甲狀旁腺激素應用于成人正畸治療的實驗研究進展*

王曉婷 陳榮敬 房 兵

隨著醫學不斷進步，生活水平不斷提高，社會中、老年人口比例也在不斷上升。錯頜畸形不但破壞口頜面美觀，并且影響咀嚼功能，甚至對心理健康造成影響[1]，越來越多的中老年人出于對功能和美觀的考慮要求正畸治療。在美國，成人的正畸比例從1981年的15.4%提高至2013年的23%[2]。在老齡化更嚴重的亞洲，40歲以上的正畸患者人數在2008到2012年間大幅增加[3]。與青少年不同，中老年患者的骨代謝速率明顯降低，甚至患有全身骨代謝疾病，可能干擾正畸治療，最終導致牙齒移動速率下降，不良反應增加。目前正畸療程一般為21到33個月[4，5]，漫長的治療時間降低患者對于正畸治療接受程度。特別是在成人患者正畸過程中，隨著治療時間的增加，牙根吸收、牙槽骨高度降低及牙齦退縮風險提高，這些并發癥不僅影響患者對正畸治療的滿意度，更對患者的口腔健康造成隱患。因此縮短正畸治療時間、減少正畸并發癥一直是患者以及醫生關注的話題[6]。

目前普遍認為正畸力作用于牙根從而誘發牙槽骨改建是牙移動的主要原因，當正畸力作用于牙齒時，在根周膜的范圍內就會出現兩種截然不同的牙槽骨改建形式[7]，壓力側牙周膜壓縮，張力側拉長。在此過程中壓力側牙周膜出現毛細血管內皮細胞退行性改變[8]，局部產生無菌性炎癥，鄰近壞死區牙槽骨骨髓腔中出現大量破骨細胞發生骨吸收。而張力側牙槽骨則表現為抗炎環境，分泌大量抑炎因子和轉化生長因子，從而促進骨生成[9]。可以說牙槽骨的改建速率決定了牙齒移動的速率[10]，但中老年患者由于骨代謝速率明顯下降，表現為骨吸收和骨形成速率同時下降[11，12]，可能是導致中老年人牙移動困難的原因之一[13]。

甲狀旁腺激素(PTH)是調節血液鈣磷平衡的主要激素之一，由84個氨基酸組成，對骨代謝起到雙向調節作用，明顯增加骨轉換速率[14]：一方面能夠促進成骨細胞生長和骨組織礦化；另一方面也能發揮誘導破骨細胞的分化，促進破骨細胞的功能的作用[15]。目前應用于人體的商品化甲狀旁腺激素相關肽名為特立帕肽，即重組人甲狀旁腺激素1-34(rh PTH 1-34)，包含人PTH N端34個氨基酸序列，可以與G蛋白偶聯PTH I型受體相互作用，從而激活cAMP(腺苷酸環化酶)依賴的蛋白激酶A(PKA)及鈣依賴的蛋白激酶C信號通路[16]。一方面提高抗凋亡基因Bcl-2的表達，增加成骨細胞數量，抑制細胞周期蛋白D的表達，促進骨祖細胞向成骨細胞分化并且能夠調節成骨細胞功能[17]。另一方面cAMP和PKA的激活增加IL-6、RANKL的分泌與表達從而加速骨吸收[18]。

由于正畸過程中同時發生成骨和破骨兩種反應，因此尋找一種既能促進加速牙周膜張力側牙槽骨形成，減少牙骨質吸收及牙槽骨高度下降，又能增加牙周膜壓力側骨吸收的藥物或方法成為加速牙移動、減少正畸并發癥的關鍵。但以往使用促進成骨或破骨的藥物無法同時滿足正畸牙移動的雙向要求，而甲狀旁腺激素及其相關肽的出現可能打破目前的困境。目前已有許多研究證明甲狀旁腺激素及其相關肽能夠在正畸治療過程發揮積極作用，現總結如下。

