程旭 黃藝璇 李精韜 石冰

口腔疾病研究國家重點實驗室 國家口腔疾病臨床醫(yī)學研究中心

四川大學華西口腔醫(yī)院唇腭裂外科 成都610041

牙頜面發(fā)育畸形，如唇腭裂和半側(cè)顏面短小等，在我國的發(fā)病率近1/500，每年新增患者兩萬余名，形成龐大的患者群體[1?2]。這些發(fā)育畸形通常表現(xiàn)為骨和肌肉的發(fā)育不足，造成患者面型異常、咬合紊亂、發(fā)音障礙，甚至引發(fā)呼吸道病發(fā)癥，嚴重影響患者的生活質(zhì)量[3]。頜骨發(fā)育不足可通過正畸、正頜、牽張成骨及自體骨或人工骨移植的方法得到矯正，而牙頜面肌肉發(fā)育不足尚無有效的擴增手段，極大地限制了牙頜面畸形的整復效果。考慮到骨骼肌具有強大的再生能力，它是人體中除肝臟之外再生能力最強的器官[4]，若能實現(xiàn)牙頜面肌肉再生，將會進一步提升牙頜面畸形整復的效果。

牙頜面肌肉是骨骼肌系統(tǒng)的一部分，但它與傳統(tǒng)的四肢軀干肌肉不同，是脊椎動物從濾食向捕食進化之后才出現(xiàn)的骨骼肌新形態(tài)[5]。牙頜面肌肉的胚胎發(fā)育過程、成肌調(diào)控機制、肌肉疾病的易感性和再生能力等方面均具有獨特的表現(xiàn)，這些特點使牙頜面肌肉具有特殊的研究意義和臨床價值。目前骨骼肌研究大都集中在四肢軀干肌肉，本文針對牙頜面肌肉的發(fā)育和再生研究作一綜述，為探索牙頜面肌肉再生的方法提供理論依據(jù)。由于四肢軀干肌肉的發(fā)育和再生研究已成理論體系，本文通過與四肢軀干肌肉對比，闡述牙頜面肌肉的獨特表現(xiàn)。

1 牙頜面肌肉的胚胎發(fā)育來源

牙頜面肌肉則由顱中胚層發(fā)育而來，顱中胚層在胚胎發(fā)育過程中則沒有明確的解剖界限和分節(jié)特征，是一個離散的發(fā)育單元，其形態(tài)和分布隨胚胎發(fā)育的衍變而發(fā)生變化，在神經(jīng)管和內(nèi)胚層分別發(fā)生背側(cè)和腹側(cè)的融合時，顱中胚層的位置和邊界也會隨之改變，發(fā)生背腹側(cè)的遷移[6]。

1.1 鰓弓肌肉是牙頜面肌肉的主體

發(fā)育形成牙頜面肌肉的顱中胚層，從頭端至尾端分為3 個部分[5]。1）脊索前中胚層。脊索前中胚層位于神經(jīng)板的腹側(cè)以及脊索的頭端，在發(fā)育過程中向兩側(cè)以及尾端移動，最終發(fā)育形成眼外肌，即上斜肌、下斜肌、上直肌、下直肌、外直肌和內(nèi)直肌6 組肌肉。2）咽中胚層。咽中胚層圍繞發(fā)育中的咽，可以進一步分為軸旁中胚層和內(nèi)臟中胚層，前者位于神經(jīng)管的兩側(cè)，后者在咽底壁的腹側(cè)。咽中胚層的肌前體細胞遷徙進入鄰近的鰓弓中，因此又被稱為鰓弓肌肉（或咽弓肌肉），它們將形成頜面部肌肉的主體。第一鰓弓將發(fā)育形成咀嚼運動相關(guān)的肌肉，第二鰓弓將發(fā)育形成表情相關(guān)的肌肉，而第三至第六鰓弓將發(fā)育形成咽喉運動相關(guān)的肌肉以及部分頸部肌肉。牙頜面先天畸形波及的肌肉，如口輪匝肌、腭帆提肌和咬肌等，都屬于鰓弓肌肉。咽中胚層還參與心肌的發(fā)育，這是它區(qū)別于四肢肌肉很重要的一點。3）枕骨原節(jié)。枕骨原節(jié)的成肌前體細胞是由體節(jié)細胞遷徙而來，將形成舌肌和喉內(nèi)肌。由于是由體節(jié)細胞發(fā)育形成，舌肌和喉內(nèi)肌雖然位于頭部，卻遵循四肢軀干肌肉的發(fā)育模式[7?9]。也有研究證實，舌肌不僅來源于體節(jié)，也有來源于顱中胚層的成分[10?11]。除了以上3 個發(fā)育區(qū)域，顱中胚層還有一部分來自枕側(cè)板中胚層。枕側(cè)板中胚層位于頭面部和四肢軀干的交界區(qū)域，將形成斜方肌、胸鎖乳突肌等頸部肌肉，它們負責控制頭部的運動。由于枕側(cè)板中胚層與1～3 體節(jié)相鄰，頸部肌肉因此同時具有體節(jié)來源和非體節(jié)來源的特征，被稱為“過渡區(qū)”[6]。

