周晨凌均棨.中山大學(xué)光華口腔醫(yī)學(xué)院?附屬口腔醫(yī)院正畸科 廣東省口腔醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廣州 50055；.中山大學(xué)光華口腔醫(yī)學(xué)院?附屬口腔醫(yī)院牙體牙髓病科 廣東省口腔醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廣州 50055

?

表觀遺傳在牙發(fā)生和牙再生中的作用及意義

周晨1凌均棨2
1.中山大學(xué)光華口腔醫(yī)學(xué)院?附屬口腔醫(yī)院正畸科 廣東省口腔醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廣州 510055；
2.中山大學(xué)光華口腔醫(yī)學(xué)院?附屬口腔醫(yī)院牙體牙髓病科 廣東省口腔醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廣州 510055

［摘要］表觀遺傳是指DNA序列不發(fā)生變化，基因表達(dá)卻發(fā)生了可遺傳改變的一種遺傳方式，主要涉及DNA甲基化和組蛋白的不同翻譯后修飾，決定了特定的基因表達(dá)形式。DNA甲基化常引起基因表達(dá)抑制，而脫甲基化則引起基因表達(dá)開(kāi)放。組蛋白有眾多的共價(jià)修飾形式，根據(jù)修飾的種類、位點(diǎn)及個(gè)數(shù)的不同，引起基因沉默或激活。表觀遺傳修飾是細(xì)胞定向分化和重編程中基因特異性表達(dá)的重要調(diào)控方式，在機(jī)體發(fā)生中扮演著重要的角色。在牙發(fā)生過(guò)程中，表觀遺傳與傳統(tǒng)的基因表達(dá)調(diào)控協(xié)同，調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化和遷移相關(guān)基因的時(shí)空表達(dá)，最后導(dǎo)致牙的形成。詮釋牙發(fā)生過(guò)程中的表觀遺傳調(diào)控機(jī)制，無(wú)疑可為牙再生提供關(guān)鍵的線索和思路。

［關(guān)鍵詞］牙發(fā)育；基因表達(dá)調(diào)控；表觀遺傳；牙再生

牙發(fā)育主要分為牙板形成、蕾狀期、帽狀期和鐘狀期等過(guò)程［1］。其細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)是牙源性上皮組織與外胚間質(zhì)組織序貫性的相互作用誘發(fā)細(xì)胞增殖、遷移及定向分化，激發(fā)相關(guān)的發(fā)生生物學(xué)過(guò)程并導(dǎo)致牙的形成；其分子基礎(chǔ)是上皮與外胚間質(zhì)組織通過(guò)細(xì)胞—細(xì)胞間相互作用、細(xì)胞—細(xì)胞外基質(zhì)相互作用以及分泌的生長(zhǎng)因子，相互之間進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，引起牙發(fā)生相關(guān)基因的時(shí)空精確表達(dá)［2-3］。研究［4-5］顯示，有成百上千種基因在牙發(fā)生的各個(gè)時(shí)期特異性表達(dá)，探討牙相關(guān)基因的這種時(shí)空表達(dá)規(guī)律及其調(diào)控因素，對(duì)研究牙發(fā)生的基礎(chǔ)理論和探討牙再生具有重要的理論意義和臨床價(jià)值。

與其他器官的發(fā)生過(guò)程類似，牙發(fā)生過(guò)程中基因時(shí)空特異性表達(dá)同樣受到精確的調(diào)控，具體涵蓋從DNA轉(zhuǎn)錄起始到蛋白質(zhì)降解的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括DNA甲基化和組蛋白修飾水平的表觀調(diào)控，轉(zhuǎn)錄因子介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，牙發(fā)生在RNA水平的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)，翻譯后修飾及蛋白質(zhì)降解［6-7］。表觀遺傳系指在DNA序列不發(fā)生改變的情況下，生物的表型或基因表達(dá)發(fā)生了穩(wěn)定的可遺傳變化。即指親代細(xì)胞在有絲分裂時(shí)，有能力把自己的一整套基因信息傳遞給子代細(xì)胞，主要包括DNA甲基化和組蛋白共價(jià)修飾［8-9］。這種DNA的甲基化修飾和組蛋白的共價(jià)修飾決定了特定的基因表達(dá)形式。其中，DNA甲基化常引起基因表達(dá)抑制，而脫甲基化則引起基因表達(dá)開(kāi)放。與DNA甲基化修飾不同，組蛋白有著眾多的共價(jià)修飾形式，包括甲基化、乙酰化、泛素化和磷酸化等。根據(jù)修飾的種類和位點(diǎn)以及修飾的個(gè)數(shù)不同，這些修飾或者引起基因沉默，或者引起基因激活［10］。表觀遺傳修飾是細(xì)胞定向分化和重編程中基因特異性表達(dá)的重要調(diào)控方式，在機(jī)體發(fā)生中扮演著重要的角色。在牙發(fā)生過(guò)程中，表觀遺傳修飾同樣是牙不同細(xì)胞定向分化的分子基礎(chǔ)。目前，表觀遺傳相關(guān)基因在牙發(fā)生中的時(shí)空表達(dá)和功能研究仍處于起步階段。

