成牙骨質(zhì)細(xì)胞的研究進(jìn)展

摘要：由成牙骨質(zhì)細(xì)胞形成的牙骨質(zhì)在牙周組織的發(fā)生、發(fā)育和再生中起著非常重要的作用，目前學(xué)者主要集中于對(duì)成牙骨質(zhì)細(xì)胞的研究上，本文就成牙骨質(zhì)細(xì)胞的來(lái)源和分化、分子生物學(xué)特征、礦化相關(guān)蛋白對(duì)成牙骨質(zhì)細(xì)胞增殖分化的影響作一綜述。

關(guān)鍵詞：成牙骨質(zhì)細(xì)胞；來(lái)源；分子生物學(xué)特征；礦化相關(guān)蛋白

【中圖分類號(hào)】

R249 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號(hào)】1002-3763（2014）07-0032-02

牙周病是口腔內(nèi)常見(jiàn)的細(xì)菌感染性疾病，破壞牙齒支持組織，導(dǎo)致牙齒的松動(dòng)脫落。牙骨質(zhì)是覆蓋在牙根表面的礦化組織，在牙周組織的發(fā)生、發(fā)育和再生中起著非常重要的作用，因此對(duì)成牙骨質(zhì)細(xì)胞（cementoblast，CB）的來(lái)源、分化和分子生物學(xué)特征進(jìn)行研究，探索成牙骨質(zhì)細(xì)胞在牙周組織再生中的作用具有重要意義。

1 成牙骨質(zhì)細(xì)胞的來(lái)源和分化

目前，傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為成牙骨質(zhì)細(xì)胞來(lái)源于間充質(zhì)干細(xì)胞，牙根是在冠發(fā)育完成后由間葉細(xì)胞所形成。根部牙本質(zhì)形成后，包繞牙根的Hertwig′s上皮根鞘（Hertwig′s epithelial root sheath，HERS）斷裂，牙囊細(xì)胞穿過(guò)破裂的HERS并接觸根部牙本質(zhì)，分化為CB。還有學(xué)者認(rèn)為早期成牙骨質(zhì)細(xì)胞直接來(lái)源于上皮根鞘（epithelial root sheath，ERS）。

1.1 牙囊細(xì)胞：

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為成牙骨質(zhì)細(xì)胞就是由牙囊細(xì)胞分化而來(lái)的。Villarreal等研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)骨形成蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）、釉基質(zhì)衍生物（enamel matrix derivatives，EMD）和牙本質(zhì)非膠原蛋白（dentin non-collagenous protein，dNCP）等誘導(dǎo)后，牙囊細(xì)胞可以形成成牙骨質(zhì)細(xì)胞表型。Handa^[1]等從牛牙胚中分離出牛牙囊細(xì)胞（bovine dental follicle cells，BDFC）、牛齒槽成骨細(xì)胞（bovine alveolar boneosteoblasts， BAOB）和牛牙周膜細(xì)胞（bovine periodontal ligament cells， BPDL），并將其植入重度免疫缺陷的小鼠體內(nèi)，4周后發(fā)現(xiàn)BDFC形成了牙骨質(zhì)樣基質(zhì)，BAOB形成骨樣基質(zhì)，BPDL形成少量的牙骨質(zhì)樣基質(zhì)。上述實(shí)驗(yàn)證實(shí)了CB由牙囊細(xì)胞分化而來(lái)，支持傳統(tǒng)觀點(diǎn)，但同時(shí)他們認(rèn)為牙周膜中也存在成牙骨質(zhì)先祖細(xì)胞。Handa等進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，牙囊細(xì)胞受到BMP誘導(dǎo)可以表達(dá)牙骨質(zhì)附著蛋白（Cementum attachment protein，CAP）和牙骨質(zhì)蛋白（Cementum protein，CEMP）等成牙骨質(zhì)細(xì)胞的標(biāo)志蛋白。