牙頜面肌肉是由顱中胚層發(fā)育而來的離散性的發(fā)育單元，它不同于體節(jié)的連續(xù)發(fā)育模式。脊索前中胚層發(fā)育形成的眼周肌肉、咽中胚層發(fā)育形成的鰓弓肌肉和枕骨原節(jié)發(fā)育形成的舌肌和喉內(nèi)肌，二者共同構(gòu)成牙頜面肌肉，其中鰓弓肌肉是牙頜面肌肉的主體。

1.2 鰓弓肌肉發(fā)育與心臟發(fā)育密切相關(guān)

從進化角度看，脊椎動物鰓弓肌肉的出現(xiàn)和心臟腔室的分化都是進化過程中出現(xiàn)的新模式，鰓弓肌肉的出現(xiàn)與飲食活動從被動濾過向主動攝取的轉(zhuǎn)變有關(guān)，而這一增加的能量和代謝需求也在一定程度上促進了心臟腔室的分化[12?13]。

根據(jù)鰓弓肌肉和心臟在胚胎發(fā)育中的密切關(guān)系，發(fā)育學家劃定了兩者共同的胚胎來源，即心咽區(qū)[12]。心咽區(qū)包括形成鰓弓肌肉的咽中胚層和形成心臟的第一心區(qū)和第二心區(qū)。第二心區(qū)實際是咽中胚層的一部分[12?13]，它將發(fā)育形成右心室、心臟流出道和心房等部位的心肌，以及心內(nèi)膜[6]；而第一心區(qū)則緊鄰咽中胚層，它主要參與左心室的發(fā)育[13]。心咽區(qū)的細胞可以分為3個譜系，第一譜系形成包括顳肌和咬肌在內(nèi)的第一鰓弓肌肉和右心室，第二譜系形成第二鰓弓來源的表情肌和心臟流出道，第三譜系形成左、右心房和左心室[6,12,14]。

鰓弓肌肉的這一發(fā)育特征決定了牙頜面先天缺陷常伴發(fā)心臟先天缺陷，最常見的是迪格奧爾格綜合征，其頜面部畸形表現(xiàn)為腭裂、腭咽功能障礙等，心臟畸形則常表現(xiàn)為法洛四聯(lián)癥、室間隔缺損等[15?16]，這是牙頜面肌肉區(qū)別于四肢軀干肌肉的一大特點。

2 牙頜面肌肉的成肌調(diào)控機制

四肢軀干肌肉的成肌調(diào)控過程幾乎全部由中胚層來源的體節(jié)承擔，神經(jīng)嵴細胞僅短暫參與[17]。而牙頜面肌肉的成肌調(diào)控過程，不僅與顱中胚層有關(guān)，還持續(xù)受到外胚層來源的神經(jīng)嵴細胞的影響[18]，這導致牙頜面肌肉成肌調(diào)控的特異性和復雜性。

