牙本质生物活性成分的研究现状

徐召南 毕也 严敏 郭晓伟 张鲁鲁

【摘要】牙本质是成牙本质细胞分泌并矿化的细胞外基质，是牙齿的重要组成部分。在疾病或外伤条件下，牙本质基质中的生物活性成分被释放，促使牙本质和牙髓具有较强的再生能力，本文将对牙本质基质内的生物活性成分种类及其释放方式做一综述.

【关键词】牙本质；细胞外基质；生物活性；再生

牙本质是成牙本质细胞分泌的细胞外基质，在组成成分上与骨组织相似，但在形态及与细胞相互作用方面同骨组织存在明显的差异。牙本质在人的一生中均有形成，无论是生理性牙本质还是病理性牙本质的形成，均包括细胞的分化、细胞外基质的分泌与基质的矿化【1】。成牙本质细胞通过细胞突起深入牙本质小管内，贯穿牙本质全层，使牙本质成为活的组织。在牙齿的发育过程中，成牙本质细胞分化后开始表达其特定基因产物并分泌形成牙本质基质，如Ⅰ型胶原和少量的非胶原蛋白。同时，成牙本质细胞还分泌其他一些信号分子如转化生长因子-β（TGF-β）、胰岛素生长因子-1和2（IGF-1和2 ）、骨形态发生蛋白（BMP）家族等。这使得牙本质成为各种生物活性分子的存储库.

1牙本质细胞外基质成分与生物学行为

1.1牙本质基质分子

目前人们已经证实，在牙本质与前期牙本质内存在大量的生物活性分子，在牙齿组织形成过程中具有重要的调节作用。牙本质主要由两部分组成，即矿化的硬质（牙本质的主要组成）与由胶原蛋白与非胶原蛋白构成的细胞外基质。非胶原蛋白含有大量的具有典型生物学特征的调节分子：牙本质涎蛋白（DSP）、牙本质磷蛋白（DPP）、骨涎蛋白（BSP）、牙本质基质蛋白1（DMP-1）、骨桥蛋白（OPN）、细胞外基质磷酸糖蛋白（MEPE） 【2】。

细胞外基质磷酸糖蛋白（MEPE）属于骨组织基质蛋白，在成骨细胞、骨细胞和成牙本质细胞上均有表达，M.MacDougal等提出MEPE仅在未成熟的成牙本质细胞中表达，在成牙本质细胞分化后表达下调， MEPE对矿化过程呈无促进或低促进作用。矿化过程可能是这些基质成分促进和抑制矿化作用相互平衡的结果。一些非磷酸化蛋白包含：骨钙素（OC）、富含亮氨酸的蛋白多糖（SLRPs）等在调节矿化方面也起着重要作用，骨钙素（OC）主要存在于骨基质中，在成牙本质细胞体与细胞突起内也有发现，可能与相邻釉质的成熟有关。存储于前期牙本质内的富含亮氨酸的蛋白多糖（SLRPs）通过与钙离子结合，在矿化过程中发挥作用。

1.2生长因子与细胞因子

牙本质可以释放大量具有生物活性的生长因子如：转化生长因子-β（TGF-β）、胰岛素生长因子-1和2（IGF-1和2 ）、成纤维细胞生长因子-2（IGF-2）、肾上腺髓质素以及促血管生长因子，包括血小板衍生生长因子（PDGF），血管内皮生长因子（VEGF）. 这些信号分子与牙本质基质中的核心蛋白聚糖和二聚糖相结合，隔离在作为生长因子储库的牙本质基质中 ，利于其生物活性的保存。经体内外实验研究证实，这些生物分子在牙髓牙本质复合体修复过程中可以促进矿化。TGF-β1和骨形态发生蛋白7（BMP-7）在促进牙齿再生方面具有明显作用。最近研究表明，在牙本质内发现了促炎细胞因子、抗炎细胞因子和趋化因子。在牙髓牙本质复合体的免疫与再生反应过程，生长因子随着基质成分一起被梯度释放，可以促进牙髓干细胞分化，参与修复性牙本质的形成。

牙本质内的肿瘤坏死因子-α（TNF-α）作为促炎因子与免疫调节因子，在龋病发生发展过程中发挥重要作用，体外实验证明在低浓度条件下可以促进牙髓细胞向成牙本质样细胞方向分化及矿化的发生。

1.3神经营养因子

成牙本质细胞来源于颅神经嵴细胞，在牙髓牙本质复合体内，成牙本质细胞与神经元联系密切，因此，人们开始关注神经炎症反应在保护牙髓过程中的作用。神经生长因子作为神经营养因子（neurotrophin factors ，NTFs）家族最先发现的成员，是神经系统最重要的生物活性分子之一，NGF 参与了牙齿发育中神经支配的建立过程，当牙齿发育基本完成后 NGF 的表达会明显减少。炎症组织的修复过程在很大程度上可看作是组织发育过程的重复，NGF 在正常状态下保持很低的基础量，维持一种动态平衡，当发生炎症和外伤刺激时此平衡被打破，表现为一系列病理生理改变 ， 说明 NGF 在牙齿损伤后的痛过敏及修复反应中起重要作用。

