種植體周結(jié)締組織附著的研究進(jìn)展

付齊月，李尊泰，齊曉爽，韓春雨，張慧彥，張震陽(yáng)，孟維艷

種植義齒被稱為人類的第三副牙齒，已逐步成為牙列缺損或缺失患者首選治療方案，前些年人們一直致力于種植體骨結(jié)合方面的研究，而近年來(lái)種植體周圍軟組織結(jié)合的研究逐漸成為熱點(diǎn)。因?yàn)榫S持種植體長(zhǎng)期臨床穩(wěn)定性除了需要具有良好的骨結(jié)合外，還要在種植體穿齦處形成良好的軟組織封閉，以作為防止口腔細(xì)菌侵入和預(yù)防種植體周圍組織感染的生物屏障。種植體周圍軟組織封閉包括上皮附著與纖維結(jié)締組織附著。上皮附著是阻止細(xì)菌侵入的第一道屏障，但其具有沿種植體表面向根端遷移的特性，細(xì)菌可隨之向根方侵入，而上皮附著下方穩(wěn)固、健康的纖維結(jié)締組織能夠阻止結(jié)合上皮(junctional epithelium，JE)向根方遷移，維持穩(wěn)定的種植體-軟組織界面。但大量研究顯示種植體周結(jié)締組織中的膠原纖維平行于種植體表面排列，而非類似于天然牙中垂直并插入牙骨質(zhì)表面，因此，種植體周結(jié)締組織附著強(qiáng)度遠(yuǎn)弱于天然牙。為加強(qiáng)結(jié)締組織附著強(qiáng)度，對(duì)種植體頸部改性處理成為近年來(lái)研究熱點(diǎn)，本文將從種植體周結(jié)締組織附著及影響結(jié)締組織附著的影響因素兩方面進(jìn)行綜述。

1 生物學(xué)寬度與生物防御

生物學(xué)寬度被首先提出于天然牙中，定義為牙槽嵴頂距齦溝底的距離，恒定約為2.04 mm，由JE及JE根方與牙槽嵴頂之間的纖維結(jié)締組織構(gòu)成[1]。與天然牙類似，種植體周圍也存在生物學(xué)寬度這一概念，即從種植體周圍黏膜頂端到種植體-骨結(jié)合位點(diǎn)(位于牙槽嵴頂根方)之間約3～4 mm的較為恒定的距離，組織學(xué)構(gòu)成上與天然牙有所不同，其額外納入了種植體周圍齦溝上皮[1-2]，這可能是由于JE最冠方難以確定。

無(wú)論是在天然牙中還是在種植體周圍，生物學(xué)寬度存在的最大意義就是形成軟組織屏障抵御外界刺激，包括物理刺激與細(xì)菌侵入，而JE與結(jié)締組織在生物防御作用方面又存在差異。JE通過(guò)基底膜和半橋粒與種植體表面緊密結(jié)合[3-4]，其生物防御作用主要表現(xiàn)在上皮屏障、組織代謝更新、免疫活性細(xì)胞、后天獲得性免疫反應(yīng)四方面[5-7]。JE下方的結(jié)締組織能夠支持JE，防止JE向根方遷移。成纖維細(xì)胞是結(jié)締組織中的主要細(xì)胞，負(fù)責(zé)組織更新，當(dāng)細(xì)菌突破JE后，細(xì)胞在細(xì)菌及其產(chǎn)物的刺激下分泌細(xì)胞因子與趨化因子等，局部招募免疫細(xì)胞啟動(dòng)先天性免疫應(yīng)答,促進(jìn)炎性細(xì)胞聚集；與此同時(shí)合成分泌相關(guān)因子，促進(jìn)膠原合成，參與組織改建和傷口愈合[8-9]。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，JE是阻止細(xì)菌侵入的第一道防線，主要有物理屏障、免疫監(jiān)視及促炎作用，而結(jié)締組織主要是支持上皮、組織修復(fù)、免疫保護(hù)及促炎作用。

