雙膦酸鹽在正畸治療中的新進展與展望

唐中元，姜 歡，陳 玉，胡 敏

[關鍵字] 雙膦酸鹽;正畸;牙根吸收;腭部快速擴弓;下頜牽張成骨

雙膦酸鹽(bisphosphonates, BPs) 主要用于治療骨代謝疾病的藥物，正畸治療中，BPs可限制支抗牙齒移動、減少牙根吸收、防止骨釘的松動及感染、保持、鞏固正畸后效果、加速術后骨性愈合過程產生一定影響。

1 BPs結構及種類

BPs為無機焦磷酸鹽類似物。BPs化學結構可被修飾、改造。BPs分為含氮和不含氮兩種類型。該兩種類型BPs均能誘導破骨細胞(osteoclasts cell, OC)凋亡，從而抑制骨吸收。但是，它們作用途徑迥異[1]。阿侖膦酸鹽(Alendronate, Ad)片、依替膦酸鈉(etidronate, Ed)片和帕米膦酸鈉注射劑(pamidronate, Pd)、利塞膦酸鈉(risedronate, Rd)片、和唑來膦酸(zoledronic acid, Zd)注射劑是常用的 BPs劑型[2]。

2 BPs的作用機制

如圖1 所示，BPs能下調成骨細胞(osteoblasts, OB)中的“NF-κB配體受體激活物”(receptor activator of NF-κB ligand, RANKL)，上調OB中的骨保護素(osteoprotegerin, OPG)，下調環氧化酶-2(cyclooxygenase-2, COX-2)，最終影響前列腺素E2(prostaglandin E2, PGE2)表達，提示BPs對骨吸收有間接影響。BPs可通過Cx43半通道抑制OB和骨細胞的凋亡。Cx43半通道的開放導致激酶的激活，包括類固醇受體輔助激活因子(steroid receptor coactivator, Src)和“細胞外信號調節激酶”(extracellular signal-regulated kinases, ERKs)，激活ERK，促進細胞質靶蛋白磷酸化、調節p90RSK激酶活性、最終促進靶底物BAD和C/EBPβ的序列磷酸化，從而抑制凋亡。同時，RANK/RANKL 信號通路是OC分化最重要的調節方式，BPs可分別抑制RANKL與破骨前體細胞膜上核激活因子受體(receptor activator of NF-κB, RANK)結合后，刺激破骨細胞前體細胞向成熟破骨細胞分化，也刺激了成熟破骨細胞發揮骨吸收功能。此外，BPs抑制巨噬細胞集落刺激因子(macrophage-colony stimulating factor, M-CSF)與破骨前體細胞膜上受體結合，減少細胞信號發生傳遞，減少OC的分化。

圖1 BPs對OB和OC的影響

如圖1所示，OC從骨基質釋放BPs。含N-BPs能有效抑制法尼基焦磷酸合成酶 (farnesyl pyrophosphate synthase, FPPS)，這是甲戊酸/膽固醇生物合成途徑中的關鍵酶，抑制法尼基蛋白(farnesyl pyrophosphate, FPP)生成，另外，通過抑制四異戊二烯化焦磷酸鹽(geranylgeranyl pyrophosphate, GGPP)，而抑制四異戊二烯化蛋白(protein prenylation, PP)生成。非含N- BPs在代謝過程中，它們合并成為非水解的細胞毒性類似物ATP(AppCp)，影響OC及前體細胞的蛋白合成過程，從而降低OC活性。

最新實驗研究表明，BPs能夠與ATP競爭，干擾3-羥基-3-甲基-戊二酰通路[3]。高濃度BPs可沉積骨組織中，抑制內皮增殖，減少毛細血管形成，有助于BPs抗血管生成[4-5]。

另外，BPs不僅可減少OC細胞數量，還會改變細胞形態和結構。使OC細胞外形變為波浪狀，細胞質出現極性[6]。此外，在正畸牙移動期間，BPs顯著減少亞細胞器中H+-ATPase和組織蛋白酶K(cathepsin K)表達[7]。進一步發現，BPs減少牙齒移動機制為減小牙周膜上應力，下調PGE2、COX2以及RANKL的mRNA表達，提示BPs可減慢骨吸收速度[8]。

