牙本質生物活性成分的研究現狀

徐召南 畢也 嚴敏 郭曉偉 張魯魯

【摘要】牙本質是成牙本質細胞分泌并礦化的細胞外基質，是牙齒的重要組成部分。在疾病或外傷條件下，牙本質基質中的生物活性成分被釋放，促使牙本質和牙髓具有較強的再生能力，本文將對牙本質基質內的生物活性成分種類及其釋放方式做一綜述.

【關鍵詞】牙本質；細胞外基質；生物活性；再生

牙本質是成牙本質細胞分泌的細胞外基質，在組成成分上與骨組織相似，但在形態及與細胞相互作用方面同骨組織存在明顯的差異。牙本質在人的一生中均有形成，無論是生理性牙本質還是病理性牙本質的形成，均包括細胞的分化、細胞外基質的分泌與基質的礦化【1】。成牙本質細胞通過細胞突起深入牙本質小管內，貫穿牙本質全層，使牙本質成為活的組織。在牙齒的發育過程中，成牙本質細胞分化后開始表達其特定基因產物并分泌形成牙本質基質，如Ⅰ型膠原和少量的非膠原蛋白。同時，成牙本質細胞還分泌其他一些信號分子如轉化生長因子-β（TGF-β）、胰島素生長因子-1和2（IGF-1和2 ）、骨形態發生蛋白（BMP）家族等。這使得牙本質成為各種生物活性分子的存儲庫.

1牙本質細胞外基質成分與生物學行為

1.1牙本質基質分子

目前人們已經證實，在牙本質與前期牙本質內存在大量的生物活性分子，在牙齒組織形成過程中具有重要的調節作用。牙本質主要由兩部分組成，即礦化的硬質（牙本質的主要組成）與由膠原蛋白與非膠原蛋白構成的細胞外基質。非膠原蛋白含有大量的具有典型生物學特征的調節分子：牙本質涎蛋白（DSP）、牙本質磷蛋白（DPP）、骨涎蛋白（BSP）、牙本質基質蛋白1（DMP-1）、骨橋蛋白（OPN）、細胞外基質磷酸糖蛋白（MEPE） 【2】。

細胞外基質磷酸糖蛋白（MEPE）屬于骨組織基質蛋白，在成骨細胞、骨細胞和成牙本質細胞上均有表達，M.MacDougal等提出MEPE僅在未成熟的成牙本質細胞中表達，在成牙本質細胞分化后表達下調， MEPE對礦化過程呈無促進或低促進作用。礦化過程可能是這些基質成分促進和抑制礦化作用相互平衡的結果。一些非磷酸化蛋白包含：骨鈣素（OC）、富含亮氨酸的蛋白多糖（SLRPs）等在調節礦化方面也起著重要作用，骨鈣素（OC）主要存在于骨基質中，在成牙本質細胞體與細胞突起內也有發現，可能與相鄰釉質的成熟有關。存儲于前期牙本質內的富含亮氨酸的蛋白多糖（SLRPs）通過與鈣離子結合，在礦化過程中發揮作用。

1.2生長因子與細胞因子

牙本質可以釋放大量具有生物活性的生長因子如：轉化生長因子-β（TGF-β）、胰島素生長因子-1和2（IGF-1和2 ）、成纖維細胞生長因子-2（IGF-2）、腎上腺髓質素以及促血管生長因子，包括血小板衍生生長因子（PDGF），血管內皮生長因子（VEGF）. 這些信號分子與牙本質基質中的核心蛋白聚糖和二聚糖相結合，隔離在作為生長因子儲庫的牙本質基質中 ，利于其生物活性的保存。經體內外實驗研究證實，這些生物分子在牙髓牙本質復合體修復過程中可以促進礦化。TGF-β1和骨形態發生蛋白7（BMP-7）在促進牙齒再生方面具有明顯作用。最近研究表明，在牙本質內發現了促炎細胞因子、抗炎細胞因子和趨化因子。在牙髓牙本質復合體的免疫與再生反應過程，生長因子隨著基質成分一起被梯度釋放，可以促進牙髓干細胞分化，參與修復性牙本質的形成。

牙本質內的腫瘤壞死因子-α（TNF-α）作為促炎因子與免疫調節因子，在齲病發生發展過程中發揮重要作用，體外實驗證明在低濃度條件下可以促進牙髓細胞向成牙本質樣細胞方向分化及礦化的發生。

1.3神經營養因子

成牙本質細胞來源于顱神經嵴細胞，在牙髓牙本質復合體內，成牙本質細胞與神經元聯系密切，因此，人們開始關注神經炎癥反應在保護牙髓過程中的作用。神經生長因子作為神經營養因子（neurotrophin factors ，NTFs）家族最先發現的成員，是神經系統最重要的生物活性分子之一，NGF 參與了牙齒發育中神經支配的建立過程，當牙齒發育基本完成后 NGF 的表達會明顯減少。炎癥組織的修復過程在很大程度上可看作是組織發育過程的重復，NGF 在正常狀態下保持很低的基礎量，維持一種動態平衡，當發生炎癥和外傷刺激時此平衡被打破，表現為一系列病理生理改變 ， 說明 NGF 在牙齒損傷后的痛過敏及修復反應中起重要作用。

