種植體周結締組織附著的研究進展

付齊月，李尊泰，齊曉爽，韓春雨，張慧彥，張震陽，孟維艷

種植義齒被稱為人類的第三副牙齒，已逐步成為牙列缺損或缺失患者首選治療方案，前些年人們一直致力于種植體骨結合方面的研究，而近年來種植體周圍軟組織結合的研究逐漸成為熱點。因為維持種植體長期臨床穩定性除了需要具有良好的骨結合外，還要在種植體穿齦處形成良好的軟組織封閉，以作為防止口腔細菌侵入和預防種植體周圍組織感染的生物屏障。種植體周圍軟組織封閉包括上皮附著與纖維結締組織附著。上皮附著是阻止細菌侵入的第一道屏障，但其具有沿種植體表面向根端遷移的特性，細菌可隨之向根方侵入，而上皮附著下方穩固、健康的纖維結締組織能夠阻止結合上皮(junctional epithelium，JE)向根方遷移，維持穩定的種植體-軟組織界面。但大量研究顯示種植體周結締組織中的膠原纖維平行于種植體表面排列，而非類似于天然牙中垂直并插入牙骨質表面，因此，種植體周結締組織附著強度遠弱于天然牙。為加強結締組織附著強度，對種植體頸部改性處理成為近年來研究熱點，本文將從種植體周結締組織附著及影響結締組織附著的影響因素兩方面進行綜述。

1 生物學寬度與生物防御

生物學寬度被首先提出于天然牙中，定義為牙槽嵴頂距齦溝底的距離，恒定約為2.04 mm，由JE及JE根方與牙槽嵴頂之間的纖維結締組織構成[1]。與天然牙類似，種植體周圍也存在生物學寬度這一概念，即從種植體周圍黏膜頂端到種植體-骨結合位點(位于牙槽嵴頂根方)之間約3～4 mm的較為恒定的距離，組織學構成上與天然牙有所不同，其額外納入了種植體周圍齦溝上皮[1-2]，這可能是由于JE最冠方難以確定。

無論是在天然牙中還是在種植體周圍，生物學寬度存在的最大意義就是形成軟組織屏障抵御外界刺激，包括物理刺激與細菌侵入，而JE與結締組織在生物防御作用方面又存在差異。JE通過基底膜和半橋粒與種植體表面緊密結合[3-4]，其生物防御作用主要表現在上皮屏障、組織代謝更新、免疫活性細胞、后天獲得性免疫反應四方面[5-7]。JE下方的結締組織能夠支持JE，防止JE向根方遷移。成纖維細胞是結締組織中的主要細胞，負責組織更新，當細菌突破JE后，細胞在細菌及其產物的刺激下分泌細胞因子與趨化因子等，局部招募免疫細胞啟動先天性免疫應答,促進炎性細胞聚集；與此同時合成分泌相關因子，促進膠原合成，參與組織改建和傷口愈合[8-9]。簡單來說，JE是阻止細菌侵入的第一道防線，主要有物理屏障、免疫監視及促炎作用，而結締組織主要是支持上皮、組織修復、免疫保護及促炎作用。

2 種植體周結締組織附著

2.1 種植體周結締組織的組成

種植體周圍纖維結締組織是指結合上皮根端與牙槽嵴頂之間的結締組織，是構成種植體周生物學寬度的一部分，與種植體表面氧化層緊密附著，主要由膠原纖維、細胞、血管和細胞外基質等組成。成纖維細胞是主要細胞成分，但含量較少，且在不同部位，各種組成成分的占比差異也較大。靠近種植體表面的400～800 μm區域是結締組織附著區，又分為內外側兩個區域。內側區貼近種植體表面，寬約40～100 μm，類似于瘢痕組織，特點是無血管，膠原纖維細小，大量的成纖維細胞位于膠原纖維之間，且成纖維細胞平行于膠原纖維和種植體表面；外側區與內側區呈橫向連續，富含血管結構，細胞含量較少，膠原纖維多而粗大[10-12]。