Franzoni用不銹鋼拉簧移動左側上頜第一磨牙后進行觀察，比較移動側及對側的正畸牙移動，結果顯示，Ad和Zd明顯減少正畸牙齒移動量(orthodontic tooth movement, OTM)、降低OC細胞和炎性細胞數量。Zd還可減少血管和成纖維細胞數量，并減少更多OTM。最新一項研究同樣觀察到Zd可減少OC細胞數量，提高HE染色后透明區域面積的百分比[9]。

Grimm等應用細胞壓力加載實驗發現，氯膦酸鹽(chlorophosphate, Cp)可同時降低施加或未施加壓縮力細胞的活力。在施加壓縮力細胞中，Cp可顯著降低OPG、RANKL蛋白合成以及RANKL/OPG比值。因此，Grimm等認為，正畸牙移動速度減慢的原因可能不僅因為Cp對OC細胞存在直接影響，還因為Cp所引起的OB與OC細胞相互作用而產生作用[10]。

3 BPs在正畸治療的應用

3.1 BPs可減少支抗牙齒移動

牙齒移動是由機械力作用使牙周韌帶和牙槽骨組織重建的過程。相關研究表明，BPs可減少OTM，從而增強正畸牙齒的支抗。有學者嘗試在患者鄰近磨牙區域的骨膜下注射(局部給藥)或皮下注射(全身給藥)BPs[6,11-12]，再施加120～165 mN推力，可顯著減少OTM。多項研究進一步發現，利塞膦酸鈉(Rizonium, Rz)是BPs中最有效的能減少OTM的藥物，其次是4-氨基-1-羥基亞丁基-1,1-BPs(4-amino-1-hydroxysubbutyl-1,1-BPs, AHBuBPs)和氯膦酸鹽[13]。另一方面基礎實驗表明，使用Zd治療去卵巢大鼠可減少OTM，同時減少牙根吸收量[14]。最新一項研究再次證實，當牙根部骨膜下區域應用高劑量Cp或者較短時間間隔內多次應用低劑量Cp時，同樣會減少OTM[15]。

支抗控制是正畸治療計劃的重要組成部分，尤其是拔牙病例中支抗控制問題顯得格外重要。Zd 可能是解決這一問題的有效選擇，因為它是BPs家族中作用最有效的成員，通過抑制OC細胞功能增強骨吸收的抑制作用，達到增強牙齒支抗。因此， Zd可能是正畸支抗控制的最佳選擇[16-17]。

3.2 減少術區骨吸收及炎癥

Cuairan等的研究顯示Zd可以增加微型種植體穩定性。局部小劑量的Zd能夠使微型種植體周圍的小梁骨高度堆積，從而增加微型種植體的牢固度，增強了微型種植體植入物在狗體內的穩定性[18]。

此外，還有一個關于炎癥反應的實驗。炎性因子和嚴重的破骨細胞活動會顯著影響生物材料的療效。Li等的研究證明IFN-γ和Zd的結合使用通過骨再生,而減少模型大鼠的骨吸收[19]。

3.3 減少牙根吸收

使用Zd治療去卵巢大鼠還可以減少牙根吸收量[14]，局部應用Cp、Rd或全身應用 AHBuBPs，牙根吸收量也可以減少[12]。在正畸加力后的第7天到第28天期間，每3天進行一次局部骨膜下注射，可觀察到，隨AHBuBPs劑量增加，牙根吸收量顯著降低。從組織學上，可觀察到處理側的OB細胞的形態學改變，細胞失去極性，細胞核數量增加[16]。