1　DNA甲基化和脫甲基化及羥甲基化與基因表達(dá)調(diào)控

DNA甲基化是一種常見(jiàn)的表觀遺傳修飾，是以S-腺苷甲硫氨酸作為甲基供體，由DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNA methyl transferase，DNMT）催化的反應(yīng)。DNA甲基化修飾包括將腺嘌呤轉(zhuǎn)變?yōu)镹-甲基腺嘌呤，將胞嘧啶轉(zhuǎn)變?yōu)镹-甲基胞嘧啶，將胞嘧啶轉(zhuǎn)變?yōu)镃-甲基胞嘧啶。原核生物中這3種類型均存在，但在高等真核生物中只存在第3種類型，即5-甲基胞嘧啶（5-methylcytosine，5-mC）［11-12］。CpG二核苷酸是真核細(xì)胞基因組DNA最主要的甲基化位點(diǎn)，它在基因組中呈不均勻分布。在某些區(qū)域中，CpG的出現(xiàn)率持平或高于正常，這些區(qū)域被稱作CpG島。CpG島主要位于基因的啟動(dòng)子和第一外顯子，在基因組中約有60%以上基因的啟動(dòng)子區(qū)含有CpG島［13］，其甲基化修飾是該基因表達(dá)最重要的調(diào)控方式之一。

甲基化通常旨在抑制目的基因表達(dá)，然而脫甲基化則是基因表達(dá)的前提。DNA甲基化所致相關(guān)基因沉默的機(jī)制之一是甲基化胞嘧啶結(jié)合蛋白（methylcytosine binding protein，MeCP）與甲基化DNA結(jié)合并形成復(fù)合物，該復(fù)合物誘導(dǎo)染色質(zhì)組蛋白脫乙酰酶，進(jìn)而導(dǎo)致染色質(zhì)構(gòu)象改變，阻礙轉(zhuǎn)錄因子與DNA結(jié)合，最終抑制基因轉(zhuǎn)錄。DNA的甲基化狀態(tài)同時(shí)對(duì)染色體的結(jié)構(gòu)維持、X染色體失活、基因印記至關(guān)重要，在胚胎發(fā)生、健康細(xì)胞功能維持中發(fā)揮著重要的作用，其異常則會(huì)導(dǎo)致疾病的發(fā)生［14］。

甲基化模式有兩種：一是維持性甲基化，指在細(xì)胞分裂過(guò)程中，根據(jù)親本鏈上特異的甲基化位點(diǎn)在新生鏈相應(yīng)位置上進(jìn)行甲基化修飾（維持性甲基化由DNMT1和DNMT2完成）；二是從頭甲基化（de novo methylation），即催化未甲基化的CpG位點(diǎn)甲基化，主要由甲基化轉(zhuǎn)移酶DNMT3A 和DNMT3B催化完成［15］。

DNA的脫甲基化狀態(tài)始終處于動(dòng)態(tài)調(diào)控中，但是在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，未能發(fā)現(xiàn)催化DNA脫甲基化的酶，人們一直認(rèn)為，脫甲基化只能通過(guò)阻止新生DNA鏈發(fā)生DNA甲基化而達(dá)到被動(dòng)的脫甲基化。研究［16-17］顯示，生長(zhǎng)撲捉和DNA損傷誘導(dǎo)蛋白質(zhì)（growth arrest and DNA damage inducible protein，GADD）45A可通過(guò)DNA損傷修復(fù)的機(jī)制來(lái)去除5-mC的甲基化，從而拉開(kāi)DNA主動(dòng)脫甲基化的序幕；然而該現(xiàn)象也頗受質(zhì)疑，Jin等［18］認(rèn)為，GADD45A可能不參與DNA的脫甲基化。近年來(lái)，染色體10易位到11蛋白（ten-eleven translocation，TET）1的發(fā)現(xiàn)將脫甲基化研究推向新的熱點(diǎn)。TET1可羥基化5-mC，而羥甲基化可能在DNA脫甲基化過(guò)程中扮演重要的角色。在Dnmt1或Np95/Uhrf1基因敲除小鼠的胚胎干細(xì)胞（embryonic stem，ES）中，5-羥甲基胞嘧啶（5-hydroxymethylcytosine，5-hmC）質(zhì)量明顯少于野生型小鼠ES細(xì)胞，而在Dnmt1、Dnmt3a和Dnmt3b三種基因同時(shí)敲除的小鼠ES細(xì)胞中，5-hmC幾乎全部消失，即5-hmC來(lái)源于之前存在的5-mC［19-23］。過(guò)表達(dá)TET1則可將某些5-mC轉(zhuǎn)化為5-hmC或普通的胞嘧啶；脂蛋白B mRNA編輯酶催化多肽1可增強(qiáng)該脫甲基化過(guò)程［24］。除TET1外，TET2和TET3皆具有相似的功能（表1）。

