医学论文论Runx2及其在骨组织工程中的应用

　　创伤、肿瘤等引起的巨大骨缺损一直是骨科临床难题，普通骨材料在修复巨大骨缺损时往往产生延迟愈合，甚至骨不连等问题。因此，发展具有良好成骨作用的骨组织材料是骨组织工程研究的重要课题。转录因子Runx2在成骨分化中起着重要作用。为骨组织工程研究开辟了新的突破方向。结构特点与分型Runx基因因与果蝇Runt基因高度同源而得名。

　　Runx是一类高效转录因子，有核心结合因子(Cbf)a、多瘤病毒增强结合蛋白(PEBP)2a、急性髓细胞性白血病(AML)因子等多种别名。Runx家族成员主要包括Runxl、Runx2、Runx3三型，在人体生长发育及肿瘤发生等方面均具有重要作用。

　　Runx2为Runt相关因子2，又称Cbfal，是具有成骨分化作用的转录因子。Runx2基因定位于人类常染色体的6p21，长约220 kb。Runx2具有与Runx家族相似的、由128个氨基酸组成的保守结构域，包括3个转录激活域(AD)，1个抑制域(RD)，1个短的Myc相关核定位信号(NI)及2个启动子。Runx2蛋白c端富于丝氨酸、脯氨酸和苏氨酸，通过C末端区域与其他转录因子、协同因子、共抑制因子如Smads蛋白、Yes相关蛋白、Groucho／TLE蛋白等作用，从而激活或阻遏相关基因表达L3]。

　　Runx2可与Cbf8结合形成二聚体，通过别构调节增强与DNA结合的能力，还可以保护自身不被泛素一蛋白酶系统降解 。

　　Runx2因不同的N-末端序列分为3种亚型。Runx2I型(Cbfal／org)以MRIPVD为起始氨基酸序列，Runx2II型(Cbfal／iso)以MASNSI 为起始氨基酸序列，Runx2Ⅲ型(Cbfal／Osf2)以MLHSPH为起始氨基酸序列。目前在人类中只发现Runx2I型和Ⅱ型，分别由Runx2基因的2个启动子控制。研究发现，Runx2I型主要在成骨细胞早期增殖过程中起作用，Runx21型则在后期成骨阶段对成骨细胞成熟发挥重要作用；Runx2I型还可在未分化的骨髓问充质干细胞(BMSc)、前成骨细胞和前软骨细胞中表达。

　　2 表达调控与作用Runx2在成骨分化信号转导通路中起核心作用，其他成骨作用因子可与Runx2相互作用促进成骨分化 。

　　成骨分化调节过程中有多种活性因子直接参与成骨分化，如骨形态发生蛋白(BMP)一2、BMP_4、BMP-7、转化生长因子(TGF)一J31、TGF-J32、胰岛素样生长因子(IGF)1等。

　　这些上游因子与Runx2相互作用，通过不同的信号转导通路使Runx2基因表达上调，或使Runx2蛋白磷酸化，调节其活性和功能，从而进一步调节BMSC成骨分化。细胞外基质(ECM)可激活成骨细胞丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)／N胞外信号调节激酶(ERK)激酶(MEK)／ERK信号转导通路，ERK1可上调骨钙素及Runx2表达，并促使Runx2蛋白磷酸化，促进成骨作用；成纤维细胞生长因子(FGF)通过MAPK信号通路使Runx2磷酸化水平明显增高；力学信号刺激MAPK信号通路，利用整合素将力学信号转化为生物学信号，激活ERK2和c-Jun氨基末端激酶(JNK)1，进而使Runx2表达水平增高；甲状旁腺素(PTH)与甲状旁腺素受体(PTHR)结合后激活蛋白激酶A与蛋白激酶c信号通路，调节Runx2蛋白活性；BMP可激活Smadl、Smad5、Smad8并与Smad4形成复合物，从而激活目标基因并促进其表达，通过其远端P1启动子和近端P2启动子启动Runx2基因表达。

　　另一部分活性因子可通过与Runx2相互作用抑制细胞的成骨作用。组蛋白去乙酰化酶(HDAC)的作用是负向调节Runx2功能的非常重要的机制之一。HDAC3通过与Runx2因子的相互作用抑制骨钙素启动子表达，HDACA通过抑制Runx2转录活性抑制软骨细胞肥大，HDAC5通过对Runx2蛋白赖氨酸残基的脱乙酰作用抑制Runx2活性，HDAC6通过与羧基端结合抑制Runx2活性。此外，有研究 ” 发现HDAC7通过独立的脱乙酰机制调节其活性。Hu等 们经曲古抑菌素A(TSA)抑制HDAC活性研究发现，笔耕文化推荐期刊，Runx2在脂肪源性干细胞(ADSC)中表达明显增加，从而提高ADSC成骨潜能；进一步证实HDAC负向调节作用。Shui等经小鼠模型研究发现，Runx2表达过量时其活性并没有对应增强，而骨形成受损，提示Runx2功能调节可能存在多重水平，包括microRNA对其调控。Hu等 副研究证实，miR-3960通过miR-2861反馈调节对成骨分化进行调节，而miR-2861可通过对HDAC作用上调Runx2表达。Twist1蛋白可在成骨分化期间通过与Runt结构域相互作用影响Runx2基因表达，从而下调成骨活性。

　　Runx2的主要作用是诱导BMSC向成骨细胞分化，并使成骨细胞成熟。尽管有多种因子共同作用于骨形成，但Runx2被认为最主要的成骨细胞特异性转录因子。Runx2能够上调BMSC、前成骨细胞、成骨细胞中各相关基因的转录、翻译，并最终使其定向分化。

　　Enomoto等经目的基因敲除研究发现，Runx2小鼠不能有效地分化出成骨细胞，因而未能发生膜内和软骨内骨化成骨；表明Runx2缺失阻止了成骨细胞分化而表现出完全的骨化不能。BMP-2在骨和软骨分化、成熟过程中具有明确的促进骨愈合作用。BMP-2在激活Smads蛋白后，通过其远端P1启动子和近端P2启动子启动Runx2基因表达 ]。Xiao等 研究发现，Runx2 颅骨细胞中即使有B 一2存在，体内外成骨细胞仍然不能进行正常分化；由此推论，Runx2是BMP-2促成骨细胞分化所必需的细胞因子。

　　RunX2在促进成骨分化的同时，却抑制成熟的成骨细胞向骨细胞进一步分化。Liu等在小鼠体内体外实验研究中意外发现，利用转基因技术使Runx2高表达时小鼠因骨质脆弱发生多发骨折；组织学研究显示，小鼠骨质内虽有新生成骨细胞增多，骨钙素、骨桥蛋白等分泌蛋白增多，但成熟骨细胞并没有相应增多，且伴有矿化不足，同时破骨细胞数量随成骨细胞增多而增多；该研究提示，Runx2对成熟骨细胞分化至骨细胞起着抑制作用，而过量表达Runx2时破骨细胞作用将会超过成骨细胞作用，致使成骨功能失衡。

　　Runx2具有促软骨细胞分化、成熟的功能。Inada等研究发现，Runx2基因表达随软骨细胞成熟而增加，在终末肥大软骨细胞中的表达量很大。Take等研究发现，Runx2在小鼠受孕10．5 d时便开始在侧板中胚层和将要发育成肢体的间充质细胞聚集区开始表达，并持续进行；Runx2在前肥大软骨细胞和成骨细胞区表达较高；Runx2表达随着软骨细胞成熟、软骨内骨化完成而逐渐下降，至出生时基本检测不到。上述研究结果均提示，Runx2在软骨生成和软骨骨化中有正性作用。