2 種植體周結(jié)締組織附著

2.1 種植體周結(jié)締組織的組成

種植體周圍纖維結(jié)締組織是指結(jié)合上皮根端與牙槽嵴頂之間的結(jié)締組織，是構(gòu)成種植體周生物學(xué)寬度的一部分，與種植體表面氧化層緊密附著，主要由膠原纖維、細(xì)胞、血管和細(xì)胞外基質(zhì)等組成。成纖維細(xì)胞是主要細(xì)胞成分，但含量較少，且在不同部位，各種組成成分的占比差異也較大?？拷N植體表面的400～800 μm區(qū)域是結(jié)締組織附著區(qū)，又分為內(nèi)外側(cè)兩個(gè)區(qū)域。內(nèi)側(cè)區(qū)貼近種植體表面，寬約40～100 μm，類似于瘢痕組織，特點(diǎn)是無(wú)血管，膠原纖維細(xì)小，大量的成纖維細(xì)胞位于膠原纖維之間，且成纖維細(xì)胞平行于膠原纖維和種植體表面；外側(cè)區(qū)與內(nèi)側(cè)區(qū)呈橫向連續(xù)，富含血管結(jié)構(gòu)，細(xì)胞含量較少，膠原纖維多而粗大[10-12]。

2.2 牙齦成纖維細(xì)胞與種植體表面的結(jié)合方式

成纖維細(xì)胞與種植體表面不是直接連接，而是通過(guò)細(xì)胞外基質(zhì)(extracelluar matrixc, ECM)粘附于種植體表面。根據(jù)成纖維細(xì)胞膜與ECM表面之間的距離，連接方式分為三種：粘著斑連接、緊密連接和ECM連接[13]。粘著斑：細(xì)胞膜與ECM之間間隙<15 nm，是成纖維細(xì)胞與種植體表面之間的主要連接方式，位于肌動(dòng)蛋白微絲束的膜下終末位點(diǎn)，胞內(nèi)粘連蛋白(粘著斑蛋白等)將細(xì)胞骨架(肌動(dòng)蛋白絲等)與跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(整合素等)連接在一起，整合素與ECM中的纖連蛋白(fibronectin,FN)等成分結(jié)合形成粘著斑[13-14]。粘著斑不僅為細(xì)胞粘附到細(xì)胞外基質(zhì)提供了機(jī)械結(jié)合位點(diǎn)，也是粘附相關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)開(kāi)始的位點(diǎn)[15]。緊密連接：細(xì)胞膜與ECM之間間隙約30～50 nm，通常位于粘著斑周圍；ECM連接：細(xì)胞膜與ECM之間間隙>100 nm，是無(wú)胞內(nèi)粘連蛋白存在的、由細(xì)胞外蛋白物質(zhì)鏈連接細(xì)胞膜與ECM的連接方式[3]。

2.3 膠原纖維與種植體表面的附著與排列方向

由于種植體表面缺乏牙骨質(zhì)存在且光滑，導(dǎo)致膠原纖維的附著位置與排列方向均與天然牙有極大不同。天然牙頸部的結(jié)締組織附著，類似于牙周膜組織，其膠原纖維起于牙骨質(zhì)，止于牙槽骨骨膜或口腔上皮組織，相互交織成束狀、網(wǎng)狀走行，多垂直于牙齒表面。光滑種植體周圍的膠原纖維多呈束狀起始于牙槽嵴頂，平行或斜行于種植體表面排列，通過(guò)種植體表面約20 nm厚的糖蛋白(纖連蛋白)粘附于種植體表面[11,16]。