表1　DNA甲基化/羥甲基化修飾相關(guān)的酶及識(shí)別DNA甲基化的轉(zhuǎn)錄調(diào)控相關(guān)基因Tab1　DNA methylation/hydroxymethylation related enzymes and transcriptional regulating genes that recognize methylated DNA

2　組蛋白修飾與基因表達(dá)

核小體是染色質(zhì)的基本組成單位，每個(gè)核小體由146 bp的DNA圍繞組蛋白八聚體形成。組蛋白八聚體由各兩個(gè)分子的H2A、H2B、H3和H4四種組蛋白構(gòu)成。組蛋白與細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)DNA密切結(jié)合，控制染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響基因的表達(dá)。組蛋白翻譯后修飾所引起的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)重塑在真核生物基因表達(dá)調(diào)控中發(fā)揮著重要的作用，是表觀遺傳的另一重要方式［25］。

組蛋白存在多種共價(jià)修飾，例如乙?；?、甲基化、磷酸化和泛素化等，其中乙?；芯康米钤缫彩腔蜣D(zhuǎn)錄調(diào)控最重要的機(jī)制之一［26］。組蛋白乙酰化狀態(tài)主要由組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（histone acetyltransferase，HAT）和組蛋白脫乙酰酶（histone deacetylase，HDAC）催化完成［27］。HAT通過(guò)催化組蛋白N端賴氨酸殘基乙?；?，疏水的乙?；菇M蛋白-DNA之間的靜電吸引降低且空間位阻增大，相互作用減弱，進(jìn)一步導(dǎo)致染色質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，進(jìn)而使DNA容易與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，有利于基因轉(zhuǎn)錄；反之，HDAC是乙?；慕M蛋白脫乙酰酶，促使帶正電的組蛋白與帶負(fù)電的DNA緊密結(jié)合，染色質(zhì)呈致密結(jié)構(gòu)，抑制轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合，導(dǎo)致基因轉(zhuǎn)錄阻遏。

組蛋白甲基化和脫甲基化是組蛋白修飾的另一種重要形式，在基因表達(dá)調(diào)控中同樣扮演著重要的角色［28］。組蛋白甲基化主要是指賴氨酸（K）殘基和精氨酸殘基的甲基化，該修飾在異染色質(zhì)的形成、X染色體的失活和轉(zhuǎn)錄調(diào)控等許多生物學(xué)過(guò)程中都發(fā)揮了重要的作用，是細(xì)胞增殖、分化與器官發(fā)生重要的調(diào)控環(huán)節(jié)，其異常會(huì)導(dǎo)致異?；蚰[瘤等疾病。組蛋白賴氨酸的甲基化是迄今為止研究得最為充分也是最復(fù)雜的甲基化修飾，主要包括組蛋白H3的K4、K9、K27、K36和K79和組蛋白H4的K20的甲基化。組蛋白的甲基化都是由組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶完成的。截至目前，數(shù)十種組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶相繼得以發(fā)現(xiàn)。SUV39蛋白是最早被發(fā)現(xiàn)的組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶，可直接作用于組蛋白H3的第9位賴氨酸，使之甲基化［29］。SUV39蛋白上高度保守的SET結(jié)構(gòu)域?yàn)槠浯呋Y(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域得名于參與果蠅表型遺傳的3個(gè)基因Su（var）3～9、Ez（Enhanccr zcstc）和Trithorax。除了蛋白H3K79甲基轉(zhuǎn)移酶端粒沉默擾亂子（dis-ruptor of telomeric silencing，DOT）1外，其他組蛋白賴氨酸甲基化酶都含有SET結(jié)構(gòu)域，不同組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶可以特異性地修飾組蛋白的不同位點(diǎn)（表2）；而不同的組蛋白修飾對(duì)基因的表達(dá)調(diào)控也不一。組蛋白H3K9的甲基化與基因的失活正相關(guān)，而H3K27的甲基化也與許多基因沉默正相關(guān)，H4K20甲基化同樣是轉(zhuǎn)錄抑制的表觀遺傳標(biāo)志；相反，H3K4的甲基化則和基因轉(zhuǎn)錄激活密切相關(guān)［30-31］。