3.4 維持上頜快速擴弓療效

上頜快速擴弓是治療上頜牙弓狹窄的方法之一。該正畸裝置可使骨縫擴張并沉積新骨，符合組織正常生理活動。骨縫會逐漸重塑，發生沉積，進一步再吸收和纖維化[20-21]。常規正畸治療過程中，為了確保治療后療效穩定，使用各種保持器保持牙齒位置，并在上頜擴弓治療后就進行牙周重建。基于擴弓器上述作用原理，應用BPs可防止上頜擴張治療后的骨性復發。并且，有學者提出，將局部 BPs 注射給藥與擴弓裝置結合，可更安全地保持腭部快速擴弓的治療效果。該項研究中，共有44只Wistar大鼠進行快速腭部擴弓，實驗組大鼠局部注射依替膦酸鈉(etidronate, Ed)，空白組注射生理鹽水，在第7天時，注射Ed組擴弓后復發率較未注射組的復發率顯著降低。此外，BPs對羥基磷灰石晶體具有高度親和力，也可能減少骨吸收，減少復發可能性。組織學檢查進一步觀察發現，與生理鹽水注射組相比，BPs注射組可減少多核巨細胞數量[22]。 最近的一項報道也支持上述研究結果，局部應用1-H-E-1、1-BPs或乙二醇-1,1-BPs不僅可以減少大鼠OTM，還可以減少OC細胞數量[23]。該研究還發現，隨著OC細胞數量減少，而干骺端骨面積增加，但骨干的骨面積沒有變化，提示OC細胞對BPs的生物學應答可能表現出特異性位點差異。另外，有項最新研究表明，通過雙鈣黃綠素標記(dicalcium yellow green marker, DYGM)觀察發現，BPs處理可減少上頜擴弓小鼠的骨形成，還可觀察到，在組織學水平，BPs處理的小鼠腭中縫結構出現新生結構紊亂，并且呈現軟骨不規則形態。Micro-CT顯示，用BPs治療的小鼠上頜擴張總量顯著降低，提示可能對增強正畸中牙支抗固定力起正向作用。最終得出，OC細胞介導的骨吸收是上頜腭中縫及其結構重建所必需，而BPs可能會影響OC細胞功能，進而影響新骨形成[24]。

3.5 加速下頜骨牽張成骨愈合過程

在牽張成骨治療中，相鄰的牽引骨釘骨可能會發生骨質疏松。被認為是該項治療的主要缺陷之一，因為牽引穩定性可由于礦化骨密度降低而受到影響。相關文獻綜研究提及，在Zd對下頜骨牽張成骨作用影響的研究中發現，全身單次使用BPs有利于下頜骨缺隙處新骨形成，并且增加骨釘植入區域骨密度以及骨礦化含量。因此使用Zd可加速顱面部牽張成骨骨重建過程，減少骨釘周圍的骨質疏松的同時，還可減少外源性骨釘周圍感染風險，縮短其達到穩定期所需時間[25]。最近發表的另一項研究顯示，在家兔下頜骨的骨釘和再生區中，Zd可以顯著增加OB細胞數量，而顯著減少OC細胞數量，加速組織早期愈合[26]。

4 不良反應及安全性評價

在Zd對下頜骨牽張成骨作用影響的研究中不僅發現，Zd可使頜骨功能改善、顯著改善骨重塑，而且，還觀察到，Zd的平均給藥時間為21 d情況下，在此期間動物均保持健康狀態[26]。

一項回顧性臨床研究顯示，收集觀察20例使用BPs拔牙患者，以及93例未使用BPs的對照拔牙患者。前者除治療時間有所延長，但從未出現頜骨壞死等癥狀[9]。而另一項研究中，也未發現不良反應或安全性問題，但研究者提出，未來試驗應該進一步明確Cp在人體中的安全治療總劑量、間隔應用劑量及其潛在的副作用[15]。

5 結論與展望

綜上所述，BPs可通過影響破骨細胞作用，增加正畸牙支抗，可考慮局部個別牙齒應用BPs，使得正畸力學系統更加可控，另外，藥物相比于口外或口內的支抗裝置，沒有任何異物感，并且可能減少口外弓、橫腭桿或種植支抗的使用，最終總體可提高治療效率，減少患者痛苦，充分實現治療目標。現如今種植支抗是大多數正畸醫生熱衷的工具，但也會在一部分患者中出現種植支抗松動脫落等問題，而BPs可能是解決這一問題的最佳方案。

其次，在正畸治療結束后，應用BPs可減少正畸后牙齒和腭中縫的復發，從而大幅減少保持時間，并且BPs具有加快牽張成骨或骨移植的骨愈合過程。此外，牙根吸收和牙周病骨吸收是正畸中難以控制的常見問題，BPs可減少實驗動物牙根吸收量及骨吸收量，可一定程度解決正畸過程中的牙根吸收或骨吸收的問題。另外，通過全身或局部應用BPs，可輔助用于一些依賴骨增生的正畸治療，如上頜骨性擴張或下頜牽張性成骨，并且可以用于減少骨釘周圍的骨質疏松，減少外源性骨釘周圍感染的風險，并且縮短達到穩定期所需時間。

對于骨、牙周以及牙體組織，BPs均可以產生諸多作用，醫生需根據患者健康、治療計劃基礎上，充分考慮到BPs可能發揮的作用從而恰當、正確使用BPs。另外，在該藥物廣泛應用于臨床之前，仍需要進行更多的前瞻性隨機臨床觀察，以便獲得BPs對正畸牙齒移動影響更有說服力的科學依據。