牙本质生物改性与牙本质粘接耐久性

孙翔 余凡 许荣宸 李锋 综述 黄鹂 审校

1 牙本质粘接界面稳定性与胶原降解

不管是全酸蚀粘接还是自酸蚀粘接，牙本质粘接依赖于混合层的形成。牙本质在磷酸或酸性单体的作用下，溶解组织中矿物质并提供粘接剂树脂渗透的通道，粘接树脂包裹酸蚀暴露的胶原，通过光固化后获得树脂杂化层，这是形成粘接固位的基本原理。牙本质粘接界面含有丰富的胶原等有机成分，存在这较大的降解风险[1]：一方面，无论是采取何种酸蚀方法，粘接剂渗入的深度均无法达到酸蚀脱矿的深度，导致混合层底部存在未被树脂单体包裹保护的胶原成分；另一方面，牙本质粘接界面存在利于胶原降解的微环境。首先，酸蚀会激活牙本质内源性基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)、半胱氨酸组织蛋白酶(cysteine cathepsins)等，引起牙本质有机质降解；其次，由于牙本质小管的高渗透性及粘接剂的亲水性，粘接界面存在水树、水通道、水泡等现象造成水吸收，形成胶原或树脂降解微环境；此外，树脂的水解会进一步增加暴露的胶原。上述多因素共同作用最终导致粘接界面结构破坏、粘接失效[2]。这是目前普遍认为的粘接修复体使用寿命不长的根本原因。因此，抑制牙本质粘接界面胶原酶解，将从源头阻止粘接界面退变。

2 牙本质生物改性

为了提高牙本质粘接的耐久性，通过酶抑制剂如氯己定、季铵盐等来阻断内源性酶对胶原的作用[3]。酶抑制剂能短期保持基质中胶原的完整性，却也无法恢复胶原的机械强度，因此仍易于发生内聚破坏[4]。

此外，还可以从改善胶原降解耐受性的角度出发。胶原凭借天然交联状态赋予生物组织拉伸强度及抗酶解能力[5]。随着学者们对胶原交联状态重要作用认识的深入，利用交联剂的交联作用稳定脱矿牙本质胶原成为牙本质改性研究的新热点，并由此诞生了“牙本质生物改性(biomodification)”的新理念，即应用外源性胶原交联剂发挥交联作用，增强胶原纤维网机械性能，同时控制细胞外基质生物降解[4]。

2.1 交联剂

戊二醛(glutaraldehyde，GA)是公认高效的交联剂，它的两个醛基与胶原分子肽赖氨酸残基和羟基赖氨酸残基上的ε-氨基结合，形成Schiff碱类交联键[6]。采用5%的戊二醛水溶液对酸蚀脱矿后的牙本质进行预处理,可以提高脱矿牙本质的弹性模量和拉伸性能，并通过提高机械强度，提高粘接降解的抗性[7～8]。目前关于GA预处理是否会提高即刻牙本质粘接强度仍有争议，但是均认为其能大幅提高牙本质粘接的耐久性[3]。GA具备较强的细胞毒性，限制了其临床应用。

碳化二亚胺(carbodiimide,EDC)含有RN=C=NR结构，与羧基反应生成O-酰基异脲，激活多肽中谷氨酸和天冬氨酸残基中的羧基，使得相邻蛋白链间形成酰胺共价交联。EDC预处理可以显著提高牙本质的弹性模量、硬度、热变性温度，交联后的胶原稳定性增加[9]；0.3 mol/L EDC预处理后进行全酸蚀或自酸蚀粘接，尽管不能提高即刻粘接强度，但可以在1 年内有效维护粘接界面的结构完整性[10]。Zhang等[11]对粘接界面进行纳米动态力学分析，发现0.4 mol/L EDC处理可以有效保护混合层的粘弹性。Turco等[12]研究了模拟咀嚼力循环条件下粘接界面的稳定性，发现EDC处理可以抑制MMPs等对胶原的降解。

与化学合成的交联剂相比，植物来源的交联剂对人体无毒性、具有良好的生物安全性，因此受到越来越多的关注。原花青素(proanthocyanidins，PA)、表没食子儿茶素没食子酸酯(epigallocatechin gallate，EGCG)、桔皮苷(hesperidin，HPN)等，均属于多酚类物质，可以通过酚羟基来发挥交联作用，提高胶原的理化性能。

PA广泛存在于水果、种子和鲜花中，通过共价、离子、氢键或疏水键发挥交联作用[13]。6.5%的PA处理可以增加脱矿牙本质的极限拉伸强度和弹性模量[14]。将其加入到酸蚀剂中在脱矿的同时可以稳定胶原结构，阻止酸蚀后胶原网塌陷，促进粘接树脂渗透[15]。研究表明PA预处理1 h可以增加混合层即刻或老化后的弹性模量和硬度及粘接强度，粘接界面在循环载荷、模拟体液或酶溶液中均能保持稳定[7,16-17]。PA的分子质量较大，其作用时间可能需要10 min～1 h，而且其颜色较深造成牙本质染色，影响美学效果[18]。