2.1 牙頜面肌肉成肌調(diào)控機制與四肢軀干肌肉的差異

四肢軀干肌肉的研究發(fā)現(xiàn)，肌肉發(fā)育的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)自下往上可以分為3 個層級。1）肌源性調(diào)節(jié)因子，包括MyoD、Myf5 等，它們可以決定成肌細胞和部分其它類型的細胞向肌細胞的終末分化；2）配對同源框轉(zhuǎn)錄因子，主要包括Pax3和Pax7，它們是肌源性調(diào)劑因子的上游調(diào)控因子，介導成肌向的分化；3）果蠅相關(guān)同源框轉(zhuǎn)錄因子，主要包括Six1 和Six4，位于這個基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的頂端，在胚胎發(fā)育的早期誘導生皮肌節(jié)向成肌譜系分化[19]。對于牙頜面肌肉發(fā)育而言，它并不嚴格遵從此層級調(diào)控規(guī)律。最早表達的肌源性調(diào)控基因Myf5，和配對同源框轉(zhuǎn)錄因子Pax3，在四肢軀干肌肉發(fā)育過程中是必需的，而鰓弓肌肉的發(fā)育不需要此二者的參與。Pax3和Myf5缺失的小鼠，四肢軀干肌肉不發(fā)育而鰓弓肌肉的發(fā)育不受影響[20?21]。此外，Wnt 信號通路在四肢軀干肌肉的發(fā)育過程中發(fā)揮重要的促進作用，而在鰓弓肌肉發(fā)育中則表現(xiàn)為明顯的抑制作用，這可能與神經(jīng)嵴細胞的持續(xù)參與有關(guān)[17]。

牙頜面肌肉在發(fā)育過程中還表達多個完全不同于四肢軀干肌肉的調(diào)控因子，包括Tcf21（Cap?sulin）、Msc（MyoR）、Tbx1等。缺少Tcf21、Msc基因的小鼠不形成第一鰓弓肌肉[22?23]，Tbx1 缺失的小鼠第二至第六鰓弓的肌肉發(fā)育不全，并且Tbx1 在咽部肌肉的形成中發(fā)揮必不可少的作用。而Tcf21、Msc、Tbx1 這3 個基因在四肢軀干肌肉的發(fā)育中則不表達[24]。此外，Isl1和Nkx2.5是第二心區(qū)成肌前體細胞的標志，它們不參與四肢軀干肌肉的發(fā)育調(diào)控，而在鰓弓肌肉發(fā)育中發(fā)揮作用：Isl1 在一定程度上抑制鰓弓肌肉分化，Nkx2.5 可以促進鰓弓發(fā)育，Nkx2.5 基因異常表達導致頜面部肌肉發(fā)育缺陷。

2.2 牙頜面肌肉成肌調(diào)控機制的異質(zhì)性

除了與四肢軀干肌肉發(fā)育的調(diào)控因子不同，牙頜面肌肉自身的發(fā)育調(diào)控具有一定的異質(zhì)性。鰓弓肌肉有2 個來源，顱軸旁中胚層來源和內(nèi)臟中胚層來源，前者形成第一鰓弓肌肉，后者形成遠端鰓弓肌肉[25]。在Capsulin 和MyoR 缺失的小鼠中，來源于第一鰓弓的咬肌、翼肌和顳肌缺失，但二腹肌和下頜舌骨肌等遠端鰓弓肌肉不受影響[26]。Pitx2 缺失的小鼠，眼外肌和第一鰓弓肌肉受影響，遠端鰓弓肌肉是否受影響尚不確切。

牙頜面肌肉成肌調(diào)控機制的特異性和復雜性，與頜面部肌肉發(fā)育來源的多樣性及其與心肌發(fā)育的密切關(guān)系有關(guān)，這也是它區(qū)別于四肢軀干肌肉的重要表現(xiàn)。關(guān)于鰓弓肌肉發(fā)育的調(diào)控機制還有很多謎團未解，需要更多深入的譜系研究、克隆模型研究和基因靶向研究等來進一步闡明這一調(diào)控機制[26]。

3 牙頜面肌肉的再生

牙頜面肌肉屬于骨骼肌系統(tǒng)，它具有骨骼肌的基本結(jié)構(gòu)和功能特點，遵循骨骼肌再生的一般規(guī)律[17]。但由于胚胎發(fā)育來源和成肌調(diào)控機制的不同，牙頜面肌肉再生又具有獨特的表現(xiàn)。明確牙頜面肌肉再生的特異性表現(xiàn)及其機制，是探索牙頜面肌肉再生方法的前提。