2牙本質生物活性成分的釋放

近年來，有學者研究發現將氫氧化鈣、無機三氧化聚合物（MTA）覆蓋于暴露的牙本質表面，可以促進牙本質基質成分的釋放，從而促進修行牙本質的形成。這些基質成分可以通過直接作用于成牙本質細胞，或是通過信號誘導未分化的牙髓干細胞來影響牙本質的再生。因此，目前我們需要研究如何有效的促進牙本質內活性成分的釋放。

酸性，堿性條件以及中性螯合劑作用是目前最常用的提取牙本質細胞外基質成分的方法，氫氧化鈣和MTA通過產生堿性環境中原位氫氧化鈣的溶解，促進牙本質非膠原蛋白的釋放，使腎上腺髓質激素與TGF-β1能夠發揮生物活性。MTA作為蓋髓材料作用于暴露的牙髓組織，可以促進牙髓細胞的增殖、分化及牙本質橋的形成。

通過研究更為有效的促進牙本質基質成分釋放的材料，弄清牙本質生物活性分子相互作用的機制，可以為牙髓牙本質再生修復治療提供新方法。

3生物活性成分在組織再生方面的作用

牙本質是富含各種生物活性的細胞外基質，這些生物活性成分在穩定狀態下相互作用保持牙齒的健康。牙髓牙本質復合體的修復與再生過程同其他組織器官的修復過程一樣，屬于自然傷口的愈合反應。愈合反應的復雜程度同組織損傷的嚴重程度相一致。

當牙齒受到溫和的外界刺激時，成牙本質細胞會增加基質的合成和分泌。主要是各種信號分子通過一系列的級聯反應使成牙本質細胞分泌牙本質基質的功能上調，從而形成反應性牙本質基質。當牙齒受到強烈的外界刺激時，會造成局部成牙本質細胞的死亡，牙髓組織中具有分化潛能的細胞將移行到該處，并分化為成牙本質細胞樣細胞取代死亡的細胞，然后合成和分泌修復性牙本質。雖然目前對牙本質修復過程的機制尚不十分清楚，但牙本質內的生物活性成分在修復過程中發揮的重要作用已得到人們的肯定。

在修復過程中，成牙本質細胞活性降低的時候，牙本質基質成分在損傷部位釋放，可以募集大量的祖細胞到該處，促進細胞大量增殖并向成牙本質細胞方向分化。TGF-β1作為趨化因子，被證明對牙乳頭干細胞具有趨化作用。多種生長因子與基質成分被證實對牙髓干細胞均具有趨化作用。這對于牙齒的修復與重建具有重要意義。牙本質內的信號分子與基質成分，在低濃度條件下可以促進祖細胞的大量增殖，高濃度促進增殖作用被抑制。雖然目前我們并不清楚哪些分子在這一過程中起主要作用，但TGF-β1已被證實，在高濃度條件下可以抑制細胞的增殖。

牙齒發育于組織牙修復具有許多相似之處，在鐘狀晚期，內層牙板上皮產生的生長因子，尤其是 TGF-β家族，通過基底膜誘導成牙本質細胞分化。當組織損傷時，成牙本質細胞釋放，因齲脫礦或其他組織損傷導致一些基質成分在局部釋放，所釋放的生物因子可以導致修復性牙本質的形成，牙本質基質在這一過程中可能充當基底膜的作用。牙本質包含著各種生長因子與細胞因子，不可能單純的是某一種因子在誘導成牙本質樣細胞分化方面起作用。雖然我們對各生長因子信號通路間協同作用的了解是有限的，但這種協同作用可能是成牙本質樣細胞分化的關鍵。

牙髓內豐富的血管是初期牙本質形成主要的營養來源，在二期牙本質形成過程中，隨著牙髓內血管退化，成牙本質細胞分泌能力將降低。牙齒損傷后形成修復性牙本質，這導致對營養需求的增加，在再生的組織內可以發現新生血管的形成。信號分子在血管形成方面的作用仍需要探索。。牙本質內含有促血管再生因子包括：血管內皮生長因子（VEGF），血小板衍生因子AB（PDGF-AB），胎盤生長因子（PLGF），成纖維生長因子2（FGF2）和表皮生長因子（EGF）。有研究發現，這些生長因子的存在，為牙本質牙髓再生過程中血管的生成提供信號傳導，在血管再生方面具有潛在性作用。

綜上所述，牙本質基質內的生物活性成分通過刺激、調節細胞的各種生物活動，在牙髓牙本質再生過程中發揮重要作用。研究牙齒的這種先天修復系統，有效利用牙本質基質成分為臨床修復牙體缺損，治療牙體缺失提供新的治療方法。

【參考文獻】

[1]Schour I， Hoffman M M. Studies in Tooth Development II. the Rate of Apposition of Enamel and Dentin in Man and Other Mammals[J]. Journal of Dental Research， 1939， 18（2）： 161-175.

[2]He G， Dahl T， Veis A， et al. Nucleation of apatite crystals in vitro by self-assembled dentin matrix protein 1[J]. Nature materials， 2003， 2（8）： 552-558.