2.2 牙齦成纖維細胞與種植體表面的結合方式

成纖維細胞與種植體表面不是直接連接，而是通過細胞外基質(extracelluar matrixc, ECM)粘附于種植體表面。根據成纖維細胞膜與ECM表面之間的距離，連接方式分為三種：粘著斑連接、緊密連接和ECM連接[13]。粘著斑：細胞膜與ECM之間間隙<15 nm，是成纖維細胞與種植體表面之間的主要連接方式，位于肌動蛋白微絲束的膜下終末位點，胞內粘連蛋白(粘著斑蛋白等)將細胞骨架(肌動蛋白絲等)與跨膜轉運蛋白(整合素等)連接在一起，整合素與ECM中的纖連蛋白(fibronectin,FN)等成分結合形成粘著斑[13-14]。粘著斑不僅為細胞粘附到細胞外基質提供了機械結合位點，也是粘附相關信號轉導開始的位點[15]。緊密連接：細胞膜與ECM之間間隙約30～50 nm，通常位于粘著斑周圍；ECM連接：細胞膜與ECM之間間隙>100 nm，是無胞內粘連蛋白存在的、由細胞外蛋白物質鏈連接細胞膜與ECM的連接方式[3]。

2.3 膠原纖維與種植體表面的附著與排列方向

由于種植體表面缺乏牙骨質存在且光滑，導致膠原纖維的附著位置與排列方向均與天然牙有極大不同。天然牙頸部的結締組織附著，類似于牙周膜組織，其膠原纖維起于牙骨質，止于牙槽骨骨膜或口腔上皮組織，相互交織成束狀、網狀走行，多垂直于牙齒表面。光滑種植體周圍的膠原纖維多呈束狀起始于牙槽嵴頂，平行或斜行于種植體表面排列，通過種植體表面約20 nm厚的糖蛋白(纖連蛋白)粘附于種植體表面[11,16]。

3 影響結締組織附著的因素

3.1 表面粗糙度

表面粗糙度是指加工表面具有的較小間距和微小峰谷的不平度，輪廓的算術平均差(Ra)是最常用的粗糙度指標，Ra值越小，則表面越光滑。不同粗糙度的種植體表面對成纖維細胞的粘附、增殖以及膠原沉積產生不同影響。Kunzler等[17]通過控制噴砂、酸蝕的時間獲得梯度粗糙度表面，研究發現Ra=5.7 μm的表面有利于成纖維細胞早期粘附，Ra=2.0 μm的表面成纖維細胞增殖率最高。Nothdurft等[18]實驗結果表明人牙齦成纖維細胞在粗糙表面(Ra=1.5 μm)的粘附與增殖明顯高于光滑表面(Ra=0.07 μm)。Thomas等[19]認為粗糙度能夠改變細胞的生長方向且增強細胞附著強度。有文獻報道成纖維細胞生長的最佳表面粗糙度范圍是0.1～0.15 μm[20]，但有研究顯示成纖維細胞接種在亞微米級粗糙度(Ra=0.106 μm)表面4 h后，形成粘著斑量顯著低于光滑表面[21]，粗糙表面抑制成纖維細胞初始粘附，因此關于適宜成纖維細胞生長的粗糙度值尚無定論。此外，對于不同材料，細胞對粗糙度的反應也有所不同，對于鈦合金，粗糙表面較光滑表面更有利于成纖維細胞的增殖，而對于氧化鋯，結果則與之相反[22]。Mehl等[23]通過在不同級別粗糙度的二硅酸鋰、氧化鋯與鈦表面上培養牙齦成纖維細胞，結果表明最光滑的機械加工表面有利于細胞粘附。總之，由于材料差異、制備方法不同等，關于粗糙度對成纖維細胞粘附與增殖的影響尚難以下定論。

