C57BL/6小鼠牙齒解剖形態(tài)的顯微CT觀測

湯穎　顧永春　朱琦

小鼠生長周期快，成熟早，基因背景明確，是最常用的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物之一[1]。小鼠為單牙列、異形牙哺乳動(dòng)物，全牙列共有16顆牙齒，其牙式為：

每個(gè)象限由1個(gè)切牙和3個(gè)磨牙組成，切牙與磨牙間有一段無牙區(qū)(diastema)[2-3]。熟悉、掌握小鼠牙齒的解剖形態(tài)是進(jìn)行相關(guān)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)。

然而，由于小鼠牙齒較為細(xì)小，肉眼難以觀察其外部解剖形態(tài)及內(nèi)部髓腔結(jié)構(gòu)；以往大多采用脫礦后組織切片方法，不僅無法顯示牙齒的三維形態(tài)，而且會(huì)破壞標(biāo)本，產(chǎn)生人工假象。因此，當(dāng)前學(xué)者們對(duì)于小鼠牙齒的精細(xì)解剖并不十分清楚，并且缺乏相關(guān)的牙體測量數(shù)據(jù)。本研究的目的是采用高精度顯微CT，對(duì)最常用的小鼠品系——C57BL/6小鼠牙列的各個(gè)牙位進(jìn)行觀測，揭示其形態(tài)學(xué)特點(diǎn)和規(guī)律，為相關(guān)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究提供依據(jù)。

1　材料與方法

1.1　實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

選取健康的SPF級(jí)C57BL/6小鼠16 只(上海靈暢生物科技有限公司)，鼠齡范圍為8～36 周， 中位數(shù)為16 周， 體重范圍為19～29 g。 5%水合氯醛麻醉后行脫頸法處死小鼠，斷頭后將頭顱放入4%多聚甲醛溶液固定。

1.2　顯微CT掃描

將小鼠頭顱固定于顯微CT樣品臺(tái)中央。 顯微 CT(Skyscan1174，布魯克斯，比利時(shí)) 掃描參數(shù)設(shè)置為：掃描電壓50 kV，電流800 μA， 0.5 mm鋁箔過濾，掃描角度360°，旋轉(zhuǎn)步長0.7°，掃描體素大小設(shè)置為37 μm×37 μm×37 μm。 掃描完成后，用眼科剪隨機(jī)分離左、右一側(cè)的上、下頜骨及牙列，再按照12 μm×12 μm×12 μm的體素大小進(jìn)行掃描。將掃描后獲得的2D圖像進(jìn)行三維重建，不同角度觀察牙齒外部形態(tài)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)；調(diào)用幾何測量模塊對(duì)下列幾何參數(shù)進(jìn)行牙體測量：

① 牙冠近遠(yuǎn)中徑、頰舌徑，牙冠高度：測量牙冠近遠(yuǎn)中向及頰舌向最長徑；測量牙冠最高點(diǎn)到達(dá)釉牙骨質(zhì)界(CEJ)平面的垂直距離。

② 牙根長度：測量根尖頂?shù)竭_(dá)CEJ平面牙根中心的3D距離。

③ 切牙的彎曲半徑和長度：沿著切牙牙體長軸的彎曲平面截取其矢狀剖面的2D影像，導(dǎo)入圖像分析軟件Image-Pro Plus(Media Cybernetics，美國)，校正圖像標(biāo)尺后沿著牙齒唇面(釉質(zhì)表面)確定3 個(gè)點(diǎn)(切緣點(diǎn)、牙齒基部最遠(yuǎn)中點(diǎn)、兩者間中點(diǎn))，由3 點(diǎn)確定一段圓弧與牙齒唇面輪廓線重合，讀取彎曲半徑、弧長(即牙齒長度)。

2　結(jié)　果

2.1　切牙的解剖形態(tài)

