C57BL/6小鼠牙齿解剖形态的显微CT观测

汤颖　顾永春　朱琦

小鼠生长周期快，成熟早，基因背景明确，是最常用的实验动物之一[1]。小鼠为单牙列、异形牙哺乳动物，全牙列共有16颗牙齿，其牙式为：

每个象限由1个切牙和3个磨牙组成，切牙与磨牙间有一段无牙区(diastema)[2-3]。熟悉、掌握小鼠牙齿的解剖形态是进行相关动物实验研究的基础。

然而，由于小鼠牙齿较为细小，肉眼难以观察其外部解剖形态及内部髓腔结构；以往大多采用脱矿后组织切片方法，不仅无法显示牙齿的三维形态，而且会破坏标本，产生人工假象。因此，当前学者们对于小鼠牙齿的精细解剖并不十分清楚，并且缺乏相关的牙体测量数据。本研究的目的是采用高精度显微CT，对最常用的小鼠品系——C57BL/6小鼠牙列的各个牙位进行观测，揭示其形态学特点和规律，为相关动物实验研究提供依据。

1　材料与方法

1.1　实验动物

选取健康的SPF级C57BL/6小鼠16 只(上海灵畅生物科技有限公司)，鼠龄范围为8～36 周， 中位数为16 周， 体重范围为19～29 g。 5%水合氯醛麻醉后行脱颈法处死小鼠，断头后将头颅放入4%多聚甲醛溶液固定。

1.2　显微CT扫描

将小鼠头颅固定于显微CT样品台中央。 显微 CT(Skyscan1174，布鲁克斯，比利时) 扫描参数设置为：扫描电压50 kV，电流800 μA， 0.5 mm铝箔过滤，扫描角度360°，旋转步长0.7°，扫描体素大小设置为37 μm×37 μm×37 μm。 扫描完成后，用眼科剪随机分离左、右一侧的上、下颌骨及牙列，再按照12 μm×12 μm×12 μm的体素大小进行扫描。将扫描后获得的2D图像进行三维重建，不同角度观察牙齿外部形态及内部结构；调用几何测量模块对下列几何参数进行牙体测量：

① 牙冠近远中径、颊舌径，牙冠高度：测量牙冠近远中向及颊舌向最长径；测量牙冠最高点到达釉牙骨质界(CEJ)平面的垂直距离。

② 牙根长度：测量根尖顶到达CEJ平面牙根中心的3D距离。

③ 切牙的弯曲半径和长度：沿着切牙牙体长轴的弯曲平面截取其矢状剖面的2D影像，导入图像分析软件Image-Pro Plus(Media Cybernetics，美国)，校正图像标尺后沿着牙齿唇面(釉质表面)确定3 个点(切缘点、牙齿基部最远中点、两者间中点)，由3 点确定一段圆弧与牙齿唇面轮廓线重合，读取弯曲半径、弧长(即牙齿长度)。

2　结　果

2.1　切牙的解剖形态

上、下切牙的唇面轮廓线及牙体长轴为一段圆弧，上切牙弯曲度更大，但长度比下切牙短。上切牙弯曲半径均值为(2.37±0.11) mm， 牙长(8.63±0.63) mm，牙齿末端止于切牙与磨牙间的无牙区；下颌切牙弯曲半径为(6.31±0.39) mm， 牙长(11.19±0.57) mm，末端位于第三磨牙下方，甚至可达第三磨牙远中舌侧。切牙末端基部开放，无闭合的根尖孔，故牙根能终身生长补偿磨耗。切牙牙釉质只分布于牙齿的唇侧面，故切牙只有临床牙冠，没有解剖牙冠；通过磨耗，切缘舌侧牙本质被磨去形成锐利的斜面，下切牙比上切牙更为锐利。左、右切牙在唇舌向观形成“V”形夹角，在切缘近中形成接触 (图 1)。

A： 上、下切牙的三维重建模型侧面观; B： 头颅三维重建模型的前后向观; C： 矢状面显微CT二维图像; D： 横截面显微CT二维图像

图 1小鼠切牙的解剖形态

A: A 3D reconstruction model of the upper and lower incisor(A lateral view); B: A 3D reconstruction model of the skull(An anterior view); C: A sagittal Micro-CT 2D image; D: A transversal Micro-CT 2D image

