甲状旁腺激素应用于成人正畸治疗的实验研究进展*

王晓婷 陈荣敬 房 兵

随着医学不断进步，生活水平不断提高，社会中、老年人口比例也在不断上升。错颌畸形不但破坏口颌面美观，并且影响咀嚼功能，甚至对心理健康造成影响[1]，越来越多的中老年人出于对功能和美观的考虑要求正畸治疗。在美国，成人的正畸比例从1981年的15.4%提高至2013年的23%[2]。在老龄化更严重的亚洲，40岁以上的正畸患者人数在2008到2012年间大幅增加[3]。与青少年不同，中老年患者的骨代谢速率明显降低，甚至患有全身骨代谢疾病，可能干扰正畸治疗，最终导致牙齿移动速率下降，不良反应增加。目前正畸疗程一般为21到33个月[4，5]，漫长的治疗时间降低患者对于正畸治疗接受程度。特别是在成人患者正畸过程中，随着治疗时间的增加，牙根吸收、牙槽骨高度降低及牙龈退缩风险提高，这些并发症不仅影响患者对正畸治疗的满意度，更对患者的口腔健康造成隐患。因此缩短正畸治疗时间、减少正畸并发症一直是患者以及医生关注的话题[6]。

目前普遍认为正畸力作用于牙根从而诱发牙槽骨改建是牙移动的主要原因，当正畸力作用于牙齿时，在根周膜的范围内就会出现两种截然不同的牙槽骨改建形式[7]，压力侧牙周膜压缩，张力侧拉长。在此过程中压力侧牙周膜出现毛细血管内皮细胞退行性改变[8]，局部产生无菌性炎症，邻近坏死区牙槽骨骨髓腔中出现大量破骨细胞发生骨吸收。而张力侧牙槽骨则表现为抗炎环境，分泌大量抑炎因子和转化生长因子，从而促进骨生成[9]。可以说牙槽骨的改建速率决定了牙齿移动的速率[10]，但中老年患者由于骨代谢速率明显下降，表现为骨吸收和骨形成速率同时下降[11，12]，可能是导致中老年人牙移动困难的原因之一[13]。

甲状旁腺激素(PTH)是调节血液钙磷平衡的主要激素之一，由84个氨基酸组成，对骨代谢起到双向调节作用，明显增加骨转换速率[14]：一方面能够促进成骨细胞生长和骨组织矿化；另一方面也能发挥诱导破骨细胞的分化，促进破骨细胞的功能的作用[15]。目前应用于人体的商品化甲状旁腺激素相关肽名为特立帕肽，即重组人甲状旁腺激素1-34(rh PTH 1-34)，包含人PTH N端34个氨基酸序列，可以与G蛋白偶联PTH I型受体相互作用，从而激活cAMP(腺苷酸环化酶)依赖的蛋白激酶A(PKA)及钙依赖的蛋白激酶C信号通路[16]。一方面提高抗凋亡基因Bcl-2的表达，增加成骨细胞数量，抑制细胞周期蛋白D的表达，促进骨祖细胞向成骨细胞分化并且能够调节成骨细胞功能[17]。另一方面cAMP和PKA的激活增加IL-6、RANKL的分泌与表达从而加速骨吸收[18]。

由于正畸过程中同时发生成骨和破骨两种反应，因此寻找一种既能促进加速牙周膜张力侧牙槽骨形成，减少牙骨质吸收及牙槽骨高度下降，又能增加牙周膜压力侧骨吸收的药物或方法成为加速牙移动、减少正畸并发症的关键。但以往使用促进成骨或破骨的药物无法同时满足正畸牙移动的双向要求，而甲状旁腺激素及其相关肽的出现可能打破目前的困境。目前已有许多研究证明甲状旁腺激素及其相关肽能够在正畸治疗过程发挥积极作用，现总结如下。