1.2 上皮根鞘：

ERS是牙根發(fā)育中決定性的結(jié)構(gòu)，是牙冠發(fā)育完成后成釉器內(nèi)釉 外釉上皮在頸環(huán)處增生，向未來(lái)根尖孔方向生長(zhǎng)，形成2層上皮的鞘。Zeichner等^[2]研究發(fā)現(xiàn)在牙齒發(fā)育過(guò)程中，ERS發(fā)生了由上皮細(xì)胞到間質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)變，分化為CB，并形成類似于無(wú)細(xì)胞牙骨質(zhì)的礦化細(xì)胞外基質(zhì)。因此他們認(rèn)為無(wú)細(xì)胞牙骨質(zhì)和細(xì)胞牙骨質(zhì)由兩種不同類型的細(xì)胞合成，即ERS衍生的CB和神經(jīng)嵴來(lái)源的CB。ERS僅在牙根發(fā)育階段分泌某些蛋白和信號(hào)分子參與牙骨質(zhì)的形成。牙冠發(fā)育即將完成時(shí)，牙根開(kāi)始發(fā)育。內(nèi)釉和外釉上皮細(xì)胞在頸環(huán)開(kāi)始增生，形成上皮根鞘。它與CB的起源關(guān)系密切。與根部牙本質(zhì)相連的基底膜去掉，與牙囊組織聯(lián)合培養(yǎng)，結(jié)果雖有礦化物質(zhì)生成，但沒(méi)有與根面相連。牙囊中的間充質(zhì)細(xì)胞進(jìn)入因變性而斷裂的上皮細(xì)胞之間，并與牙根表面接觸，在該處分化出CB。 目前關(guān)于成牙骨質(zhì)細(xì)胞的來(lái)源尚無(wú)定論，還需進(jìn)一步地研究證實(shí)。

2 成牙骨質(zhì)細(xì)胞的分子生物學(xué)特征

2.1 成牙骨質(zhì)細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)：

牙根發(fā)育完成后，在正常的牙骨質(zhì)中可見(jiàn)CB所在位置留下的陷窩。在鄰近牙骨質(zhì)的牙周韌帶中，CB呈扁平裝、類圓形、多邊形或不規(guī)則形狀。CB細(xì)胞核圓或卵圓形，細(xì)胞表面有短鈍突起，周圍可見(jiàn)由它產(chǎn)生的原纖維及內(nèi)在纖維。細(xì)胞平鋪于根面，當(dāng)牙骨質(zhì)形成時(shí)近似立方狀。電鏡觀察，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)富含粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，高爾基復(fù)合體發(fā)達(dá)，有較多的糖原顆粒，在胞漿內(nèi)還可見(jiàn)到有界膜的膠原原纖維。Clayden等 ^[3]發(fā)現(xiàn)CB的形態(tài)受激素水平影響：當(dāng)垂體被切除的大鼠磨牙牙骨質(zhì)發(fā)生，CB核仁和核膜孔減少，高爾基復(fù)合體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)也顯著減少。

2.2 成牙骨質(zhì)細(xì)胞的功能：

成牙骨質(zhì)細(xì)胞的功能包括了表達(dá)礦化相關(guān)蛋白如骨鈣素（osteocalcin，OCN）、骨橋蛋白（osteopontin，OPN）、骨涎蛋白（bone sialoprotein，BSP）等，分泌基質(zhì)形成鈣化結(jié)節(jié)，形成牙骨質(zhì)，表達(dá)CAP促進(jìn)牙周膜細(xì)胞和牙齦成纖維細(xì)胞在牙根表面的黏附，成牙骨質(zhì)細(xì)胞表達(dá)的OCN、BSP和CAP等在牙骨質(zhì)形成和纖維黏附過(guò)程中起重要作用。成牙骨質(zhì)細(xì)胞表達(dá)礦化相關(guān)蛋白，在鈣化條件下持續(xù)培養(yǎng)，可重疊生長(zhǎng)并分泌骨基質(zhì)形成鈣化灶。BSP在成牙骨質(zhì)細(xì)胞形成細(xì)胞結(jié)節(jié)后開(kāi)始不斷地進(jìn)行增殖分化分泌礦化基質(zhì)，形成礦化結(jié)節(jié)。在這一過(guò)程中，成牙骨質(zhì)細(xì)胞一直表達(dá)BSP、ALP和CAP，并具有時(shí)序上的變化。在礦化過(guò)程中BSP參與了礦化中心的形成，并能誘導(dǎo)牙骨質(zhì)樣結(jié)構(gòu)的礦化。CAP是成牙骨質(zhì)細(xì)胞特有的標(biāo)記物，僅可由成牙骨質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生。CAP雖然是一種具有活性的牙骨質(zhì)非膠原蛋白，但其活性單一，僅促進(jìn)成纖維細(xì)胞的黏附，而對(duì)成纖維細(xì)胞的有絲分裂無(wú)影響， CAP能明顯促進(jìn)牙周韌帶細(xì)胞和牙齦成纖維細(xì)胞在牙根表面的黏附及移行。

OCN是一種相對(duì)分子質(zhì)量非常小的含酸γ-碳氧血紅蛋白，而OPN和BSP則為磷酸化的糖蛋白，是牙骨質(zhì)中非常重要的非膠原蛋白，它們都與CB形成牙骨質(zhì)的功能密切相關(guān)。CAP是牙骨質(zhì)中的一種特異性蛋白，能選擇性地促進(jìn)成牙骨質(zhì)細(xì)胞的前體細(xì)胞對(duì)牙根表面的移行黏附，并促進(jìn)這些前體細(xì)胞向成牙骨質(zhì)細(xì)胞系分化，增強(qiáng)其成骨活性。