Fig 1Incisor morphology of the mice

2.2　磨牙牙冠的解剖形态

与人类牙齿相似，小鼠磨牙牙冠表面覆盖一层牙釉质，藉此在牙颈部形成CEJ，作为解剖牙冠与牙根的分界，但牙釉质层较薄。

第一磨牙近远中径明显大于颊舌径。上颌第一磨牙共有8 个牙尖，牙尖的编号参照Gaunt[3]。牙尖在近远中方向排成平行的3 行， 3 个主尖位于中间一行，由前(近中)向后(远中)编号为第1、2、3号尖。主尖偏远中颊侧各分出1 个细小的辅尖，编号分别为B1、B2、B3。1、2号主尖在偏远中舌侧各分出一个辅尖，编号L1、L2，比颊侧辅尖略大。颊舌向，B1、1、L1牙尖嵴相连形成一列， B2、 2、L2连为第二列，B3、3牙尖连成第三列，每一列牙尖均呈“<”形，开口朝向远中，列与列之间形成“<”形的合面发育沟，并向牙冠的颊、舌面延伸形成颊、舌侧发育沟。牙尖均向远中方向倾斜(图 2A～C)。

下颌第一磨牙共有7 个牙尖，3 个颊尖(B1、B2、B3)和3个舌尖(L1、 L2、 L3)分别排成2行，远中端还有一个小尖(4号尖)，L1尖位置偏向近中。颊尖与对应的舌尖向近中方向融合，同样形成“<”形牙尖嵴与合面发育沟。下磨牙牙尖倾斜方向均朝向近中(图 2D～F)。

第二磨牙比第一磨牙小，颊舌径与近远中径接近，其形态与第一磨牙相似，但在解剖特征上呈退化趋势。上颌第一磨牙B1尖远小于B2尖，有时退化无法辨认(图2A)。下颌第二磨牙B1和L1尖退化难以辨认(图2D)。

第三磨牙颊舌径大于近远中径，牙齿大小与牙尖数目进一步减少。上颌第三磨牙B1、 1、 L1退化形成一条近中边缘嵴，B2、2、L2牙尖联合成一条横嵴，B3和3号尖融合成1个远中尖，咬合面被横嵴分为较小的近中窝和较大、较深的远中窝(图2A)。下颌第三磨牙有B2， L2和偏向远中的L3共3 个牙尖(图 2D)。

2.3　磨牙牙根的解剖形态

上颌第一磨牙有3 个牙根，根分叉位置高，牙根均向远中倾斜，近中根最为粗壮，倾斜度最大；远中颊根比腭根略为细小。上颌第二磨牙同样有3 个牙根，根分叉位置降低，分叉角度进一步减小，牙体长轴垂直于咬合平面； 3 根中腭根最为粗壮，其横截面卵圆形，长径在近远中方向，而2 个颊根的长度、粗细相似。第三磨牙为融合根，牙根向近中倾斜，根尖处有分叉为3 个根尖的倾向。

下颌第一磨牙有2 个牙根，牙体长轴基本垂直于咬合平面，近中根横截面呈圆形或圆三角形，是磨牙中最长最粗壮的牙根；远中根横截面卵圆形，颊舌径大于近远中径。下颌第二磨牙有2 个扁根，向近中倾斜，轴面观呈扫帚状，有颊舌向有根分叉切迹；横截面上看近、远中根的轮廓为卵圆形或8字形，其长径均向近中扭转(颊侧外形高点比舌侧外形高点更靠近中)。下颌第三磨牙为融合性单根，牙体长轴进一步向近中倾斜，靠近根尖有分叉为2 个根尖的倾向(图 3)。

2.4　髓腔的解剖形态

切牙髓腔的形态与牙体外形相似，越靠近基部，牙本质壁越薄，髓腔越宽大。

磨牙髓室与牙冠外形相似， 有尖锐的髓角突入牙尖。多数情况下，一个圆形牙根内只有一个根管，但是下颌第二磨牙近、远中根以及上颌第二磨牙的腭侧根较扁，其根管系统形态类似人类根管分型中的1-2型根管；此外第三磨牙根管较为复杂，往往在融合根的根尖1/3水平分为2～3 个根管。磨牙根尖部往往会膨大呈洋葱头状，鼠龄大时更为明显，并且轮廓线更加不规则，根尖分歧较为多见(图 4)。

图 2小鼠磨牙牙冠的显微CT三维重建图像及牙尖的编号(参照Gaunt[3])

Fig 23D reconstruction models of mouse molar crowns and the numbering system of the teeth cusps (according to Gaunt[3])

图 3小鼠磨牙牙根的显微CT三维重建图像(16 周龄)

Fig 3Micro-CT 3D reconstruction models of mouse molar tooth roots (aged 16 weeks)

2.5　磨牙牙体测量

磨牙牙冠直径、高度及根长的测量结果见表 1。

A： 上、下磨牙矢状面; B： 上、下磨牙牙根中1/3水平横截面; C： 下颌第二磨牙近近中根(Lm2/M)和远中根(Lm2/D)唇舌剖面

图 4小鼠磨牙髓腔的显微CT二维图像

A: Sagittal section of the upper and lower molars; B: Transversal cross-section of the upper and lower molars (at the middle third levels); C: Labial-lingual sections of the mesial and distal roots of the lower second molar