1.甲狀旁腺激素加速正畸牙移動

1999 年Soma等[19]對雄性大鼠進行牙移動實驗，在切牙與第一磨牙之間安裝拉簧施加30g正畸力。利用皮下滲透泵每天持續性給予PTH(1-84)10ug/100g體重及PTH(1-34)4ug/100g體重，均能夠明顯加快牙移動速率，并且利用組織切片觀察到實驗組壓力側的破骨細胞數目與同組對照側及空白組比較明顯增加。為了增加牙移動區域PTH(1-34)的濃度和留存時間，2000年Soma[20]利用甲基纖維素凝膠(2%w/v)制備PTH(1-34)的緩釋制劑，隔天在大鼠上頜第一磨牙的近中腭部區域內以1.0ug/400g體重局部注射，發現與局部注射鹽溶液組及空白組比較在正畸力施加后的第6、9、12天時實驗組牙移動速率加快。并且在施加正畸力12天后，雖然能夠在空白組的牙周膜壓力側可以觀察到破骨細胞，但牙周膜間隙仍舊狹窄，而在PTH(1-34)凝膠緩釋組可見增寬的牙周膜間隙以及破骨細胞，且在非施力側并未觀察到牙周膜間隙的改變和破骨細胞的出現。這一現象提示，在正畸力的作用下，PTH(1-34)能夠通過早期激活壓力側破骨細胞功能而加快牙移動的速率。

盡管Soma的實驗證明PTH(1-34)的局部應用能夠提高牙移動速率，但目前應用于人體的商品化甲狀旁腺激素(特立帕肽)給藥方式仍是每日皮下注射，因此Li等[21]按照人體給藥方式，每日給予SD大鼠皮下注射PTH(1-34)4ug/100g體重，并在大鼠切牙與第一磨牙之間施加40g正畸力，發現與空白組相比較，PTH(1-34)組第一磨牙的牙移動速率明顯提高，TRAP染色顯示在第6、9、12天時牙周膜壓力側的破骨細胞增多且骨吸收陷窩更大，并且通過免疫組化分析，發現PTH(1-34)能夠同時上調壓力側牙周膜內成骨細胞破骨相關蛋白RANKL及成骨相關蛋白IGF-1的表達。此外，S.Lossd?rfer等[22]發現PTH(1-34)在牙移動晚期(21天)能夠促進張力側牙周膜組織OPG的表達，輕微下調RANKL的表達，通過提高張力側OPG/RANKL的比值促進成骨。以上研究說明甲狀旁腺激素能夠同時刺激壓力側骨吸收和張力側骨生成來提高正畸牙移動速率。

2.甲狀旁腺激素促進牙周組織修復

牙槽骨作為全身骨系統的組成之一，受全身骨狀態的影響，同時牙槽骨骨密度降低也可以預測全身骨質疏松狀態[23，24]。已有研究顯示，骨質疏松患者由于牙槽骨密度下降以及牙槽嵴高度降低導致牙齒脫落風險顯著增高[25，26]。隨著正畸患者中中老年患者的比例不斷增加，在這類病人的牙槽骨上施加正畸力所面臨牙槽骨高度降低、牙齦退縮的風險也更大[27，28]。多中心臨床試驗已經證實PTH(1-34)能夠增加骨質疏松病人的骨密度，降低其骨折風險[29，30]。且PTH(1-34)的使用同樣能夠改善牙槽骨的骨密度[31]，有效維護甚至提高牙槽嵴頂的高度。慢性牙周病患者在接受牙周手術后，每日接受20ug PTH(1-34)皮下注射，六個月后其牙周探診深度減少程度及牙周附著水平相較于空白組均有明顯提高[32](探診深度減少：2.42mm vs.1.32mm；牙周附著水平：1.58mm vs.0.42mm)。在正畸牙移動過程中牙周膜壓力側另一顯著特征為早期牙周韌帶變性壞死以及穩定期牙周組織的修復再生[33]。牙周組織恢復不僅包括牙槽骨再生，更重要的是牙槽骨與牙骨質通過牙周膜的再連接。Vasconcelos DF[34]等在大鼠下頜第一磨牙遠中根頰側創造骨開窗模型，分別使用PTH(1-34)40ug/kg和安慰劑，發現PTH(1-34)組在牙周總愈合面積、新骨骨密度及牙周膜纖維再附著的表現均優于安慰劑組。Siliva[35]等對大鼠切牙進行了壓入處理，發現跟安慰劑組相比較PTH(1-34)組(40ug/kg)牙骨質上的Sharpy纖維密度更高。該研究結果提示PTH(1-34)不僅能促進牙周組織愈合，并且很可能在正畸后提高牙根穩定性，減少錯頜畸形復發上發揮積極作用。