3 影響結(jié)締組織附著的因素

3.1 表面粗糙度

表面粗糙度是指加工表面具有的較小間距和微小峰谷的不平度，輪廓的算術(shù)平均差(Ra)是最常用的粗糙度指標(biāo)，Ra值越小，則表面越光滑。不同粗糙度的種植體表面對(duì)成纖維細(xì)胞的粘附、增殖以及膠原沉積產(chǎn)生不同影響。Kunzler等[17]通過(guò)控制噴砂、酸蝕的時(shí)間獲得梯度粗糙度表面，研究發(fā)現(xiàn)Ra=5.7 μm的表面有利于成纖維細(xì)胞早期粘附，Ra=2.0 μm的表面成纖維細(xì)胞增殖率最高。Nothdurft等[18]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明人牙齦成纖維細(xì)胞在粗糙表面(Ra=1.5 μm)的粘附與增殖明顯高于光滑表面(Ra=0.07 μm)。Thomas等[19]認(rèn)為粗糙度能夠改變細(xì)胞的生長(zhǎng)方向且增強(qiáng)細(xì)胞附著強(qiáng)度。有文獻(xiàn)報(bào)道成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)的最佳表面粗糙度范圍是0.1～0.15 μm[20]，但有研究顯示成纖維細(xì)胞接種在亞微米級(jí)粗糙度(Ra=0.106 μm)表面4 h后，形成粘著斑量顯著低于光滑表面[21]，粗糙表面抑制成纖維細(xì)胞初始粘附，因此關(guān)于適宜成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)的粗糙度值尚無(wú)定論。此外，對(duì)于不同材料，細(xì)胞對(duì)粗糙度的反應(yīng)也有所不同，對(duì)于鈦合金，粗糙表面較光滑表面更有利于成纖維細(xì)胞的增殖，而對(duì)于氧化鋯，結(jié)果則與之相反[22]。Mehl等[23]通過(guò)在不同級(jí)別粗糙度的二硅酸鋰、氧化鋯與鈦表面上培養(yǎng)牙齦成纖維細(xì)胞，結(jié)果表明最光滑的機(jī)械加工表面有利于細(xì)胞粘附?？傊捎诓牧喜町?、制備方法不同等，關(guān)于粗糙度對(duì)成纖維細(xì)胞粘附與增殖的影響尚難以下定論。

3.2 表面微觀形貌

表面微觀形貌如微槽、納米孔、納米管等，可以影響細(xì)胞的生物學(xué)行為[24]。微溝槽能夠促進(jìn)成纖維細(xì)胞的粘附及種植體周圍結(jié)締組織附著[25]，Lai等[26]認(rèn)為寬60 μm、深5 μm或10 μm可能是種植體頸部微溝槽的最佳設(shè)計(jì)，該尺寸的表面上成纖維細(xì)胞形態(tài)發(fā)生改變最明顯，細(xì)胞不僅位于微槽嵴頂部同時(shí)出現(xiàn)在微槽內(nèi)，長(zhǎng)軸與微槽平行，沿微槽方向排列、遷移，F(xiàn)N mRNA表達(dá)水平最顯著。Yamada等[27]研究發(fā)現(xiàn)海綿狀納米表面不僅能夠激活并增強(qiáng)成纖維細(xì)胞功能，且影響膠原纖維的產(chǎn)生和排列方向，誘導(dǎo)牙周樣結(jié)締組織附著。二氧化鈦納米管(直徑70～90 nm)表面促進(jìn)成纖維細(xì)胞的粘附、遷移、增殖和分化[28]。已有學(xué)者研究證實(shí)激光蝕刻(Laser-lok)表面的“微通道”不僅組織成纖維細(xì)胞有序排列粘附，還可以形成結(jié)締組織粘連，有效阻止JE下移[29]。有學(xué)者認(rèn)為雖然微米與納米表面均能影響成纖維細(xì)胞粘附，對(duì)膠原纖維有導(dǎo)向作用，但微米表面抑制膠原產(chǎn)生[30]。另有研究表明直徑100～120 nm的二氧化鈦納米管表面抑制成纖維細(xì)胞粘附[31]。這些研究結(jié)果的不一致可能與孔隙大小、分布密度有關(guān)，但關(guān)于微觀形貌對(duì)成纖維細(xì)胞的影響僅從以上文獻(xiàn)中難以給出定論。