3.1 骨骼肌再生過程

骨骼肌是人體除肝臟之外再生能力最強的器官，單根肌纖維移植后能在受植區(qū)產(chǎn)生上百根肌纖維[27]，這一強大的再生能力由骨骼肌組織特異性干細胞，即衛(wèi)星細胞主導完成。衛(wèi)星細胞可進行肌源性分化，進入肌纖維內(nèi)部補充因受損減少的細胞核，或形成新的肌纖維；同時衛(wèi)星細胞進行自我更新，維持肌纖維的干細胞池。骨骼肌再生的順利進行，與間質(zhì)細胞的支持和誘導密不可分。這些間質(zhì)細胞包括巨噬細胞、成纖維脂前體細胞（fibroadipogenic progenitors，F(xiàn)APs）、內(nèi)皮細胞等，它們在傳導刺激信號觸發(fā)骨骼肌再生、誘導衛(wèi)星細胞進行肌源性分化、調(diào)節(jié)細胞外基質(zhì)的形成促進再生肌纖維的成熟等方面發(fā)揮重要作用。因此，骨骼肌的再生是由衛(wèi)星細胞和間質(zhì)細胞密切配合共同協(xié)調(diào)完成的成肌—成纖維平衡過程[28]。

3.2 牙頜面肌肉的再生特點

牙頜面肌肉的再生研究集中在2 類肌肉：眼外肌和鰓弓肌肉。由于枕骨原節(jié)來源的舌肌多是體節(jié)來源，這里不列入牙頜面肌肉再生的討論。

眼外肌是牙頜面肌肉中極為特殊的一群，它的胚胎發(fā)育來源、神經(jīng)支配和肌纖維類型都與其他任何牙頜面肌肉不同：眼外肌由脊索前中胚層發(fā)育而來；它受到動眼神經(jīng)、滑車神經(jīng)和外展神經(jīng)這類軀體運動神經(jīng)的支配，不同于鰓弓肌肉受內(nèi)臟運動神經(jīng)支配；并且眼外肌特異性表達肌纖維類型MyHC?EOM[29]。眼外肌在肌肉再生中表現(xiàn)出極強的成肌能力和自我更新能力，研究表明，眼外肌衛(wèi)星細胞移植后的再生能力是四肢肌肉衛(wèi)星細胞的2～5倍[30]。眼外肌的這種特質(zhì)使它能免受進行性肌營養(yǎng)不良這類廣泛影響骨骼肌系統(tǒng)的疾病的影響。

鰓弓肌肉的再生也具有出與四肢軀干肌肉不同的特點，主要表現(xiàn)為成肌能力低下和過度纖維化[31]。在接受同樣損傷的條件下，小鼠的脛骨前肌在損傷后12 d 的肌肉組織形態(tài)已接近正常，而咬肌組織仍被大量纖維結(jié)締組織占據(jù)，在損傷后45 d 再生咬肌的肌纖維明顯小于正常對照，并表現(xiàn)出明顯的纖維化[32]。離體培養(yǎng)的咬肌衛(wèi)星細胞與脛骨前肌衛(wèi)星細胞相比，增殖更快而分化更晚[33]。除咬肌之外，口咽部肌肉的細胞核更替能力較四肢肌肉明顯增強；且口咽部肌肉的衛(wèi)星細胞，對于維持肌纖維直徑和肌細胞核數(shù)目是必須的，這與四肢軀干肌肉顯著不同[34]。另有研究發(fā)現(xiàn)，大鼠軟腭肌肉損傷后的再生過程，表現(xiàn)出成肌能力不足和過度的成纖維作用[35]。

3.3 牙頜面肌肉的再生機制

由于鰓弓肌肉在牙頜面發(fā)育畸形具有重要的臨床意義，以下以鰓弓肌肉作為代表，對牙頜面肌肉的再生機制進行闡述。牙頜面肌肉再生中，衛(wèi)星細胞的數(shù)目和增殖分化能力出現(xiàn)異常[36]，提示衛(wèi)星細胞的功能障礙可能是牙頜面肌肉再生低下和纖維化的原因。最新的研究表明，F(xiàn)APs 在骨骼肌再生中具有重要的促進成肌的作用，缺少FAPs 的骨骼肌表現(xiàn)出肌肉萎縮且再生遲緩[37]；同時，F(xiàn)APs 是主導成纖維作用的主要細胞，既保證有效的細胞外基質(zhì)沉積以促進改建的肌肉組織成熟，又避免過度的成纖維作用導致纖維化。因此，F(xiàn)APs 極有可能是同時調(diào)控牙頜面肌肉再生能力低下和過度纖維化的重要因素。

