骨-软骨骨痂的周围区域。综上所述，骨折引起Prrx1+细胞数量增加，促进软骨和骨痂形成。Prrx1+细胞对正常骨折愈合过程的启动是必不可少的7。同时，Prrx1+细胞亦是机械应力刺激下机体的成骨来源，破坏 Prrx1+细胞的初级纤毛会导致矿物质沉积和骨形成率分别下降 53%和 34%，但不影响成骨细胞向骨表面的募集。因此，这种细胞群体参与应力诱导下的骨形成18。此外，Prrx1+细胞还参与小鼠的牙周再生。Bassir 等19发现，Prrx1+细胞在小鼠磨牙和切牙的牙周膜中均有分布。由于小鼠的切牙可以在其整个生命过程中不断萌出20，这种持续的萌出过程需要牙周膜不断重塑21。小鼠切牙牙周膜中 Prrx1+细胞的高度丰富表明这些细胞可能在切牙牙周膜的连续重塑和再生中起关键作用。他们通过基因同源重组技术特异性剔除小鼠体内表达 Prrx1 的细胞，发现 Prrx1+细胞参与小鼠出生后牙周组织的形成与再生。对人牙周膜干细胞样品的基因表达分析显示，在人的牙周膜中亦存在 Prrx1 的高度表达。目前对于 Prrx1+细胞的研究多集中于通过对该细胞中特异性敲除或过表达某个靶基因，以观察特定基因在肢体长骨或颅骨的形成和创伤后愈合中的作用3，22-23。Seo 等22通过 Prrx1-Cre、TGFBR2f/f 小鼠研究转化生长因子-（transforming growth factor-，TGF-）及其受体 TGFBR2 在肢体发育中的作用。在 Prrx1+细胞中敲除 TGFBR2 导致小鼠四肢变短、骨髓腔变小、趾关节融合，从而证明 TGFBR2是骨骼正常生长发育所必需的，且 TGFBR2 可以限制间充质细胞形成软骨。Wang 等23发现在 Prrx1+间充质细胞中过表达沉默信息调节因子 1（silent information regulator 1，Sirt1）会导致小鼠牙槽骨的骨量增多，Sirt1 通过诱导 Bmi1 去乙酰化和核易位促进间充质干细胞增殖和分化为成骨细胞。Fan等24发现，在Prrx1+细胞中条件性地敲除甲口腔颌面外科杂志 2023 年 10 月 第 33 卷 第 5 期Journal of Oral and Maxillofacial Surgery Vol.33 No.5 October,2023 338 状旁腺激素受体1（parathyroid hormone 1 receptor，PTH1R）基因会导致骨髓间充质干细胞向脂肪细胞分化，从而得出结论：甲状旁腺激素（parathyroid hormone，PTH）可调节骨和骨髓中间充质干细胞的命运，骨髓中的脂肪细胞受 PTH 调节，具有与机体其他部位脂肪细胞不同的起源和特性，这是小鼠和特发性骨质疏松患者 PTH 治疗后骨髓脂肪减少的根本原因。综上所述，转录因子 Prrx1 和 Prrx1+细胞对于骨的早期发育和机体成年后的骨改建和骨修复过程具有重要意义。参考文献：1 Martin JF,Olson EN.Identification of a prx1 limb enhancerJ.Genesis,2000,26(4):225-229.2 Akiyama H,Kim JE,Nakashima K,et al.Osteo-chondro-progenitor cells are derived from Sox9 expressing precur-sorsJ.Proc Natl Acad Sci U S A,2005,102(41):14665-14670.3 Logan M,Martin JF,Nagy A,et al.Expression of Cre Recombinase in the developing mouse limb bud driven by a Prxl enhancerJ.Genesis,2002,33(2):77-80.4 Schiffer C,Tariverdian G,Schiesser M,et al.Agnathia-oto-cephaly complex:Report of three cases with involvement of two different Carnegie stagesJ.Am J Med Genet,2002,112(2):203-208.5 Martin JF,Bradley A,Olson EN.The paired-like homeo box gene MHox is required for early events of skeletogenesis in multiple lineagesJ.Genes Dev,1995,9(10):1237-1249.6 Murao H,Yamamoto K,Matsuda S,et al.Periosteal cells are a major source of soft callus in bone fractureJ.J Bone Miner 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