對于牙周組織修復再生，其終極目標是恢復缺損牙周組織的形態、結構以及功能。盡管目前已取得可喜的進展，但最大的桎梏仍舊是缺乏足夠的干細胞以及祖細胞重建牙周膜及牙槽骨[36]。PTH(1-34)已被證實是一種DPP-IV抑制劑，可增強SDF-1α驅動的干細胞歸巢[37]，促進干細胞在損傷組織的再定位[38]，不僅能夠增強成骨細胞、骨髓干細胞的成骨能力，也能刺激牙周組織中牙周膜干細胞的成骨相關基因RUNX2、SP7的表達[39]，從而促進牙周組織的修復。

3.甲狀旁腺激素與正畸牙根吸收

正畸導致的牙根吸收是牙移動過程中不可逆的病理性結果，也是正畸醫生治療過程中難以避免的問題。研究顯示，正畸完成后牙根吸收發生率大于90%，在這其中約有1%～5%會發生嚴重的牙根吸收[40]，特別是在骨質疏松的狀態下，其正畸誘導的牙根吸收不論是在吸收面積、深度或體積上均有顯著增加[41]。不僅會導致冠根比例失調，還會引起牙根穩定性下降，甚至導致牙齒松動脫落。與牙槽骨吸收過程相似，牙根吸收也始于正畸力導致的根周膜缺血性損傷，無菌性壞死[42]，在牙根周范圍內高表達 COX-1，COX-2，IL-1β，TNF-α，RANKL和M-CSF等炎癥因子[43]，來自根周膜和外周血的TRAP陽性細胞在牙骨質表面富集形成吸收陷窩[44，45]。而PTH(1-34)已被證實能夠通過抑制炎癥細胞和炎性因子，從而間接發揮促進骨愈合的作用[46]。幾乎所有牙在正畸過程中都會出現牙根吸收，但絕大多數會通過成牙骨質細胞的修復從而恢復牙根外形。但當成牙骨質/破牙骨質穩態遭到破壞則會出現牙骨質不可逆性地破壞吸收。Wang等[47]研究顯示PTH能夠下調成牙骨質細胞內轉錄因子DMP1的表達，上調成骨/成牙骨質相關基因RUNX2和Prg4的表達，從而發揮維持礦物質穩態的作用。此外在牙根的發育期間，PTH相關蛋白及其受體在牙根表面高表達，通過轉錄因子Osx介導牙根表面的礦化沉積，在保證牙根長度和促進牙根形成方面發揮重要作用[48]。

近些年來也有部分研究將牙根吸收的原因聚焦于成牙骨質細胞功能障礙。Matsuzawa H[44]等研究顯示，牙周膜壓力側成牙骨質細胞數量明顯減少，Diercke K等[49]通過基因本體分析發現成牙骨質細胞在壓力和炎癥因子的作用下細胞凋亡相關的基因明顯上調，且壓力與促炎刺激(IL-1β)聯合作用增強了凋亡相關通路的正調控。此外也有研究顯示，機械力能夠誘導牙周組織炎癥因子的表達上調和根周細胞成骨相關基因的表達抑制，而PTH(1-34)能夠有效降低骨組織和牙周組織中IL-1β、IL-6的表達[50]，扭轉因機械刺激導致的成牙骨質細胞成骨相關基因表達的抑制，促進成牙骨質細胞在應力條件下繼續發揮成牙骨質作用[51]。

4.總結

隨著全世界老齡化程度的不斷提高，骨質疏松的患病率也逐漸升高，全球超過兩億人患有該病[52]。與此同時，口腔健康意識不斷加強使得一部分大齡人口因修復需要或是美觀問題尋求正畸治療[53]，其中一部分正畸患者或合并骨代謝疾病，如骨質疏松癥，傳統的治療骨質疏松的藥物，如雙磷酸鹽類、鐳奈酸鍶等，因其骨吸收的延遲作用使得正畸牙移動出現困難，牙周膜局部表現為壓力側破骨細胞、炎癥細胞數量明顯減少[54]。臨床表現包括難以關閉正畸間隙，牙齒傾斜移動，牙根平行度欠佳等問題，使得正畸療程明顯增加[55-57]。而甲狀旁腺激素以其在牙移動過程中同時具有促進牙周膜壓力側破骨、張力側成骨的雙重作用，能夠明顯加快牙移動速率，且在正畸牙移動過程中促進牙周組織愈合，減少牙根吸收，很有可能成為解決中老年患者正畸治療的理想方案。但近五年來關于甲狀旁腺激素加速正畸牙移動的研究相對較少，其效果還需要最新的動物實驗乃至臨床實驗進一步證實。此外，甲狀旁腺激素在牙周膜壓力側同時促進骨吸收和抑制牙根吸收的作用看似矛盾，其機制仍需要更深入的研究。