2.3 成牙骨質(zhì)細(xì)胞的體外培養(yǎng)：

培養(yǎng)不受成纖維細(xì)胞、成骨細(xì)胞、及成牙本質(zhì)細(xì)胞等干擾的單一的CB系經(jīng)歷了一個(gè)不斷完善、發(fā)展的過(guò)程。它是近年來(lái)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物、原位雜交、組織化學(xué)等新技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的結(jié)果。目前，世界上僅有少數(shù)實(shí)驗(yàn)室成功地建立了牙骨質(zhì)來(lái)源細(xì)胞的體外培養(yǎng)體系并以此作了系列研究。牙骨質(zhì)瘤來(lái)源的 CB、CD1 小鼠來(lái)源的 CB 和牙周膜細(xì)胞、人牙骨質(zhì)來(lái)源的 CB、人牙骨質(zhì)薄層刮取物來(lái)源的 CB、大鼠第一磨牙來(lái)源的CB、人牙周膜來(lái)源的CB、牛牙骨質(zhì)來(lái)源的CB、人CB細(xì)胞系克隆株來(lái)源的CB和馬后牙來(lái)源的CB在體外的分離培養(yǎng)^[4]。

Arzate等培養(yǎng)的來(lái)源于人牙骨質(zhì)瘤的 CB，為多角形，其ALP活性為陽(yáng)性。鑒別方法：CAP抗體染色陽(yáng)性，特異性抗體免疫組化和蛋白質(zhì)印跡染色顯示，這些細(xì)胞表達(dá)骨涎蛋白以及Ⅰ、Ⅴ型膠原，體外有礦化物形成。體外培養(yǎng)的人牙骨質(zhì)瘤來(lái)源的 CB 可以合成和分泌牙骨質(zhì)蛋白，如CAP、牙骨質(zhì)衍生生長(zhǎng)因子、血小板衍生生長(zhǎng)因子和成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子。D’Errico等^[5]在利用原位雜交技術(shù)檢測(cè)CD1小鼠牙根發(fā)育期間礦化相關(guān)蛋白，如BSP、骨橋蛋白（osteopontin，OPN）以及骨鈣蛋白（osteocalcin，OC）的時(shí)序表達(dá)時(shí)發(fā)現(xiàn)，41d齡CD1小鼠的CB高表達(dá) BSP、OPN和OC，而牙周膜細(xì)胞不表達(dá)BSP、OPN 和OC。將41d齡CD1小鼠的150個(gè)下頜第一磨牙牙胚酶消化后行常規(guī)成骨細(xì)胞培養(yǎng)，原位雜交鑒別顯示，所培養(yǎng)的細(xì)胞表達(dá)Ⅰ型膠原、BSP、OPN和OC，但不表達(dá)牙本質(zhì)涎蛋白，即所培養(yǎng)的細(xì)胞并非成牙本質(zhì)細(xì)胞。Saygin等將拔下的阻生第三磨牙的軟組織清除，以其根中1/3表面刮取物行組織塊法培養(yǎng)，所培養(yǎng)的細(xì)胞用免疫細(xì)胞化學(xué)法染色。如果一種細(xì)胞同時(shí)符合以下3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)則為OB：1，25-二羥膽鈣化醇誘發(fā)OC的釋放；1，25-二羥膽鈣化醇誘導(dǎo)ALP 高表達(dá)；礦化基質(zhì)形成。用源于人類CB瘤的細(xì)胞代替正常CB進(jìn)行相關(guān)研究，不失為一種方法，但這些細(xì)胞與CB之間的差別在多大程度上影響了這種替代，還有待進(jìn)一步研究。

3 礦化相關(guān)蛋白對(duì)成牙骨質(zhì)細(xì)胞增殖分化的影響

3.1 BMP和EMD對(duì)成牙骨質(zhì)細(xì)胞的影響：

EMD是釉質(zhì)發(fā)育過(guò)程中未礦化釉質(zhì)中含有的蛋白成分，EMD可以由ERS內(nèi)層細(xì)胞合成，并參與牙骨質(zhì)的發(fā)生。BMP廣泛存在于骨組織、牙齒及牙周組織中，主要分布于具有成骨傾向的細(xì)胞中，并參與骨組織牙齒組織的形成。Kemoun等學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)：BMP-2、7和EMD可以刺激牙囊細(xì)胞產(chǎn)生成牙骨質(zhì)細(xì)胞的表型。牙囊細(xì)胞長(zhǎng)時(shí)間受到BMP-2、7或EMD的刺激能提高ALP的活性并增加礦化，還能分泌出CAP和CEMP-23，證實(shí)BMP和EMD可以誘導(dǎo)牙囊細(xì)胞向成牙骨質(zhì)細(xì)胞分化。