3.3 表面化學(xué)成分

目前臨床上廣泛應(yīng)用的種植體基臺(tái)有鈦基臺(tái)、氧化鋯基臺(tái)和金基臺(tái)，通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)與鈦合金相比，成纖維細(xì)胞在氧化鋯表面上表現(xiàn)出更高的粘附與增殖[18,32]，細(xì)胞在材料表面的粘附強(qiáng)度按以下順序降低：鈦、氧化鋯、金合金，且金合金有明顯的細(xì)胞毒性[10]。近年來(lái)有學(xué)者提出了一種新型植入材料——聚醚醚酮(poly-ether-ether-ketone, PEEK)，且發(fā)現(xiàn)PEEK較鈦表面牙齦成纖維細(xì)胞的粘附和增殖明顯增加[33]。除材料本身不同導(dǎo)致化學(xué)成分有差異外，表面處理也能夠改變表面的化學(xué)成分，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)成纖維細(xì)胞在TiO2-Cu2+涂層上的粘附和增殖以及膠原沉積顯著增強(qiáng)，且Cu2+能夠通過(guò)提高細(xì)胞內(nèi)特殊蛋白(α-SMA和CTGF)含量，加速成纖維細(xì)胞向纖維化表型轉(zhuǎn)變并分化為肌成纖維細(xì)胞[34]。此外還有Ca2+、Mg2+[35]、Zn2+[36]、Ag2+[31]等離子可以調(diào)節(jié)成纖維細(xì)胞的生物學(xué)行為。但應(yīng)用以上金屬陽(yáng)離子時(shí)必須注意引入離子濃度，濃度過(guò)高時(shí)對(duì)細(xì)胞反而有殺傷作用。

3.4 生物活性分子

成纖維細(xì)胞粘附的基礎(chǔ)是鈦表面吸附基質(zhì)中蛋白成分及粘著斑的形成，因而近年來(lái)許多學(xué)者將相關(guān)蛋白質(zhì)、細(xì)胞生長(zhǎng)因子、多肽、膠原等生物活性分子固定在材料表面，以刺激成纖維細(xì)胞的代謝活力，加速種植體周圍軟組織的愈合。表皮生長(zhǎng)因子可能通過(guò)激活細(xì)胞膜上的受體，進(jìn)一步激活MAPK信號(hào)通路，上調(diào)人成纖維細(xì)胞中Ⅰ型、Ⅲ型膠原蛋白和彈性蛋白的表達(dá)[37]，促進(jìn)軟組織早期愈合。在微溝槽鈦表面固定FN的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明FN通過(guò)刺激FN介導(dǎo)的粘著斑形成和FN原纖維形成(即基質(zhì)合成)誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞增殖，及通過(guò)調(diào)節(jié)參與細(xì)胞周期進(jìn)展的特定基因的表達(dá)，促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖[38]。精氨酸-甘氨酸-天門冬氨酸(RGD)序列是許多細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的粘附位點(diǎn)，通過(guò)與細(xì)胞表面的整合素受體結(jié)合而調(diào)控細(xì)胞的粘附，有學(xué)者將含有RGD序列的多肽固定于鈦表面，結(jié)果發(fā)現(xiàn)(—RGD—)4和(—RGD—)8靶肽促進(jìn)L929細(xì)胞對(duì)材料的粘附和細(xì)胞擴(kuò)散[39]。與細(xì)胞粘附相關(guān)的蛋白種類繁多，因此鈦表面生物活性分子修飾還有很大的研究前景。

4 展 望

影響種植體周結(jié)締組織附著的因素如上述甚至更多，而成纖維細(xì)胞與種植體表面的粘附信號(hào)通路尚未明確，目前廣為人知的是通過(guò)調(diào)節(jié)組成粘著斑的跨膜整聯(lián)蛋白及胞內(nèi)粘連蛋白來(lái)介導(dǎo)細(xì)胞粘附，已經(jīng)確定的相關(guān)粘連蛋白有超過(guò)180種[40]，但是關(guān)于它們?cè)谡掣竭^(guò)程中的精確組裝、作用方式仍然知之甚少，還需要積極探索。