成牙本質細胞在牙感覺傳導中作用的研究進展

吳 聲 劉夢嬌 闕克華

成牙本質細胞(odontoblast，OD)，在牙髓組織最外側形成一個連續(xù)的單層柵欄狀細胞層[1]，并形成細胞突起伸入每個牙本質小管中，延伸至內層牙本質[2]。其最早接觸外界的各種刺激，是牙髓組織與釉質、牙骨質及外界環(huán)境“交流”的橋梁。目前研究認為OD是潛在的感知外部刺激和牙髓微循環(huán)中瞬態(tài)變化的重要細胞之一。有研究表明OD是感受器細胞，其細胞膜上表達機械/溫度敏感的瞬時感受器電位(transient receptor potential, TRP)以及Na+、K+、Ca2+通道，具有初級纖毛等細胞器，能感受外界的各種刺激，將刺激傳導至下層的神經元完成傳導[3,4]。這些研究可能改變傳統(tǒng)的牙感覺傳導理論。因此，本文對OD在牙感覺傳導中的作用，尤其是對可能的感覺效應器(離子通道，初級纖毛)在牙感覺傳導中的作用的研究現(xiàn)狀作一綜述。

1.瞬時感受器電位離子通道

瞬時感受器電位(transient receptor potential,TRP)離子通道是存在于細胞膜或胞內細胞器膜上的一類超家族離子通道蛋白，主要功能是作為非選擇性陽離子通道，對鈣離子具有高通透性,所以它既是興奮性(神經和肌肉)細胞的電壓門控鈣通道又是非興奮性(上皮、內皮、黏膜和腫瘤等)細胞的非電壓門控鈣通道。研究發(fā)現(xiàn)其主要在神經元細胞和部分皮膚以及黏膜細胞膜上表達，其亞家族成員TRPV1、TRPV2、TRPV3、TRPV4、TRPM3、TRPM8 和TRPA1與感受溫度、機械刺激以及滲透壓等密切相關。El Karim IA等[5]報道了人OD中表達TRPV1、TRPA1和TRPM8離子通道的mRNA，同時研究確認了OD TRPV1、TRPA1和TRPM8在外界溫度改變時離子通道的鈣離子傳輸發(fā)生了相應的明顯改變，研究結果認為OD功能性TRP通路可能在調控牙齒溫度感覺中起一個關鍵的作用。而Honore E[6]和Noel J等[7]報道了興奮的TRP通道(TRPV1，TRPM8和 TRPA1)能 和 K2P通 道(TRAAK和TREK-1)發(fā)揮協(xié)同作用來調整背根節(jié)的感覺神經元對溫度的應答反應。但在OD中無TRP通道和K2P通道發(fā)揮協(xié)同作用的報道。

1.1 TRPV1 TRPV1，稱為香草醛樣受體1或辣椒素受體。其是TRPV亞家族第一個被克隆的由432個氨基酸組成的通道蛋白，也是目前研究的最多的TRP家族成員之一。Okumura R等[8]證明了新生鼠OD表達TRPV1，通過TRPV1抑制劑的使用證明了TRPV1功能性感受傷害性熱刺激的作用，Son AR等[9]也在新生大鼠的OD中得到了相同的結果。但Yeon KY等[10]在成年小鼠的OD中未檢測到TRPV1，其與Okumura R等報道的差異可能是實驗用鼠的不同或實驗中細胞提取不純導致。ElKarim IA.等[5]證實了在成人OD表達功能性的TRPV1，TRPV1感受傷害性熱刺激的功能能夠因TRPV1抑制劑的使用而受到阻斷，推測其在調節(jié)牙齒對溫度的感受方面發(fā)揮重要作用。

之前更早對神經元細胞中TRPV1的研究發(fā)現(xiàn)，神經元細胞中的TRPV1可被多種外界刺激因素激活，包括熱(＞43℃)、酸(pH＜5.3)、細胞外滲透壓的改變、細胞內Ca2+的減少、胞內氧化還原狀態(tài)、靜電荷等，提示其為多覺感受器。研究發(fā)現(xiàn)，神經元細胞中TRPV1的激活物質之間存在著相互作用，正常pH7.4條件下，熱激活TRPV1的閾值是43℃；酸性條件時，激活閾值向低溫方向移動；在足夠低的pH條件下，室溫就可促使TRPV1通道開放[11]。但OD中TRPV1是否具有同樣的多覺感受器功能尚無研究報道。