2牙本质生物活性成分的释放

近年来，有学者研究发现将氢氧化钙、无机三氧化聚合物（MTA）覆盖于暴露的牙本质表面，可以促进牙本质基质成分的释放，从而促进修行牙本质的形成。这些基质成分可以通过直接作用于成牙本质细胞，或是通过信号诱导未分化的牙髓干细胞来影响牙本质的再生。因此，目前我们需要研究如何有效的促进牙本质内活性成分的释放。

酸性，碱性条件以及中性螯合剂作用是目前最常用的提取牙本质细胞外基质成分的方法，氢氧化钙和MTA通过产生碱性环境中原位氢氧化钙的溶解，促进牙本质非胶原蛋白的释放，使肾上腺髓质激素与TGF-β1能够发挥生物活性。MTA作为盖髓材料作用于暴露的牙髓组织，可以促进牙髓细胞的增殖、分化及牙本质桥的形成。

通过研究更为有效的促进牙本质基质成分释放的材料，弄清牙本质生物活性分子相互作用的机制，可以为牙髓牙本质再生修复治疗提供新方法。

3生物活性成分在组织再生方面的作用

牙本质是富含各种生物活性的细胞外基质，这些生物活性成分在稳定状态下相互作用保持牙齿的健康。牙髓牙本质复合体的修复与再生过程同其他组织器官的修复过程一样，属于自然伤口的愈合反应。愈合反应的复杂程度同组织损伤的严重程度相一致。

当牙齿受到温和的外界刺激时，成牙本质细胞会增加基质的合成和分泌。主要是各种信号分子通过一系列的级联反应使成牙本质细胞分泌牙本质基质的功能上调，从而形成反应性牙本质基质。当牙齿受到强烈的外界刺激时，会造成局部成牙本质细胞的死亡，牙髓组织中具有分化潜能的细胞将移行到该处，并分化为成牙本质细胞样细胞取代死亡的细胞，然后合成和分泌修复性牙本质。虽然目前对牙本质修复过程的机制尚不十分清楚，但牙本质内的生物活性成分在修复过程中发挥的重要作用已得到人们的肯定。

在修复过程中，成牙本质细胞活性降低的时候，牙本质基质成分在损伤部位释放，可以募集大量的祖细胞到该处，促进细胞大量增殖并向成牙本质细胞方向分化。TGF-β1作为趋化因子，被证明对牙乳头干细胞具有趋化作用。多种生长因子与基质成分被证实对牙髓干细胞均具有趋化作用。这对于牙齿的修复与重建具有重要意义。牙本质内的信号分子与基质成分，在低浓度条件下可以促进祖细胞的大量增殖，高浓度促进增殖作用被抑制。虽然目前我们并不清楚哪些分子在这一过程中起主要作用，但TGF-β1已被证实，在高浓度条件下可以抑制细胞的增殖。

牙齿发育于组织牙修复具有许多相似之处，在钟状晚期，内层牙板上皮产生的生长因子，尤其是 TGF-β家族，通过基底膜诱导成牙本质细胞分化。当组织损伤时，成牙本质细胞释放，因龋脱矿或其他组织损伤导致一些基质成分在局部释放，所释放的生物因子可以导致修复性牙本质的形成，牙本质基质在这一过程中可能充当基底膜的作用。牙本质包含着各种生长因子与细胞因子，不可能单纯的是某一种因子在诱导成牙本质样细胞分化方面起作用。虽然我们对各生长因子信号通路间协同作用的了解是有限的，但这种协同作用可能是成牙本质样细胞分化的关键。

牙髓内丰富的血管是初期牙本质形成主要的营养来源，在二期牙本质形成过程中，随着牙髓内血管退化，成牙本质细胞分泌能力将降低。牙齿损伤后形成修复性牙本质，这导致对营养需求的增加，在再生的组织内可以发现新生血管的形成。信号分子在血管形成方面的作用仍需要探索。。牙本质内含有促血管再生因子包括：血管内皮生长因子（VEGF），血小板衍生因子AB（PDGF-AB），胎盘生长因子（PLGF），成纤维生长因子2（FGF2）和表皮生长因子（EGF）。有研究发现，这些生长因子的存在，为牙本质牙髓再生过程中血管的生成提供信号传导，在血管再生方面具有潜在性作用。

综上所述，牙本质基质内的生物活性成分通过刺激、调节细胞的各种生物活动，在牙髓牙本质再生过程中发挥重要作用。研究牙齿的这种先天修复系统，有效利用牙本质基质成分为临床修复牙体缺损，治疗牙体缺失提供新的治疗方法。

【参考文献】

[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.