除了賴氨酸甲基化外，組蛋白的精氨酸也會(huì)發(fā)生甲基化，這種甲基化主要由蛋白精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶（protein arginine methyltransferase，PRMT）催化完成［32］。根據(jù)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)序列特征，在人體內(nèi)已經(jīng)鑒別出11種PRMT，除PRMT2、10 和11之外，其他PRMT都具有催化精氨酸甲基化的能力，而PRMT1、4、5、6、7和9還具有特異的組蛋白精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶活性。其中，PRMT1和4催化的甲基化多引起基因轉(zhuǎn)錄激活，而PRMT5和6誘導(dǎo)的組蛋白甲基化修飾則引起基因轉(zhuǎn)錄的抑制（表2）。此外，PRMT7和9的功能有待進(jìn)一步的研究。

除甲基化和乙酰化外，組蛋白還受到磷酸化和遍在蛋白化（舊稱泛素化）修飾；其在基因表達(dá)調(diào)控和表觀遺傳中作用的研究不及甲基化和乙?；浞?。綜上可見(jiàn)，表觀遺傳學(xué)，尤其是對(duì)DNA甲基化修飾、組蛋白乙酰化和甲基化的深入闡釋，有助于更好地理解基因表達(dá)調(diào)控、細(xì)胞增殖分化的機(jī)制。

3　牙發(fā)生過(guò)程中表觀遺傳的相關(guān)研究

牙發(fā)生依賴于牙上皮和外胚間質(zhì)之間精確和復(fù)雜的相互作用，該過(guò)程涉及細(xì)胞增殖、分化和遷移等環(huán)節(jié)，是研究器官發(fā)生的常用模型和切入點(diǎn)。傳統(tǒng)的分子生物學(xué)和發(fā)生生物學(xué)側(cè)重于研究上皮—間質(zhì)細(xì)胞間信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)、靶細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子的活化及其對(duì)終末分化基因的表達(dá)調(diào)控。近年來(lái)，隨著表觀遺傳基礎(chǔ)研究的發(fā)展，牙發(fā)生過(guò)程中表觀遺傳的相關(guān)機(jī)制備受關(guān)注。早在20世紀(jì)90年代就有研究［33-35］顯示，部分同卵雙生的雙胞胎牙表型（缺失、錐形和過(guò)小的側(cè)切牙）差異明顯。由于同卵雙生的雙胞胎含有相同的基因組，因此，該現(xiàn)象提示牙的發(fā)生受到了經(jīng)典遺傳以外的因素影響。換言之，在牙發(fā)生過(guò)程中，營(yíng)養(yǎng)等微環(huán)境可能通過(guò)表觀遺傳等機(jī)制調(diào)節(jié)牙的發(fā)生。

早期牙發(fā)生的關(guān)鍵事件為上皮細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞定向分化為成釉細(xì)胞和成牙本質(zhì)細(xì)胞，無(wú)論是上皮細(xì)胞還是間質(zhì)細(xì)胞，其分化都存在大量的表觀遺傳改變［36-37］。

成釉蛋白（ameloblastin，AMEL）是牙發(fā)生過(guò)程中最為重要的細(xì)胞外基質(zhì)之一，編碼AMEL的基因位于X染色體的AMELX Xq22和Y染色體的AMELY Yp11兩個(gè)位置。來(lái)源于AMELY的轉(zhuǎn)錄本只占整個(gè)轉(zhuǎn)錄本的10%，表明這2個(gè)等位基因編碼AMEL的效率并非相同，而DNA甲基化是AMEL的重要調(diào)控方式。截至目前，DNA甲基化與釉質(zhì)發(fā)生的關(guān)系仍不清楚，尤其是在釉質(zhì)發(fā)生障礙中的作用還不清楚。探討調(diào)控AMEL的DNA甲基化機(jī)制、AMEL啟動(dòng)子的甲基化程度、在牙發(fā)生過(guò)程中的動(dòng)態(tài)變化，是研究DNA甲基化在牙發(fā)生中的功能的突破口。另一方面，Kamiunten等［38］在系統(tǒng)研究H3K9的甲基轉(zhuǎn)移酶在牙發(fā)生過(guò)程中的表達(dá)變化時(shí)發(fā)現(xiàn)，G9a、Glp、Prdm2和Suv39h1四個(gè)甲基轉(zhuǎn)移酶在牙胚中高表達(dá)，在胚胎期16.5或17.5時(shí)，表達(dá)達(dá)到峰值。他們認(rèn)為組蛋白甲基化轉(zhuǎn)移酶，特別是上述4種在牙發(fā)生中細(xì)胞定向分化等過(guò)程中可能發(fā)揮了重要的作用。