1.2 TRPV2和TRPV3TRPV2和TRPV3與已證實在人OD上表達的TRPV1一樣，都是非選擇性鈣離子通道，且結構存在一定的相似性，但報道其在神經元細胞上和TRPV1功能不同，感受溫度的區(qū)間不一致(TRPV1＞43℃，TRPV2＞52℃，TRPV3=33-39℃)[9]。目前新生大鼠OD已檢測到TRPV2和TRPV3mRNA的表達，但對成年小鼠并沒有檢測到TRPV2和TRPV3mRNA的表達。兩者結果不同，推測可能是實驗用鼠不同或實驗中細胞提取不純導致了差異，對人OD TRPV2和TRPV3是否表達尚無報道[9,10]。

1.3 TRPM8和TRPA1 數(shù)篇發(fā)表在nature等雜志上的文章證實了TRPM8和TRPA1是感受冷刺激的主要通道蛋白，已證實在人OD中表達，然而，其他冷傳導分子的作用不能排除[5,12-14]。因為小鼠實驗中，在阻斷了TRPM8和TRPA1之后，鼠盡管冷感覺的閾值下降，但仍能夠實現(xiàn)冷刺激的傳導，推測其它離子通道包括K+和Na+通道可能參與了冷刺激轉導，這兩種離子通道類型主要是受電壓或配體調控的門控離子通道，當電壓改變到一定程度或相關配體被激活，離子通道即開放，但這些離子通道在人OD的冷傳導中是否發(fā)揮協(xié)同作用尚需進一步研究。

2.Na+通道

電壓門控Na+通道是細胞有效感受外界環(huán)境的重要離子通道[15,16]。Allard B等[17]證實了人OD細胞膜表達電壓門控的河豚素敏感的Na+通道，其在電壓鉗制條件下能對去極化電流產生反應并產生動作電位，OD與三叉神經感覺神經元的共培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)OD細胞膜和神經元軸突的Na+通道亞基之間存在細胞連接，提示兩者之間可能共定位，存在信號傳導的聯(lián)系。報道研究了各型電壓門控Na+通道在鼠生命各個階段不同部位的OD細胞膜上的表達情況，發(fā)現(xiàn)9型電壓門控Na+通道在鼠生命各個階段不同部位的OD細胞膜上均有表達，與之前的研究相比，顯示OD細胞上的電壓門控Na+通道更加復雜，可能參與了感受刺激的過程，并發(fā)現(xiàn)在年輕成熟鼠和成年鼠位于牙尖和頸部的OD中的Nav1.6與TRPA1的表達分布存在相關性[18]。如上所述，OD上TRPA1已被證明與感受外界冷刺激相關，年輕成熟鼠和成年鼠Nav1.6與TRPA1的相關性表達分布可能提示Nav1.6亦參與了冷刺激的傳導，也可能表明年輕成熟鼠和成年鼠牙齒對冷刺激感覺的發(fā)育完成。

3.Ca2+通道

早期的研究證實了OD細胞膜上電壓門控的和非電壓門控的鈣離子通道參與了牙本質形成階段的信號傳導和牙本質形成過程[19]。然而，現(xiàn)在的諸多證據(jù)還顯示Ca2+通道在OD的感覺傳導中有重要的作用。Westenbroek RE等[20]通過免疫組化發(fā)現(xiàn)在OD細胞體和突起上存在大量的L型Ca2+(Cav1.2)通道，牙齒的損傷10min后OD上的Ca2+通道消失，60min后重新出現(xiàn)，但低于正常水平，3d后恢復至正常水平。多項研究證明L型Ca2+通道的減少是組織損傷的重要標志，損傷激活L型Ca2+通道，可以促進相關細胞分泌神經營養(yǎng)因子促進神經元以及OD的存活和修復。此結果提示L型Ca2+通道在感受和抵御牙齒損傷方面可能發(fā)揮作用，亦可能參與了牙齒感覺的修復過程。研究還發(fā)現(xiàn)N型機械敏感的Ca2+通道(Cav2.2)在OD初級纖毛的基部大量聚集，牙本質小管內液體流動引起初級纖毛的彎曲可能激活N型機械敏感的Ca2+通道，從而傳導機械刺激。