3.2 CEMP-1對(duì)成牙骨質(zhì)細(xì)胞的影響：

CEMP-1能調(diào)節(jié)成牙骨質(zhì)細(xì)胞活性，同時(shí)誘導(dǎo)不具有成骨特性的細(xì)胞向成牙骨質(zhì)細(xì)胞方向分化。Carmona等學(xué)者研究表明：CEMP-1對(duì)羥磷灰石具有巨大的親和力，可以促進(jìn)磷酸八鈣晶核體的形成，為牙骨質(zhì)的生成提供礦化核心。人牙齦成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)染CEMP-1后能誘導(dǎo)礦化并能表達(dá)牙骨質(zhì)基質(zhì)蛋白，轉(zhuǎn)染后的牙齦成纖維細(xì)胞具有更高的ALP活性和增殖能力，并且表達(dá)BSP、OCN、OPN、CAP等礦化相關(guān)因子。

3.3 CAP對(duì)成牙骨質(zhì)細(xì)胞的影響：

CAP可作為鑒別成牙骨質(zhì)細(xì)胞及牙骨質(zhì)的分子標(biāo)志物。同時(shí)實(shí)驗(yàn)證實(shí)^[6]：牙囊細(xì)胞、牙周韌帶細(xì)胞等具有分化為CB潛能的間充質(zhì)細(xì)胞在分化過(guò)程中同樣表達(dá)CAP，因此CAP亦可作為鑒別牙周韌帶中具有分化為成牙骨質(zhì)細(xì)胞潛能的間充質(zhì)細(xì)胞的特異性標(biāo)志；而細(xì)胞堿性磷酸酶（ALP）的表達(dá)可以作為牙骨質(zhì)形成過(guò)程中CB分化早期的標(biāo)志；礦化組織的形成則可作為CB分化末期的指標(biāo)。Handa等將牛牙囊細(xì)胞與羥基磷灰石復(fù)合后植入免疫缺陷小鼠體內(nèi)，4周后發(fā)現(xiàn)形成纖維組織和類牙骨質(zhì)樣基質(zhì)，CAP染色陽(yáng)性；而植入的牙槽骨細(xì)胞生成的是骨樣結(jié)構(gòu)，CAP染色陰性。Wen等發(fā)現(xiàn)在經(jīng)含牙本質(zhì)非膠原蛋白的牙囊細(xì)胞培養(yǎng)液處理后，脂肪干細(xì)胞由成纖維樣細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)槌裳拦琴|(zhì)樣細(xì)胞，細(xì)胞表達(dá)CAP mRNA。在純鈦表面生長(zhǎng)的牙周韌帶細(xì)胞（human periodontal ligament cells，hPDLCs）能高度表達(dá)CAP，提示體外培養(yǎng)的hPDLCs中存在牙骨質(zhì)細(xì)胞表型，具有向成牙骨質(zhì)細(xì)胞表型分化的潛能。在同樣條件下生長(zhǎng)的hPDLCs，在牙骨質(zhì)表面生長(zhǎng)的hPDLCs顯著表達(dá)CAP，證明根面保留的牙骨質(zhì)能促進(jìn)hPDLC向成牙骨質(zhì)細(xì)胞方向分化，從而有利于牙周組織再生。牙本質(zhì)基質(zhì)（treated dentin matrix，TDM）可以促進(jìn)牙囊細(xì)胞分化為牙髓牙本質(zhì)樣組織以及牙骨質(zhì)-牙周復(fù)合體，CAP作為牙骨質(zhì)形成的標(biāo)志物之一用于鑒定所形成的牙骨質(zhì)結(jié)構(gòu)。體外實(shí)驗(yàn)顯示CAP在高濃度時(shí)可增強(qiáng)人牙囊細(xì)胞的ALP活性，促使其黏附并向成牙骨質(zhì)細(xì)胞分化，刺激其分泌礦化基質(zhì)，從而形成早期的牙骨質(zhì)和骨組織。

4 結(jié)語(yǔ)

牙骨質(zhì)的再生在牙周組織再生過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用，成牙骨質(zhì)細(xì)胞是其中的關(guān)鍵所在。通過(guò)學(xué)者們的努力，我們對(duì)成牙骨質(zhì)細(xì)胞的了解正逐步深入，這些成果不僅揭示了牙骨質(zhì)及牙周組織再生的機(jī)制，也為治療牙周疾病打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

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