體外研究顯示，組蛋白脫甲基化酶［lysine（K）-specitic demethylase，KDM］6B（又稱為JMJD3）高度表達(dá)于牙源性間質(zhì)細(xì)胞，假如通過(guò)RNA干擾其表達(dá)，可以降低細(xì)胞的骨向和牙向分化，假如補(bǔ)充KDM6B則能恢復(fù)其牙向分化能力。其機(jī)制是KDM6B可增加骨形態(tài)發(fā)生蛋白2啟動(dòng)子區(qū)的H3K27的脫甲基化，促進(jìn)其基因表達(dá)，而骨形態(tài)發(fā)生蛋白2是牙間質(zhì)細(xì)胞分化最為重要的信號(hào)分子之一［39-40］。與此相似，干涉人牙乳頭干細(xì)胞可以增強(qiáng)Sox2和關(guān)鍵蛋白基因啟動(dòng)子區(qū)的H3K4甲基化，促進(jìn)其表達(dá)，進(jìn)而增加其細(xì)胞成脂和成軟骨分化［41］，即KDM2A可能在牙發(fā)生的細(xì)胞定向分化過(guò)程中扮演重要角色。進(jìn)一步探討KDM2A在牙發(fā)生過(guò)程中的表達(dá)變化及其敲除對(duì)牙發(fā)生整體的影響，將為了解該基因的功能以及更好地理解牙發(fā)生的機(jī)制提供關(guān)鍵信息。Du等［42］在研究中發(fā)現(xiàn)，組蛋白脫甲基化酶KDM2A可以通過(guò)促進(jìn)上皮調(diào)節(jié)蛋白（epiregulin，EREG）基因啟動(dòng)子區(qū)組蛋白的K4/36甲基化抑制基因的表達(dá)，抑制間質(zhì)干細(xì)胞的成骨和成牙分化。

牙發(fā)生過(guò)程中除了涉及組蛋白和DNA甲基化動(dòng)態(tài)調(diào)控外，組蛋白乙酰化修飾改變同樣參與其中。過(guò)表達(dá)乙酰轉(zhuǎn)移酶P300的牙髓干細(xì)胞（dental pulp stem cell，DPSC）在分化培養(yǎng)條件下，牙本質(zhì)細(xì)胞相關(guān)基因牙本質(zhì)基質(zhì)蛋白-1、牙本質(zhì)涎磷蛋白、牙本質(zhì)涎蛋白、牙本質(zhì)涎蛋白和骨鈣蛋白等明顯增加［43］；反之，組蛋白脫乙酰酶酶抑制劑曲古柳菌素明顯增加DPSC的增殖和成牙本質(zhì)向分化，即組蛋白乙?；揎椏赡苁茄辣举|(zhì)發(fā)生的重要機(jī)制［44］。

目前表觀遺傳在牙發(fā)生和牙再生中的研究還位于起步階段，現(xiàn)有的發(fā)現(xiàn)也只是表觀遺傳在牙發(fā)生生物學(xué)的一小部分，前面所涉及的眾多表觀遺傳修飾的酶和相關(guān)調(diào)控分子在牙發(fā)生中的表達(dá)和功能尚處于空白。進(jìn)一步探討其他在牙發(fā)生中表觀遺傳修飾酶，它們自身如何變化、如何靶向調(diào)控牙發(fā)生相關(guān)基因的時(shí)空表達(dá)等，對(duì)深入認(rèn)識(shí)牙發(fā)生的機(jī)制具有重要意義。目前，大多數(shù)的研究還只是集中在牙源性干細(xì)胞的細(xì)胞學(xué)研究，進(jìn)一步利用轉(zhuǎn)基因和基因敲除動(dòng)物模型探討牙發(fā)生過(guò)程中表觀遺傳機(jī)制是迫切和必要的。

4　小結(jié)

