創(chuàng)傷、腫瘤等引起的巨大骨缺損一直是骨科臨床難題，普通骨材料在修復巨大骨缺損時往往產(chǎn)生延遲愈合，甚至骨不連等問題。因此，發(fā)展具有良好成骨作用的骨組織材料是骨組織工程研究的重要課題。轉(zhuǎn)錄因子Runx2在成骨分化中起著重要作用。為骨組織工程研究開辟了新的突破方向。結(jié)構(gòu)特點與分型Runx基因因與果蠅Runt基因高度同源而得名。

　　Runx是一類高效轉(zhuǎn)錄因子，有核心結(jié)合因子(Cbf)a、多瘤病毒增強結(jié)合蛋白(PEBP)2a、急性髓細胞性白血病(AML)因子等多種別名。Runx家族成員主要包括Runxl、Runx2、Runx3三型，在人體生長發(fā)育及腫瘤發(fā)生等方面均具有重要作用。

　　Runx2為Runt相關(guān)因子2，又稱Cbfal，是具有成骨分化作用的轉(zhuǎn)錄因子。Runx2基因定位于人類常染色體的6p21，長約220 kb。Runx2具有與Runx家族相似的、由128個氨基酸組成的保守結(jié)構(gòu)域，包括3個轉(zhuǎn)錄激活域(AD)，1個抑制域(RD)，1個短的Myc相關(guān)核定位信號(NI)及2個啟動子。Runx2蛋白c端富于絲氨酸、脯氨酸和蘇氨酸，通過C末端區(qū)域與其他轉(zhuǎn)錄因子、協(xié)同因子、共抑制因子如Smads蛋白、Yes相關(guān)蛋白、Groucho／TLE蛋白等作用，從而激活或阻遏相關(guān)基因表達L3]。

　　Runx2可與Cbf8結(jié)合形成二聚體，通過別構(gòu)調(diào)節(jié)增強與DNA結(jié)合的能力，還可以保護自身不被泛素一蛋白酶系統(tǒng)降解 。

　　Runx2因不同的N-末端序列分為3種亞型。Runx2I型(Cbfal／org)以MRIPVD為起始氨基酸序列，Runx2II型(Cbfal／iso)以MASNSI 為起始氨基酸序列，Runx2Ⅲ型(Cbfal／Osf2)以MLHSPH為起始氨基酸序列。目前在人類中只發(fā)現(xiàn)Runx2I型和Ⅱ型，分別由Runx2基因的2個啟動子控制。研究發(fā)現(xiàn)，Runx2I型主要在成骨細胞早期增殖過程中起作用，Runx21型則在后期成骨階段對成骨細胞成熟發(fā)揮重要作用；Runx2I型還可在未分化的骨髓問充質(zhì)干細胞(BMSc)、前成骨細胞和前軟骨細胞中表達。

　　2 表達調(diào)控與作用Runx2在成骨分化信號轉(zhuǎn)導通路中起核心作用，其他成骨作用因子可與Runx2相互作用促進成骨分化 。

　　成骨分化調(diào)節(jié)過程中有多種活性因子直接參與成骨分化，如骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)一2、BMP_4、BMP-7、轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)一J31、TGF-J32、胰島素樣生長因子(IGF)1等。

　　這些上游因子與Runx2相互作用，通過不同的信號轉(zhuǎn)導通路使Runx2基因表達上調(diào)，或使Runx2蛋白磷酸化，調(diào)節(jié)其活性和功能，從而進一步調(diào)節(jié)BMSC成骨分化。細胞外基質(zhì)(ECM)可激活成骨細胞絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)／N胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)激酶(MEK)／ERK信號轉(zhuǎn)導通路，ERK1可上調(diào)骨鈣素及Runx2表達，并促使Runx2蛋白磷酸化，促進成骨作用；成纖維細胞生長因子(FGF)通過MAPK信號通路使Runx2磷酸化水平明顯增高；力學信號刺激MAPK信號通路，利用整合素將力學信號轉(zhuǎn)化為生物學信號，激活ERK2和c-Jun氨基末端激酶(JNK)1，進而使Runx2表達水平增高；甲狀旁腺素(PTH)與甲狀旁腺素受體(PTHR)結(jié)合后激活蛋白激酶A與蛋白激酶c信號通路，調(diào)節(jié)Runx2蛋白活性；BMP可激活Smadl、Smad5、Smad8并與Smad4形成復合物，從而激活目標基因并促進其表達，通過其遠端P1啟動子和近端P2啟動子啟動Runx2基因表達。