4.K+通道

目前對OD細胞膜K+通道的研究主要集中于KCa和屬于K2P離子通道家族的TREK-1離子通道。KCa離子通道是一種高電導的Ca2+激活的K+通道。Allard B等[21]的研究顯示其具有機械敏感性(細胞膜拉伸導致激活)，其在OD頂端的集中可能提示其不僅參與了OD牙本質礦化過程，亦能夠感受牙本質小管內液體流動，將液體流動的機械信號轉換為細胞電信號，在牙齒感覺的信號傳導中發(fā)揮作用。TREK-1 K+通道是目前研究最多的K2P離子通道，其能夠被拉伸、流體、溫度、pH、麻醉劑等多種刺激激活，從冠部到根部的OD細胞膜上，其表達直線下降，與牙髓神經的分布存在相關性，提示其可能具有多覺感受器功能[6,22,23]。

5.初級纖毛

近一個世紀以來，在細胞生物學中，初級纖毛被視為一個孤立細胞器以及退化結構[24]。然而，目前研究發(fā)現(xiàn)初級纖毛可能是一個基本的感受細胞器，能夠從微環(huán)境中檢測和傳導機械或化學信息。Pazour GJ等[25]研究發(fā)現(xiàn)腎細胞的初級纖毛具有機械敏感性，其彎曲會啟動整個細胞和鄰近細胞的Ca2+信號傳導通路。Praetorius HA等[26]研究發(fā)現(xiàn)MDCK細胞上的初級纖毛能夠感受腎小管管腔中流量和離子濃度的變化，并通過Ca2+信號傳導調節(jié)重吸收過程。細胞纖毛出現(xiàn)在目前幾乎所有的哺乳動物細胞中，這個結構好比是細胞伸展到細胞外空間的觸角。Bisgrove BW等[27]，Pan J等[28]以及GerdesJM 等[29]均論述了初級纖毛在調控生理和發(fā)育方面的關鍵作用。

Thivichon-Prince B等[30]在體內體外實驗中均有發(fā)現(xiàn)OD表達纖毛內部的主要蛋白，從而表明OD具有初級纖毛細胞器結構。其結構與中心粒相似，并和高爾基復合體密切相關[31,32]。Ascenzi MG等[33]研究發(fā)現(xiàn)軟骨細胞的纖毛為機械傳感器，通過初級纖毛對外界機械刺激的感知，導致軟骨細胞外基質的直接分泌，從而建立了軟骨生長板的組織各向異性。OD初級纖毛平行于牙本質壁，頂端部分，面向牙髓中心，推測其也可能有細胞定向功能或定向分泌高爾基復合體分子的作用(分泌形成牙本質基質)，如形成軟骨一樣。

神經纖維和纖毛之間的密切關系已明確被多聚胱氨酸受體(PC1和PC2)的表達所證明，其是機械敏感的Ca2+通道，位于纖毛的基部，會被廣泛的刺激所激活[34,35]。在腎細胞，初級纖毛是一種液體流動傳感器。因此，推測OD上初級纖毛在牙本質應變和牙本質小管內的液體流動下會彎曲，啟動信號轉導過程，將刺激傳遞給與之關系密切的神經纖維[36]。目前對初級纖毛在OD中的功能研究報道比較缺乏，其具體的感覺功能尚需要進一步研究。

綜上所述，OD具有獨特的細胞形態(tài)學特征，在牙髓組織中位置特殊，表達種類較多的感覺相關離子通道，具有初級纖毛細胞器結構，說明其可能在傳導牙齒感覺方面發(fā)揮重要作用。然而目前能與OD感覺相關的研究報道尚較少，感覺傳導具有十分復雜的機制，OD在感覺傳導過程中的分子機制還需要進一步研究確認。

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