3.3.1 牙頜面肌肉纖維化可能與FAPs 的特異性基因表達有關(guān) 牙頜面肌肉FAPs 的胚胎發(fā)育來源是外胚層來源的神經(jīng)嵴細胞，不同于四肢肌肉FAPs由中胚層的體節(jié)發(fā)育而來，二者具有不同的基因表達譜[38]。作為間充質(zhì)來源的干細胞，F(xiàn)APs 具有多向分化潛能，在不同條件下可以進行成纖維、成脂肪、成骨、成軟骨向的分化，在骨骼肌再生中通常表現(xiàn)出成纖維作用。單細胞轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)APs 自身也是一組有異質(zhì)性的細胞，具有不同程度的成纖維能力，他們除了共同表達PDGFRa，Sca1，還差異性表達Hic1、Vcam1等基因。Hic1是靜止FAPs的標志性基因，高表達Hic1的FAPs 處于生長抑制狀態(tài)，不進入細胞周期，而敲除Hic1 會促使FAPs 增殖分化[39]。與之相反的是，高表達Vcam1的FAPs通常表現(xiàn)出更強的成纖維傾向，在受到損傷刺激的肌肉中高表達Vcam1的FAPs 數(shù)目增多，且肌營養(yǎng)不良肌肉組織的中可以檢測到大量高表達Vcam1 的FAPs 的存在[40]。由此可以推測，牙頜面肌肉異常增強的成纖維能力，與牙頜面肌肉FAPs 存在Hic1、Vcam1 等基因的異常表達有關(guān)。

3.3.2 牙頜面肌肉再生能力低下可能與FAPs 對衛(wèi)星細胞的支持作用減弱有關(guān) 在各類骨骼肌間質(zhì)細胞中，F(xiàn)APs 與衛(wèi)星細胞的關(guān)系最為密切：二者的細胞數(shù)目均在損傷后第3天達到峰值，在第7天回落[37]。進一步研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)APs 可通過分泌白細胞介素（interleukin，IL）?6，F(xiàn)ollistatin，WISP1 等多種生長因子和基質(zhì)蛋白，影響衛(wèi)星細胞的增殖分化水平[41]。IL?6 是骨骼肌產(chǎn)生的一種細胞因子，它可以促進衛(wèi)星細胞增殖和遷徙，敲除IL?6 的小鼠骨骼肌再生受限，衛(wèi)星細胞不能有效更新受損的肌細胞核[42]。Follistatin 則作用于衛(wèi)星細胞的分化過程，促進肌細胞融合形成多核肌管，敲減Follistatin 的骨骼肌再生中的骨骼肌不能形成成熟的肌纖維[43]。FAPs還高表達基質(zhì)細胞蛋白WISP1，WISP1 作用于衛(wèi)星細胞促進其擴增并誘導其進行肌源向分化，敲除WISP1 后的小鼠衛(wèi)星細胞呈現(xiàn)出增齡性改變，衛(wèi)星細胞增殖分化能力降低并且出現(xiàn)肌肉萎縮[44]。衛(wèi)星細胞的增殖、分化和遷徙等多種細胞學行為均受到到FAPs 的調(diào)控，由此可見，F(xiàn)APs 是衛(wèi)星細胞的重要支持細胞，牙頜面肌肉再生低下的原因，可能與FAPs 誘導衛(wèi)星細胞增殖分化的作用減弱有關(guān)。

4 總結(jié)與展望

牙頜面肌肉是骨骼肌進化的新形態(tài)，它承擔咀嚼、呼吸、吞咽、表情形成等重要的頜面部運動功能，也是牙頜面發(fā)育畸形經(jīng)常波及的組織之一。胚胎發(fā)育來源的不同賦予牙頜面肌肉諸多不同于四肢肌肉的特征，其中肌肉再生能力低下和過度纖維化是牙頜面肌肉再生的顯著特點，而其機制尚不明確。FAPs 因具有誘導成肌和主導成纖維的雙重作用而在骨骼肌再生中具有獨特的重要地位，它可能是調(diào)控牙頜面肌肉再生成肌?成纖維平衡的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過干預FAPs 同時實現(xiàn)增強成肌和減少纖維化的作用或可成為頗具前景的研究方向。明確牙頜面肌肉的再生機制，揭示促進牙頜面肌肉再生的干預靶點，可為臨床探索牙頜面肌肉再生的方法提供方向和指導，為開辟牙頜面發(fā)育畸形新的整復思路提供參考。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。