3.2 表面微觀形貌

表面微觀形貌如微槽、納米孔、納米管等，可以影響細胞的生物學行為[24]。微溝槽能夠促進成纖維細胞的粘附及種植體周圍結締組織附著[25]，Lai等[26]認為寬60 μm、深5 μm或10 μm可能是種植體頸部微溝槽的最佳設計，該尺寸的表面上成纖維細胞形態發生改變最明顯，細胞不僅位于微槽嵴頂部同時出現在微槽內，長軸與微槽平行，沿微槽方向排列、遷移，FN mRNA表達水平最顯著。Yamada等[27]研究發現海綿狀納米表面不僅能夠激活并增強成纖維細胞功能，且影響膠原纖維的產生和排列方向，誘導牙周樣結締組織附著。二氧化鈦納米管(直徑70～90 nm)表面促進成纖維細胞的粘附、遷移、增殖和分化[28]。已有學者研究證實激光蝕刻(Laser-lok)表面的“微通道”不僅組織成纖維細胞有序排列粘附，還可以形成結締組織粘連，有效阻止JE下移[29]。有學者認為雖然微米與納米表面均能影響成纖維細胞粘附，對膠原纖維有導向作用，但微米表面抑制膠原產生[30]。另有研究表明直徑100～120 nm的二氧化鈦納米管表面抑制成纖維細胞粘附[31]。這些研究結果的不一致可能與孔隙大小、分布密度有關，但關于微觀形貌對成纖維細胞的影響僅從以上文獻中難以給出定論。

3.3 表面化學成分

目前臨床上廣泛應用的種植體基臺有鈦基臺、氧化鋯基臺和金基臺，通過體外實驗發現與鈦合金相比，成纖維細胞在氧化鋯表面上表現出更高的粘附與增殖[18,32]，細胞在材料表面的粘附強度按以下順序降低：鈦、氧化鋯、金合金，且金合金有明顯的細胞毒性[10]。近年來有學者提出了一種新型植入材料——聚醚醚酮(poly-ether-ether-ketone, PEEK)，且發現PEEK較鈦表面牙齦成纖維細胞的粘附和增殖明顯增加[33]。除材料本身不同導致化學成分有差異外，表面處理也能夠改變表面的化學成分，實驗發現成纖維細胞在TiO2-Cu2+涂層上的粘附和增殖以及膠原沉積顯著增強，且Cu2+能夠通過提高細胞內特殊蛋白(α-SMA和CTGF)含量，加速成纖維細胞向纖維化表型轉變并分化為肌成纖維細胞[34]。此外還有Ca2+、Mg2+[35]、Zn2+[36]、Ag2+[31]等離子可以調節成纖維細胞的生物學行為。但應用以上金屬陽離子時必須注意引入離子濃度，濃度過高時對細胞反而有殺傷作用。

3.4 生物活性分子

成纖維細胞粘附的基礎是鈦表面吸附基質中蛋白成分及粘著斑的形成，因而近年來許多學者將相關蛋白質、細胞生長因子、多肽、膠原等生物活性分子固定在材料表面，以刺激成纖維細胞的代謝活力，加速種植體周圍軟組織的愈合。表皮生長因子可能通過激活細胞膜上的受體，進一步激活MAPK信號通路，上調人成纖維細胞中Ⅰ型、Ⅲ型膠原蛋白和彈性蛋白的表達[37]，促進軟組織早期愈合。在微溝槽鈦表面固定FN的實驗結果說明FN通過刺激FN介導的粘著斑形成和FN原纖維形成(即基質合成)誘導成纖維細胞增殖，及通過調節參與細胞周期進展的特定基因的表達，促進成纖維細胞增殖[38]。精氨酸-甘氨酸-天門冬氨酸(RGD)序列是許多細胞外基質蛋白的粘附位點，通過與細胞表面的整合素受體結合而調控細胞的粘附，有學者將含有RGD序列的多肽固定于鈦表面，結果發現(—RGD—)4和(—RGD—)8靶肽促進L929細胞對材料的粘附和細胞擴散[39]。與細胞粘附相關的蛋白種類繁多，因此鈦表面生物活性分子修飾還有很大的研究前景。

4 展 望

影響種植體周結締組織附著的因素如上述甚至更多，而成纖維細胞與種植體表面的粘附信號通路尚未明確，目前廣為人知的是通過調節組成粘著斑的跨膜整聯蛋白及胞內粘連蛋白來介導細胞粘附，已經確定的相關粘連蛋白有超過180種[40]，但是關于它們在粘附過程中的精確組裝、作用方式仍然知之甚少，還需要積極探索。