　　另一部分活性因子可通過與Runx2相互作用抑制細胞的成骨作用。組蛋白去乙酰化酶(HDAC)的作用是負向調(diào)節(jié)Runx2功能的非常重要的機制之一。HDAC3通過與Runx2因子的相互作用抑制骨鈣素啟動子表達，HDACA通過抑制Runx2轉(zhuǎn)錄活性抑制軟骨細胞肥大，HDAC5通過對Runx2蛋白賴氨酸殘基的脫乙酰作用抑制Runx2活性，HDAC6通過與羧基端結(jié)合抑制Runx2活性。此外，有研究 ” 發(fā)現(xiàn)HDAC7通過獨立的脫乙酰機制調(diào)節(jié)其活性。Hu等 們經(jīng)曲古抑菌素A(TSA)抑制HDAC活性研究發(fā)現(xiàn)，筆耕文化推薦期刊，Runx2在脂肪源性干細胞(ADSC)中表達明顯增加，從而提高ADSC成骨潛能；進一步證實HDAC負向調(diào)節(jié)作用。Shui等經(jīng)小鼠模型研究發(fā)現(xiàn)，Runx2表達過量時其活性并沒有對應增強，而骨形成受損，提示Runx2功能調(diào)節(jié)可能存在多重水平，包括microRNA對其調(diào)控。Hu等 副研究證實，miR-3960通過miR-2861反饋調(diào)節(jié)對成骨分化進行調(diào)節(jié)，而miR-2861可通過對HDAC作用上調(diào)Runx2表達。Twist1蛋白可在成骨分化期間通過與Runt結(jié)構(gòu)域相互作用影響Runx2基因表達，從而下調(diào)成骨活性。

　　Runx2的主要作用是誘導BMSC向成骨細胞分化，并使成骨細胞成熟。盡管有多種因子共同作用于骨形成，但Runx2被認為最主要的成骨細胞特異性轉(zhuǎn)錄因子。Runx2能夠上調(diào)BMSC、前成骨細胞、成骨細胞中各相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄、翻譯，并最終使其定向分化。

　　Enomoto等經(jīng)目的基因敲除研究發(fā)現(xiàn)，Runx2小鼠不能有效地分化出成骨細胞，因而未能發(fā)生膜內(nèi)和軟骨內(nèi)骨化成骨；表明Runx2缺失阻止了成骨細胞分化而表現(xiàn)出完全的骨化不能。BMP-2在骨和軟骨分化、成熟過程中具有明確的促進骨愈合作用。BMP-2在激活Smads蛋白后，通過其遠端P1啟動子和近端P2啟動子啟動Runx2基因表達 ]。Xiao等 研究發(fā)現(xiàn)，Runx2 顱骨細胞中即使有B 一2存在，體內(nèi)外成骨細胞仍然不能進行正常分化；由此推論，Runx2是BMP-2促成骨細胞分化所必需的細胞因子。

　　RunX2在促進成骨分化的同時，卻抑制成熟的成骨細胞向骨細胞進一步分化。Liu等在小鼠體內(nèi)體外實驗研究中意外發(fā)現(xiàn)，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)使Runx2高表達時小鼠因骨質(zhì)脆弱發(fā)生多發(fā)骨折；組織學研究顯示，小鼠骨質(zhì)內(nèi)雖有新生成骨細胞增多，骨鈣素、骨橋蛋白等分泌蛋白增多，但成熟骨細胞并沒有相應增多，且伴有礦化不足，同時破骨細胞數(shù)量隨成骨細胞增多而增多；該研究提示，Runx2對成熟骨細胞分化至骨細胞起著抑制作用，而過量表達Runx2時破骨細胞作用將會超過成骨細胞作用，致使成骨功能失衡。

　　Runx2具有促軟骨細胞分化、成熟的功能。Inada等研究發(fā)現(xiàn)，Runx2基因表達隨軟骨細胞成熟而增加，在終末肥大軟骨細胞中的表達量很大。Take等研究發(fā)現(xiàn)，Runx2在小鼠受孕10．5 d時便開始在側(cè)板中胚層和將要發(fā)育成肢體的間充質(zhì)細胞聚集區(qū)開始表達，并持續(xù)進行；Runx2在前肥大軟骨細胞和成骨細胞區(qū)表達較高；Runx2表達隨著軟骨細胞成熟、軟骨內(nèi)骨化完成而逐漸下降，至出生時基本檢測不到。上述研究結(jié)果均提示，Runx2在軟骨生成和軟骨骨化中有正性作用。