Fig 4Micro-CT 2D images of the pulp cavities of mouse molar teeth

注： 牙根1为： m1的近中根、 m2的近中颊根、 m3和m3的融合性单根、 m1和m2的近中根； 牙根2为： m1和m2的远中颊根、 m1和m2的远中根； 牙根3为： m1和m2的腭根

上颌第一磨牙牙冠的颊舌径、近远中径均值最大，第三磨牙的各项测量参数均小于其他磨牙。下颌第一磨牙近中根是最长的牙根，其次为上颌第一磨牙近中根、下颌第一磨牙远中根，而上颌第三磨牙的牙根最短。

2.6　上、下牙列的咬合

处死的小鼠下颌处于自然息止合位，下切牙切缘正对上切牙切缘舌侧的磨耗斜面并留有约1个磨牙牙尖高度的空间。也有少数头颅标本下切牙与上切牙接触、对刃甚至是反合，可能是样品台固定标本时下颌处于被动位置造成的。

上、下磨牙尖窝/沟相对，形成最大面积的咬合接触(图 4A)。上磨牙主尖与相应的颊、舌侧辅尖联合形成“<”形牙尖嵴，第一、二、三磨牙分别有3、 2、 1 条明显的“<”形嵴，咬合时，正好压入对合磨牙咬合面的“<”形发育沟里。上磨牙牙尖的远中斜面和下磨牙牙尖的近中斜面可见磨耗小面(图 4A)；上颌磨牙主尖及颊尖的舌斜面、舌尖的颊斜面，以及下颌磨牙牙尖的颊斜面与舌尖的舌斜面也能观察到磨耗小面；这些部位牙釉质常被完全磨除，牙本质暴露，使咬合接触面积大大增加，并形成锋利的磨耗面边缘。正中咬合时，下颌第一磨牙B2尖咬入上颌第一磨牙B1、B2尖之间的发育沟内；下颌前伸时，下颌第一磨牙B3尖咬入上颌第一磨牙B1、B2尖之间的发育沟内(图 5)。

A： 正中咬合; B： 下颌前伸时

图 5上、下牙列的咬合

A: Under centric occlusion; B: Mandibular protrusive position

Fig 5Occlusion of the upper and lower teeth

3　讨　论

小鼠是最常用的实验动物之一，在口腔医学中，常常被用于氟斑牙、龋病、牙髓炎与根尖周炎、牙周炎、腭裂等各类口腔疾病的研究[4-9]。然而，以往关于小鼠牙列的正常解剖结构，以及咬合、咀嚼模式缺乏较为详细的报道。显微CT不破坏牙体组织，精度可以达到微米级，能够清楚地分辨牙釉质、牙本质、牙槽骨等不同的硬组织；配合三维重建软件、几何测量软件，可以便捷地对牙体形态进行精准观测[10]。

研究结果显示，小鼠的切牙和磨牙在形态与功能具有非常明显的差异。小鼠上、下颌各有一对强壮的圆弧状弯曲的切牙，尤其下切牙，几乎贯穿整个下颌骨，平均长度达11 mm，约为磨牙牙体长度的5倍。切牙的牙釉质分布于牙体唇面，因此严格意义讲，切牙没有牙根，基部不闭合形成根尖孔。小鼠切牙能够终生生长，这是啮齿目哺乳动物的一个共同特征。啮齿目动物占哺乳动物物种的40%，从进化角度来讲，它们是现存哺乳类中最为成功的类群[11]。啮齿动物必须通过啃咬来不断磨短切牙，切牙是其重要的生存工具。小鼠磨牙牙冠有牙釉质覆盖，这和人牙相似，但釉质层较薄。磨耗后，牙冠边缘和牙尖磨耗面边缘形成锋利的刀刃组合，有利于提高牙齿的切削、咀嚼效率。上颌一、二磨牙有3个牙根，下颌一、二磨牙有2个牙根，上颌第二磨牙观察到1例远颊根与腭根间的融合；第三磨牙为融合根，根分叉很靠近根尖末端，牙冠形态特征简化，牙尖数较少，第三磨牙的这种退化趋势和人类恒牙智齿十分相似，但其解剖变异要比后者少。