牙胚重組研究［45-47］顯示，胚胎10.5～12.5 d的牙胚上皮或14.5 d的牙胚間質(zhì)具有誘導(dǎo)牙再生的能力，即將ES或者誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞（induced pluripotent stem cell，iPSC）定向分化為胚胎10.5～12.5 d的牙源性上皮細(xì)胞或14.5 d的牙源性間質(zhì)細(xì)胞有望實(shí)現(xiàn)牙再生。由此可見(jiàn)，成功誘導(dǎo)細(xì)胞定向分化為目的細(xì)胞成為牙再生的關(guān)鍵［48］。事實(shí)上，無(wú)論是誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞為iPSC還是iPSC定向分化為成熟的體細(xì)胞，都涉及表觀遺傳的改變［49］；相反，如果不能清除必要的表觀遺傳標(biāo)志物，則會(huì)引起細(xì)胞分化潛能障礙［50-51］。另一方面，調(diào)控表觀遺傳則能增加成體細(xì)胞變?yōu)閕PSC的效率或者干細(xì)胞定向分化為靶細(xì)胞的效率［52-53］。詮釋成釉細(xì)胞和成牙本質(zhì)細(xì)胞定向分化過(guò)程中重要的表觀遺傳標(biāo)志物的改變及其調(diào)控機(jī)制，將會(huì)為定向誘導(dǎo)獲得胚胎10.5～12.5 d的牙源性上皮細(xì)胞或14.5 d的牙源性牙間質(zhì)細(xì)胞提供重要線索和思路，從而為牙再生提供種子細(xì)胞，最終促進(jìn)牙再生的實(shí)現(xiàn)。

綜上可見(jiàn)，表觀遺傳是牙發(fā)生過(guò)程中重要的分子事件。牙發(fā)生過(guò)程中表觀遺傳與傳統(tǒng)的基因表達(dá)調(diào)控協(xié)同，調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化和遷移相關(guān)基因的時(shí)空表達(dá)，最后導(dǎo)致牙的形成。詮釋牙發(fā)生過(guò)程中的表觀遺傳調(diào)控機(jī)制，無(wú)疑將會(huì)為牙再生提供關(guān)鍵的線索和思路。

5　參考文獻(xiàn)

［1］Tucker A，Sharpe P.The cutting-edge of mammalian development；how the embryo makes teeth［J］.Nat Rev Genet，2004，5（7）：499-508.

［2］Li Z，Yu M，Tian W.An inductive signalling network regulates mammalian tooth morphogenesis with implications for tooth regeneration［J］.Cell Prolif，2013，46（5）：501-508.

［3］Jussila M，Thesleff I.Signaling networks regulating tooth organogenesis and regeneration，and the specification of dental mesenchymal and epithelial cell lineages［J］.Cold Spring Harb Perspect Biol，2012，4 （4）：a008425.

［4］Zhang YD，Chen Z，Song YQ，et al.Making a tooth：growth factors，transcription factors，and stem cells ［J］.Cell Res，2005，15（5）：301-316.

［5］Mitsiadis TA，Luder HU.Genetic basis for tooth malformations： from mice to men and back again［J］.Clin Genet，2011，80（4）：319-329.

［6］Jaenisch R，Bird A.Epigenetic regulation of gene expression： how the genome integrates intrinsic and environmental signals［J］.Nat Genet，2003，33 （Suppl）：245-254.

［7］Orphanides G，Reinberg D.A unified theory of geneexpression［J］.Cell，2002，108（4）：439-451.

［8］Rakyan V，Whitelaw E.Transgenerational epigenetic inheritance［J］.Curr Biol，2003，13（1）：R6.

［9］Hui T，Wang C，Chen D，et al.Epigenetic regulation in dental pulp inflammation［J］.Oral Dis，2016，doi：10.1111/odi.12464.

［10］李佳佳，陳德桂.DNA甲基化修飾研究概述［J］.中國(guó)細(xì)胞生物學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32（2）：189-192.

Li JJ，Chen DG.A summarization of DNA methyaltion modification research ［J］.Chin J Cell Biol，2010，32（2）：189-192.

［11］Santi DV，Garrett CE，Barr PJ.On the mechanism of inhibition of DNA-cytosine methyltransferases by cytosine analogs［J］.Cell，1983，33（1）：9-10.

［12］Schubeler D.Function and information content of DNA methylation［J］.Nature，2015，517（7534）：321-326.

［13］Bird AP.CpG-rich islands and the function of DNA methylation［J］.Nature，1986，321（6067）：209-213.

［14］Smith ZD，Meissner A.DNA methylation： roles in mammalian development［J］.Nat Rev Genet，2013，14（3）：204-220.

［15］Jones PA.Functions of DNA methylation： islands，start sites，gene bodies and beyond［J］.Nat Rev Genet，2012，13（7）：484-492.

［16］Barreto G，Sch?fer A，Marhold J，et al.Gadd45a promotes epigenetic gene activation by repair-mediated DNA demethylation［J］.Nature，2007，445 （7128）：671-675.

［17］Rai K，Huggins IJ，James SR，et al.DNA demethylation in zebrafish involves the coupling of a deaminase，a glycosylase，and gadd45［J］.Cell，2008，135（7）：1201-1212.