EGCG是从绿茶中提取的一种成份，含有多个羟苯酰基团，可通过氢键和多酚疏水作用与胶原肽链残基的氨基等发生反应，促进胶原交联[19]。通过EGCG交联处理可以提高胶原的机械性能和耐酶解性能[4]。Sun等[20]在模拟牙髓腔静压力的条件下，使用EGCG对牙本质进行预处理，结果发现0.1%浓度的EGCG能改善脱矿牙本质的疏水性，增加了胶原的热稳定性和热循环后的粘接强度，并显著减少了粘接界面的纳米渗漏。还有实验通过双键转化率测试以及拉伸强度测试证实EGCG可以有效提升牙本质粘接耐久性[21]。

HPN是一种从柑橘类水果中提取的糖苷类黄酮，目前其交联机制还不清楚，但由于其分子中含有酚羟基，因此其作用原理可能类似于原花青素类[19]。Islam等[22]研究发现0.5%浓度的Hsd和PA、EGCG均可提高脱矿牙本质的极限拉伸性能，提高胶原耐酶解的能力[19]；将2%浓度的HPN加入到自酸蚀粘接剂的primer中可以提高即刻和老化粘接强度，5%浓度HPN能使得胶原纤维的结构在1 年内保持完整。

2.2 光氧化交联

除了上述交联剂引发的化学交联外，广泛用于眼科疾病治疗的光氧化交联也可以用来对牙本质进行生物改性[23]。在UVA或UVB等特定波长光作用下，光敏剂如核黄素(Rf)、玫瑰红等光敏剂受到激发产生活性氧，通过氧化作用诱导胶原纤维氨基间形成交联，可以显著提高胶原的机械强度、稳定性及酶解抗性[4,24]。1%浓度的Rf预处理5min以上可以稳定粘接界面，减少纳米渗漏，但存在牙本质染色的风险[4,16]。壳聚糖可增加氨基反应位点，提供更多的交联部位，因此将Rf接枝到壳聚糖表面，可以减少Rf的添加浓度及减少作用时间[25]。

3 牙本质生物改性与酶抑制

牙本质生物改性除了能提高胶原的机械性能，增强组织对蛋白水解酶的耐受性，研究发现大部分生物改性剂的运用还可以抑制MMPs或组织蛋白酶的活性，这也被认为是交联剂提高粘接界面酶解抗性的另一个重要原因[3]。首先，胶原纤维交联后其空间构象发生了变化，使其不利于与酶识别和结合；其次，非特异性的交联剂如EDC、PA等可能使得内源性的MMPs或组织酶发生交联，降低活性位点的分子移动性，或使酶的催化区域发生不可逆性改变从而丧失催化活性[26]；也可能作用于非催化区域，通过变构抑制影响酶对胶原的解螺旋作用[27]。另外，交联剂还可能作用于牙本质基质中的非胶原蛋白如胎球蛋白A，牙本质基质蛋白-1等，抑制MMPs的激活[2]。

4 牙本质生物改性与粘接界面再矿化

粘接界面酸蚀后胶原周围的矿物质被溶解，暴露的胶原因此直接与酶接触发生降解。能起到牙本质生物改性作用的交联剂可以改变局部的脱矿-矿化平衡。研究发现胶原经过交联处理后，胶原结构得以稳定，在一定程度上能阻止胶原纤维内外的钙离子、氢离子等扩散，抑制脱矿[28]。同时，PA、EGCG等所含的大量酚羟基与局部微环境中的钙离子络合，形成水溶性含钙络合物，并通过酚羟基与胶原蛋白或非胶原蛋白的氨基发生反应，从而将钙转移到病损部位，促进粘接界面处的矿物质沉积[29-30]。牙本质胶原经GA交联处理后引入了羰基，为羟基磷灰石的成核提供亲和性位点，诱导矿物质沉积，提高粘接界面的质量[31]。

5 总 结

对牙本质进行生物交联改性可以提高粘接界面胶原的机械强度、稳定性，抑制内源性酶的活性，从而增强牙本质粘接的耐久性。但是在应用于临床前，还需考虑到不同交联剂的作用时间与浓度、与粘接系统的匹配性及与牙髓组织的相容性等。高浓度的交联剂可以取得更好的效果，但是增加了牙髓相容性风险，低浓度的交联剂处理则需要额外延长作用时间，临床可行性受到影响。PA、Rf等具备使得牙体组织染色的特性，应当尽量减少其对修复美学效果的影响。此外，将交联剂配成预处理剂或直接添加到粘接剂配方中，还应不影响粘接剂的固化、聚合收缩等理化性能。为了增强对粘接界面的保护作用，还可以考虑综合利用多种交联剂、酶抑制剂、再矿化剂等，通过多种作用联合，共同稳定牙本质粘接。