小鼠磨牙牙冠形态复杂，有多个尖锐的牙尖，随着鼠龄的增加而有所磨耗(图 4A)。第一磨牙牙尖最多(上牙8 个，下牙7 个)，牙尖在颊舌向有规律地联合形成3列“<”形的牙尖组合，正好嵌入对合牙的合面发育沟内，第二、三磨牙则分别形成2道和1道“<”形牙尖嵴及合面发育沟。如同磨盘上的齿形槽，它们可以引导咀嚼时牙齿滑动的方向以及食物磨碎后的流向。小鼠的下颌关节突与颅骨的关节窝联结比较松弛，既可前后移动，又能左右错动，因此，小鼠磨牙既能压碎食物，又能碾磨植物纤维[11]。在研究龋齿时，第一、二磨牙较深的发育沟可以是龋齿的好发位点。磨牙中，以第一磨牙牙冠最大，牙根最粗壮，根分叉最大。提示第一磨牙在咀嚼运动中承力最大，是起最重要功能的牙齿。第二、三磨牙近远中径/颊舌径比值逐渐减小，第三磨牙的位置偏向内侧，三个磨牙的近远中径排成弯向内侧的弓形。显微CT的二维及三维影像显示，上颌磨牙牙尖的远中斜面正对下颌磨牙牙尖的近中斜面，并形成釉质磨损小面(图 4A)；上颌磨牙主尖及颊尖的舌侧斜面与下颌磨牙牙尖的及颊斜面相对，上颌磨牙舌尖的颊斜面则与下颌磨牙舌尖的舌斜面相对，并形成釉质磨损面，提示小鼠研磨食物时，磨牙的发力运动方向为由后向前和向侧方的组合运动。但其详细、完整的牙列运动轨迹有待进一步研究。上颌第一磨牙的牙根向远中倾斜，而第三磨牙牙根向近中倾斜，下颌第二、三磨牙牙根向下颌第一磨牙倾斜度逐步加大(图 3)；分析该解剖特点的意义，可能由于小鼠磨牙的磨耗较大，理论上磨耗后易在邻牙间形成间隙，磨牙牙根倾斜有利于随着牙根生长，牙冠逐渐相互靠拢，从而消除邻间隙，防止食物嵌塞；本实验未观察到磨牙间存在牙间隙的标本。小鼠磨牙根尖与人牙有所不同，根尖处往往会膨大呈洋葱头或扫把状，并且表面凹凸不平(图 4)，提示小鼠实验时难以完整地拔除磨牙而不破坏其根尖组织。膨大的根尖往往含有根管分支，有时根尖孔呈缝隙状而不是圆孔形。提示小鼠磨牙血供丰富，根尖硬组织改建活跃，这与小鼠磨牙能承受强大的咬力相适应。

根据牙齿发育的“域”假说(field theory)[12-13]，牙列被分为若干个形态发生域，域内均有一个关键牙(key tooth)，外源性的形态发生因子(morphgen)在域内沿着远离关键牙的方向呈梯度降低分布。关键牙在该区发生最早，形态最稳定；而域内的其他牙离关键牙越远，受形态发生因子作用越弱，其形态就越不稳定。具体表现为：牙齿特征的发生率低、出现更多的变异[9]。该现象在小鼠磨牙中得到了证实。域假说提供了一个简单的理论模型来解释牙列的程式化发生。近年来，学者们开始从基因水平上探究其机制并取得了重要的进展。一系列同源盒基因家族成员(如：Msx、Dlx、Barx、Lhx 及 Pitx家族)被发现在特定的时间和空间里表达，参与了第一腮弓的程式化进程[14]，但其详细的分子机制仍有待进一步研究。

小鼠牙齿的髓腔和牙齿的外形相似。磨牙的髓室有尖锐的髓角突入牙尖。有学者以小鼠为实验动物，对第一磨牙进行开髓、去髓来诱导实验性根尖周炎。因此，掌握磨牙的髓腔形态对动物实验能否成功十分关键。上颌第一磨牙髓室底呈三角形，上颌第二磨牙呈C形；下颌第一、二磨牙髓室底有近、远中2个根管。由于第二磨牙体积较小，根管较细，下颌第二磨牙近远中根及上颌第二磨牙腭根均为1-2型根管，预计牙髓处理会十分困难，这在动物实验时需有所考量。

本研究显示第一磨牙根分叉位置较高，几乎没有根柱；第二磨牙根分叉降低，第三磨牙大多为融合性单根。掌握这些解剖知识，对于诱导和评价实验性牙周炎，测量牙槽骨的吸收量具有重要的参考价值。

需要指出的是，本研究的对象是C57BL/6品系的小鼠，不同品系的小鼠以及大鼠的牙列会有不同程度的差异；此外，小鼠食物的类型、粗细和坚硬程度、鼠龄也会影响髓腔及牙根的形态；由于牙骨质和牙本质的矿化度接近，显微CT尚不能将两者区分，这均有待进一步深入研究。

综上所述，小鼠具有强壮、弯曲、持续生长的切牙；磨牙牙冠尖、窝、沟隙特征明显，牙根及根管形态复杂；掌握上述解剖特点，是动物实验取得成功的基础。

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