［18］Jin SG，Guo C，Pfeifer GP.GADD45A does not promote DNA demethylation［J］.PLoS Genet，2008，4（3）：e1000013.

［19］Szwagierczak A，Bultmann S，Schmidt CS，et al.Sensitive enzymatic quantification of 5-hydroxymethylcytosine in genomic DNA［J］.Nucleic Acids Res，2010，38（19）：e181.

［20］Williams K，Christensen J，Pedersen MT，et al.TET1 and hydroxymethylcytosine in transcription and DNA methylation fidelity［J］.Nature，2011，473 （7347）：343-348.

［21］Pastor WA，Pape UJ，Huang Y，et al.Genome-wide mapping of 5-hydroxymethylcytosine in embryonic stem cells［J］.Nature，2011，473（7347）：394-397.

［22］Ficz G，Branco MR，Seisenberger S，et al.Dynamic regulation of 5-hydroxymethylcytosine in mouse ES cells and during differentiation［J］.Nature，2011，473 （7347）：398-402.

［23］Sun Z，Terragni J，Jolyon T，et al.High-resolution enzymatic mapping of genomic 5-hydroxymehytlcytosine in mouse embryonic stem cells［J］.Cell Rep，2013，3（2）：567-576.

［24］Guo JU，Su Y，Zhong C，et al.Hydroxylation of 5-methylcytosine by TET1 promotes active DNA demethylation in the adult brain［J］.Cell，2011，145 （3）：423-434.

［25］Kouzarides T.Chromatin modifications and their function［J］.Cell，2007，128（4）：693-705.

［26］Chen T，Dent SY.Chromatin modifiers and remodellers： regulators of cellular differentiation［J］.Nat Rev Genet，2014，15（2）：93-106.

［27］Peserico A，Simone C.Physical and functional HAT/ HDAC interplay regulates protein acetylation balance［J］.J Biom Biotechnol，2011：1-10.

［28］Greer EL，Shi Y.Histone methylation： a dynamic mark in health，disease and inheritance［J］.Nat Rev Genet，2012，13（5）：343-357.

［29］Rea S，Eisenhaber F，O’Carroll D，et al.Regulation of chromatin structure by site-specific histone H3 methyltransferases［J］.Nature，2000，406（6796）：593-599.

［30］Jenuwein T，Allis CD.Translating the histone code ［J］.Science，2001，293（5532）：1074-1080.

［31］Rothbart SB，Strahl BD.Interpreting the language of histone and DNA modifications［J］.Biochim Biophys Acta，2014，1839（8）：627-643.

［32］Yang Y，Bedford MT.Protein arginine methyltransferases and cancer［J］.Nat Rev Cancer，2013，13（1）：37-50.

［33］杜婷婷，黃秋花.組蛋白賴氨酸甲基化在表觀遺傳調(diào)控中的作用［J］.遺傳，2007，29（4）：387-392.

Du TT，Huang QH.The roles of histone lysine methylation in epigenetic regulation［J］.Hereditas，2007，29（4）：387-392.

［34］Townsend G，Rogers J，Richards L，et al.Agenesisof permanent maxillary lateral incisors in South Australian twins［J］.Aust Dent J，1995，40（3）：186-192.

［35］Townsend G，Richards L，Hughes T.Molar intercuspal dimensions： genetic input to phenotypic variation［J］.J Dent Res，2003，82（5）：350-355.

［36］Iglesias-Bartolome R，Callejas-Valera JL，Gutkind JS.Control of the epithelial stem cell epigenome： the shaping of epithelial stem cell identity［J］.Curr Opin Cell Biol，2013，25（2）：162-169.

［37］Fan Z，Yamaza T，Lee JS，et al.BCOR regulates mesenchymal stem cell function by epigenetic mechanisms［J］.Nat Cell Biol，2009，11（8）：1002-1009.

［38］Kamiunten T，Ideno H，Shimada A，et al.Coordinated expression of H3K9 histone methyltransferases during tooth development in mice［J］.Histochem Cell Biol，2015，143（3）：259-266.

［39］Xu J，Yu B，Hong C，et al.KDM6B epigenetically regulates odontogenic differentiation of dental mesenchymal stem cells［J］.Int J Oral Sci，2013，5 （4）：200-205.

［40］Casagrande L，Demarco FF，Zhang Z，et al.Dentinderived BMP-2 and odontoblast differentiation［J］.J Dent Res，2010，89（6）：603-608.

［41］Dong R，Yao R，Du J，et al.Depletion of histone demethylase KDM2A enhanced the adipogenic and chondrogenic differentiation potentials of stem cells from apical papilla［J］.Exp Cell Res，2013，319（18）：2874-2882.