1.甲状旁腺激素加速正畸牙移动

1999 年Soma等[19]对雄性大鼠进行牙移动实验，在切牙与第一磨牙之间安装拉簧施加30g正畸力。利用皮下渗透泵每天持续性给予PTH(1-84)10ug/100g体重及PTH(1-34)4ug/100g体重，均能够明显加快牙移动速率，并且利用组织切片观察到实验组压力侧的破骨细胞数目与同组对照侧及空白组比较明显增加。为了增加牙移动区域PTH(1-34)的浓度和留存时间，2000年Soma[20]利用甲基纤维素凝胶(2%w/v)制备PTH(1-34)的缓释制剂，隔天在大鼠上颌第一磨牙的近中腭部区域内以1.0ug/400g体重局部注射，发现与局部注射盐溶液组及空白组比较在正畸力施加后的第6、9、12天时实验组牙移动速率加快。并且在施加正畸力12天后，虽然能够在空白组的牙周膜压力侧可以观察到破骨细胞，但牙周膜间隙仍旧狭窄，而在PTH(1-34)凝胶缓释组可见增宽的牙周膜间隙以及破骨细胞，且在非施力侧并未观察到牙周膜间隙的改变和破骨细胞的出现。这一现象提示，在正畸力的作用下，PTH(1-34)能够通过早期激活压力侧破骨细胞功能而加快牙移动的速率。

尽管Soma的实验证明PTH(1-34)的局部应用能够提高牙移动速率，但目前应用于人体的商品化甲状旁腺激素(特立帕肽)给药方式仍是每日皮下注射，因此Li等[21]按照人体给药方式，每日给予SD大鼠皮下注射PTH(1-34)4ug/100g体重，并在大鼠切牙与第一磨牙之间施加40g正畸力，发现与空白组相比较，PTH(1-34)组第一磨牙的牙移动速率明显提高，TRAP染色显示在第6、9、12天时牙周膜压力侧的破骨细胞增多且骨吸收陷窝更大，并且通过免疫组化分析，发现PTH(1-34)能够同时上调压力侧牙周膜内成骨细胞破骨相关蛋白RANKL及成骨相关蛋白IGF-1的表达。此外，S.Lossdörfer等[22]发现PTH(1-34)在牙移动晚期(21天)能够促进张力侧牙周膜组织OPG的表达，轻微下调RANKL的表达，通过提高张力侧OPG/RANKL的比值促进成骨。以上研究说明甲状旁腺激素能够同时刺激压力侧骨吸收和张力侧骨生成来提高正畸牙移动速率。

2.甲状旁腺激素促进牙周组织修复

牙槽骨作为全身骨系统的组成之一，受全身骨状态的影响，同时牙槽骨骨密度降低也可以预测全身骨质疏松状态[23，24]。已有研究显示，骨质疏松患者由于牙槽骨密度下降以及牙槽嵴高度降低导致牙齿脱落风险显著增高[25，26]。随着正畸患者中中老年患者的比例不断增加，在这类病人的牙槽骨上施加正畸力所面临牙槽骨高度降低、牙龈退缩的风险也更大[27，28]。多中心临床试验已经证实PTH(1-34)能够增加骨质疏松病人的骨密度，降低其骨折风险[29，30]。且PTH(1-34)的使用同样能够改善牙槽骨的骨密度[31]，有效维护甚至提高牙槽嵴顶的高度。慢性牙周病患者在接受牙周手术后，每日接受20ug PTH(1-34)皮下注射，六个月后其牙周探诊深度减少程度及牙周附着水平相较于空白组均有明显提高[32](探诊深度减少：2.42mm vs.1.32mm；牙周附着水平：1.58mm vs.0.42mm)。在正畸牙移动过程中牙周膜压力侧另一显著特征为早期牙周韧带变性坏死以及稳定期牙周组织的修复再生[33]。牙周组织恢复不仅包括牙槽骨再生，更重要的是牙槽骨与牙骨质通过牙周膜的再连接。Vasconcelos DF[34]等在大鼠下颌第一磨牙远中根颊侧创造骨开窗模型，分别使用PTH(1-34)40ug/kg和安慰剂，发现PTH(1-34)组在牙周总愈合面积、新骨骨密度及牙周膜纤维再附着的表现均优于安慰剂组。Siliva[35]等对大鼠切牙进行了压入处理，发现跟安慰剂组相比较PTH(1-34)组(40ug/kg)牙骨质上的Sharpy纤维密度更高。该研究结果提示PTH(1-34)不仅能促进牙周组织愈合，并且很可能在正畸后提高牙根稳定性，减少错颌畸形复发上发挥积极作用。

