PITX2基因变异导致Axenfeld-Rieger综合征牙齿、上颌发育缺陷的机制研究

Axenfeld-Rieger syndrome (with eye, tooth and maxilla developmental defect) has been related with PITX2 mutation. Although PITX2 regulates many organ genesis, its function in tooth and maxilla development remains unclear. In this study, the PITX2 mutation will be screened in patients with Axenfeld-Rieger syndrome, and its functional impact will be tested by luciferase assay. The inducible Pitx2 knock-out mouse will be generated to screen for Pitx2 downstream genes with RNA-seq. The target genes will be further investigated by immuno-staining and ChIP, and validated by functional tests, in which the positively- or-negatively manipulated downstream genes phenocopy or rescue the developmental defect. This study will help to identify the key mediators downstream of PITX2 in tooth and maxilla development, and facilitate targeted treatment for Axenfeld-Rieger syndrome and guided oral maxillofacial tissue engineering.

Axenfeld-Rieger综合征患者（有眼、牙、上颌等发育异常）可检出PITX2基因突变。PITX2调控多器官发育，但其在牙齿、上颌发育中的下游基因及调控机制尚不完全清楚。本研究拟先对Axenfeld-Rieger综合征患者筛查PITX2基因变异。再构建Pitx2诱导性基因敲除小鼠，观察牙齿、上颌发育缺陷；通过RNA测序、免疫荧光染色、染色质免疫沉淀等初步筛查牙齿、上颌发育中Pitx2下游基因；然后器官培养验证关键下游基因：先正向人为改变下游基因表达，模拟Pitx2敲除后功能障碍，重现发育缺陷；再反向改变下游基因，代偿Pitx2敲除后功能障碍，缓解发育缺陷。最后以荧光素酶报告基因实验证实检测到的突变PITX2对调控关键下游基因的影响。拟通过本研究了解PITX2基因在牙齿、上颌发育中的关键下游基因及调控机制，为针对性治疗Axenfeld-Rieger综合征、指导牙颌面组织工程提供参考。

PITX2基因变异会导致Axenfeld-Rieger综合征，患者有先天缺牙、上颌发育不足症状。但是PITX2导致缺牙的具体临床特征和相关致病机制并不清楚。本研究对大样本先天缺牙患者进行了高通量基因测序，结合传统sanger测序验证及家族共分离分析，一共发现了PITX2的4个新突变，包含2个错义突变、1个移码突变和1个染色体长片段缺失。通过蛋白结构分析、体外功能实验辅助确认了突变的致病性。汇总分析本课题组收集的8位患者和文献综述报道的10位PITX2突变患者，建立了目前最大的PITX2突变患者缺牙数据库，统计分析发现PITX2突变患者在上颌缺牙率（57.94%）显著高于下颌缺牙率（44.05%），缺牙率最高的位点是上颌侧切牙（83.33%）、上颌第二前磨牙（69.44%），缺牙率最低的位点是下颌第二磨牙（19.44%）和下颌第一磨牙（8.33%）。本研究证实，PITX2调控WNT、BMP信号通路。WNT和BMP通路重要基因WNT10A、BMP4、BMP2基因突变后，患者出现类似PITX2基因突变患者的表型，牙齿先天缺失、形态异常，上颌骨发育不足、上腭发育异常。此外，本研究还首次发现，BMP4、BMP2基因突变的患者，有骨密度降低表型。本研究为揭示PITX2调控牙齿、上颌发育的机制提供了重要临床证据和实验基础，拓宽了人类发育畸形的表型谱和基因变异谱，为后续基因型-表现型分析和组织工程重组牙胚实现牙齿和牙槽骨原位再生提供了基础。