上、下切牙的唇面輪廓線及牙體長軸為一段圓弧，上切牙彎曲度更大，但長度比下切牙短。上切牙彎曲半徑均值為(2.37±0.11) mm， 牙長(8.63±0.63) mm，牙齒末端止于切牙與磨牙間的無牙區(qū)；下頜切牙彎曲半徑為(6.31±0.39) mm， 牙長(11.19±0.57) mm，末端位于第三磨牙下方，甚至可達(dá)第三磨牙遠(yuǎn)中舌側(cè)。切牙末端基部開放，無閉合的根尖孔，故牙根能終身生長補(bǔ)償磨耗。切牙牙釉質(zhì)只分布于牙齒的唇側(cè)面，故切牙只有臨床牙冠，沒有解剖牙冠；通過磨耗，切緣舌側(cè)牙本質(zhì)被磨去形成銳利的斜面，下切牙比上切牙更為銳利。左、右切牙在唇舌向觀形成“V”形夾角，在切緣近中形成接觸 (圖 1)。

A： 上、下切牙的三維重建模型側(cè)面觀; B： 頭顱三維重建模型的前后向觀; C： 矢狀面顯微CT二維圖像; D： 橫截面顯微CT二維圖像

圖 1小鼠切牙的解剖形態(tài)

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　磨牙牙冠的解剖形態(tài)

與人類牙齒相似，小鼠磨牙牙冠表面覆蓋一層牙釉質(zhì)，藉此在牙頸部形成CEJ，作為解剖牙冠與牙根的分界，但牙釉質(zhì)層較薄。

第一磨牙近遠(yuǎn)中徑明顯大于頰舌徑。上頜第一磨牙共有8 個(gè)牙尖，牙尖的編號(hào)參照Gaunt[3]。牙尖在近遠(yuǎn)中方向排成平行的3 行， 3 個(gè)主尖位于中間一行，由前(近中)向后(遠(yuǎn)中)編號(hào)為第1、2、3號(hào)尖。主尖偏遠(yuǎn)中頰側(cè)各分出1 個(gè)細(xì)小的輔尖，編號(hào)分別為B1、B2、B3。1、2號(hào)主尖在偏遠(yuǎn)中舌側(cè)各分出一個(gè)輔尖，編號(hào)L1、L2，比頰側(cè)輔尖略大。頰舌向，B1、1、L1牙尖嵴相連形成一列， B2、 2、L2連為第二列，B3、3牙尖連成第三列，每一列牙尖均呈“<”形，開口朝向遠(yuǎn)中，列與列之間形成“<”形的合面發(fā)育溝，并向牙冠的頰、舌面延伸形成頰、舌側(cè)發(fā)育溝。牙尖均向遠(yuǎn)中方向傾斜(圖 2A～C)。

下頜第一磨牙共有7 個(gè)牙尖，3 個(gè)頰尖(B1、B2、B3)和3個(gè)舌尖(L1、 L2、 L3)分別排成2行，遠(yuǎn)中端還有一個(gè)小尖(4號(hào)尖)，L1尖位置偏向近中。頰尖與對(duì)應(yīng)的舌尖向近中方向融合，同樣形成“<”形牙尖嵴與合面發(fā)育溝。下磨牙牙尖傾斜方向均朝向近中(圖 2D～F)。

第二磨牙比第一磨牙小，頰舌徑與近遠(yuǎn)中徑接近，其形態(tài)與第一磨牙相似，但在解剖特征上呈退化趨勢(shì)。上頜第一磨牙B1尖遠(yuǎn)小于B2尖，有時(shí)退化無法辨認(rèn)(圖2A)。下頜第二磨牙B1和L1尖退化難以辨認(rèn)(圖2D)。