对于牙周组织修复再生，其终极目标是恢复缺损牙周组织的形态、结构以及功能。尽管目前已取得可喜的进展，但最大的桎梏仍旧是缺乏足够的干细胞以及祖细胞重建牙周膜及牙槽骨[36]。PTH(1-34)已被证实是一种DPP-IV抑制剂，可增强SDF-1α驱动的干细胞归巢[37]，促进干细胞在损伤组织的再定位[38]，不仅能够增强成骨细胞、骨髓干细胞的成骨能力，也能刺激牙周组织中牙周膜干细胞的成骨相关基因RUNX2、SP7的表达[39]，从而促进牙周组织的修复。

3.甲状旁腺激素与正畸牙根吸收

正畸导致的牙根吸收是牙移动过程中不可逆的病理性结果，也是正畸医生治疗过程中难以避免的问题。研究显示，正畸完成后牙根吸收发生率大于90%，在这其中约有1%～5%会发生严重的牙根吸收[40]，特别是在骨质疏松的状态下，其正畸诱导的牙根吸收不论是在吸收面积、深度或体积上均有显著增加[41]。不仅会导致冠根比例失调，还会引起牙根稳定性下降，甚至导致牙齿松动脱落。与牙槽骨吸收过程相似，牙根吸收也始于正畸力导致的根周膜缺血性损伤，无菌性坏死[42]，在牙根周范围内高表达 COX-1，COX-2，IL-1β，TNF-α，RANKL和M-CSF等炎症因子[43]，来自根周膜和外周血的TRAP阳性细胞在牙骨质表面富集形成吸收陷窝[44，45]。而PTH(1-34)已被证实能够通过抑制炎症细胞和炎性因子，从而间接发挥促进骨愈合的作用[46]。几乎所有牙在正畸过程中都会出现牙根吸收，但绝大多数会通过成牙骨质细胞的修复从而恢复牙根外形。但当成牙骨质/破牙骨质稳态遭到破坏则会出现牙骨质不可逆性地破坏吸收。Wang等[47]研究显示PTH能够下调成牙骨质细胞内转录因子DMP1的表达，上调成骨/成牙骨质相关基因RUNX2和Prg4的表达，从而发挥维持矿物质稳态的作用。此外在牙根的发育期间，PTH相关蛋白及其受体在牙根表面高表达，通过转录因子Osx介导牙根表面的矿化沉积，在保证牙根长度和促进牙根形成方面发挥重要作用[48]。

近些年来也有部分研究将牙根吸收的原因聚焦于成牙骨质细胞功能障碍。Matsuzawa H[44]等研究显示，牙周膜压力侧成牙骨质细胞数量明显减少，Diercke K等[49]通过基因本体分析发现成牙骨质细胞在压力和炎症因子的作用下细胞凋亡相关的基因明显上调，且压力与促炎刺激(IL-1β)联合作用增强了凋亡相关通路的正调控。此外也有研究显示，机械力能够诱导牙周组织炎症因子的表达上调和根周细胞成骨相关基因的表达抑制，而PTH(1-34)能够有效降低骨组织和牙周组织中IL-1β、IL-6的表达[50]，扭转因机械刺激导致的成牙骨质细胞成骨相关基因表达的抑制，促进成牙骨质细胞在应力条件下继续发挥成牙骨质作用[51]。

4.总结

随着全世界老龄化程度的不断提高，骨质疏松的患病率也逐渐升高，全球超过两亿人患有该病[52]。与此同时，口腔健康意识不断加强使得一部分大龄人口因修复需要或是美观问题寻求正畸治疗[53]，其中一部分正畸患者或合并骨代谢疾病，如骨质疏松症，传统的治疗骨质疏松的药物，如双磷酸盐类、镭奈酸锶等，因其骨吸收的延迟作用使得正畸牙移动出现困难，牙周膜局部表现为压力侧破骨细胞、炎症细胞数量明显减少[54]。临床表现包括难以关闭正畸间隙，牙齿倾斜移动，牙根平行度欠佳等问题，使得正畸疗程明显增加[55-57]。而甲状旁腺激素以其在牙移动过程中同时具有促进牙周膜压力侧破骨、张力侧成骨的双重作用，能够明显加快牙移动速率，且在正畸牙移动过程中促进牙周组织愈合，减少牙根吸收，很有可能成为解决中老年患者正畸治疗的理想方案。但近五年来关于甲状旁腺激素加速正畸牙移动的研究相对较少，其效果还需要最新的动物实验乃至临床实验进一步证实。此外，甲状旁腺激素在牙周膜压力侧同时促进骨吸收和抑制牙根吸收的作用看似矛盾，其机制仍需要更深入的研究。