［42］Du J，Ma Y，Ma P，et al.Demethylation of epiregulin gene by histone demethylase FBXL11 and BCL6 corepressor inhibits osteo/dentinogenic differentiation［J］.Stem Cells，2013，31（1）：126-136.

［43］Wang T，Liu H，Ning Y，et al.The histone acetyltransferase p300 regulates the expression of pluripotency factors and odontogenic differentiation of human dental pulp cells［J］.PLoS One，2014，9（7）：e102117.

［44］Jin H，Park JY，Choi H，et al.HDAC inhibitor trichostatin A promotes proliferation and odontoblast differentiation of human dental pulp stem cells［J］.Tissue Eng Part A，2013，19（5/6）：613-624.

［45］Mina M，Kollar EJ.The induction of odontogenesis in non-dental mesenchyme combined with early murine mandibular arch epithelium［J］.Arch Oral Biol，1987，32（2）：123-127.

［46］Nakao K，Morita R，Saji Y，et al.The development of a bioengineered organ germ method［J］.Nat Methods，2007，4（3）：227-230.

［47］Hu B，Nadiri A，Kuchler-Bopp S，et al.Tissue engineering of tooth crown，root，and periodontium［J］.Tissue Eng，2006，12（8）：2069-2075.

［48］Mao JJ，Prockop DJ.Stem cells in the face： tooth regeneration and beyond［J］.Cell stem cell，2012，11（3）：291-301.

［49］Papp B，Plath K.Epigenetics of reprogramming to induced pluripotency［J］.Cell，2013，152（6）：1324-1343.

［50］Kim K，Doi A，Wen B，et al.Epigenetic memory in induced pluripotent stem cells［J］.Nature，2010，467 （7313）：285-290.

［51］Bar-Nur O，Russ HA，Efrat S，et al.Epigenetic memory and preferential lineage-specific differentiation in induced pluripotent stem cells derived from human pancreatic islet beta cells［J］.Cell Stem Cell，2011，9（1）：17-23.

［52］Bhutani N，Brady JJ，Damian M，et al.Reprogramming towards pluripotency requires AID-dependent DNA demethylation［J］.Nature，2010，463 （7284）：1042-1047.

［53］Balana B，Nicoletti C，Zahanich I，et al.5-Azacytidine induces changes in electrophysiological properties of human mesenchymal stem cells［J］.Cell Res，2006，16（12）：949-960.

（本文采編王晴）

Epigenetics in tooth development and its implication in tooth regeneration

Zhou Chen1，Ling Junqi2.（1.Dept.of Orthodontics，Guanghua School of Stomatology，Hospital of Stomatology，Sun Yat-sen University，Guangdong Provincial Key Laboratory of Stomatology，Guangzhou 510055，China；2.Dept.of Conservative Dentistry and Endodontics，Guanghua School of Stomatology，Hospital of Stomatology，Sun Yat-sen University，Guangdong Provincial Key Laboratory of Stomatology，Guangzhou 510055，China）

This study was supported by the National Natural Science Foundation of China（81170932） and Special Talents Fund in Guangdong Province（52000-3210002）.

［Abstract］Epigenetics，mainly including DNA methylation and histone post-translational modification，is the heritable changes that are not caused by changes in the DNA sequence；this change also alters how genes are expressed.DNA methylation typically causes gene transcriptional silencing，whereas demethylation leads to transcription activation.A large number of covalent modifications on histone，such as different types，residues，and amount，will affect the inhibition or activation of gene expression.Epigenetic modifications play pivotal roles in organogenesis by controlling gene expression during cell fate determination and reprogramming.In the process of tooth development，complex orchestration between genetic and epigenetic programs regulates the spatiotemporal expression of cell proliferation-，differentiation-，and migration-related genes，and finally tooth formation.Exploring the molecular biology of epigenetic，together with the epigenetic findings in tooth development，is not only fundamental but also inspiring for tooth regeneration.

［Key words］tooth development；gene expression and regulation；epigenetics；tooth regeneration

［收稿日期］2015-06-30；［修回日期］2016-02-23

［基金項(xiàng)目］國(guó)家自然科學(xué)基金（81170932）；廣東省領(lǐng)軍人才專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)（52000-3210002）

［作者簡(jiǎn)介］周晨，博士，Email：zhouchen@mail2.sysu.edu.cn

［通信作者］凌均棨，教授，博士，Email：lingjq@mail.sysu.edu.cn

［中圖分類號(hào)］Q 786

［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A［doi］ 10.7518/gjkq.2016.03.015