第三磨牙頰舌徑大于近遠(yuǎn)中徑，牙齒大小與牙尖數(shù)目進(jìn)一步減少。上頜第三磨牙B1、 1、 L1退化形成一條近中邊緣嵴，B2、2、L2牙尖聯(lián)合成一條橫嵴，B3和3號(hào)尖融合成1個(gè)遠(yuǎn)中尖，咬合面被橫嵴分為較小的近中窩和較大、較深的遠(yuǎn)中窩(圖2A)。下頜第三磨牙有B2， L2和偏向遠(yuǎn)中的L3共3 個(gè)牙尖(圖 2D)。

2.3　磨牙牙根的解剖形態(tài)

上頜第一磨牙有3 個(gè)牙根，根分叉位置高，牙根均向遠(yuǎn)中傾斜，近中根最為粗壯，傾斜度最大；遠(yuǎn)中頰根比腭根略為細(xì)小。上頜第二磨牙同樣有3 個(gè)牙根，根分叉位置降低，分叉角度進(jìn)一步減小，牙體長軸垂直于咬合平面； 3 根中腭根最為粗壯，其橫截面卵圓形，長徑在近遠(yuǎn)中方向，而2 個(gè)頰根的長度、粗細(xì)相似。第三磨牙為融合根，牙根向近中傾斜，根尖處有分叉為3 個(gè)根尖的傾向。

下頜第一磨牙有2 個(gè)牙根，牙體長軸基本垂直于咬合平面，近中根橫截面呈圓形或圓三角形，是磨牙中最長最粗壯的牙根；遠(yuǎn)中根橫截面卵圓形，頰舌徑大于近遠(yuǎn)中徑。下頜第二磨牙有2 個(gè)扁根，向近中傾斜，軸面觀呈掃帚狀，有頰舌向有根分叉切跡；橫截面上看近、遠(yuǎn)中根的輪廓為卵圓形或8字形，其長徑均向近中扭轉(zhuǎn)(頰側(cè)外形高點(diǎn)比舌側(cè)外形高點(diǎn)更靠近中)。下頜第三磨牙為融合性單根，牙體長軸進(jìn)一步向近中傾斜，靠近根尖有分叉為2 個(gè)根尖的傾向(圖 3)。

2.4　髓腔的解剖形態(tài)

切牙髓腔的形態(tài)與牙體外形相似，越靠近基部，牙本質(zhì)壁越薄，髓腔越寬大。

磨牙髓室與牙冠外形相似， 有尖銳的髓角突入牙尖。多數(shù)情況下，一個(gè)圓形牙根內(nèi)只有一個(gè)根管，但是下頜第二磨牙近、遠(yuǎn)中根以及上頜第二磨牙的腭側(cè)根較扁，其根管系統(tǒng)形態(tài)類似人類根管分型中的1-2型根管；此外第三磨牙根管較為復(fù)雜，往往在融合根的根尖1/3水平分為2～3 個(gè)根管。磨牙根尖部往往會(huì)膨大呈洋蔥頭狀，鼠齡大時(shí)更為明顯，并且輪廓線更加不規(guī)則，根尖分歧較為多見(圖 4)。

圖 2小鼠磨牙牙冠的顯微CT三維重建圖像及牙尖的編號(hào)(參照Gaunt[3])

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

圖 3小鼠磨牙牙根的顯微CT三維重建圖像(16 周齡)

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

2.5　磨牙牙體測量

磨牙牙冠直徑、高度及根長的測量結(jié)果見表 1。

A： 上、下磨牙矢狀面; B： 上、下磨牙牙根中1/3水平橫截面; C： 下頜第二磨牙近近中根(Lm2/M)和遠(yuǎn)中根(Lm2/D)唇舌剖面

圖 4小鼠磨牙髓腔的顯微CT二維圖像

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為： m1的近中根、 m2的近中頰根、 m3和m3的融合性單根、 m1和m2的近中根； 牙根2為： m1和m2的遠(yuǎn)中頰根、 m1和m2的遠(yuǎn)中根； 牙根3為： m1和m2的腭根

上頜第一磨牙牙冠的頰舌徑、近遠(yuǎn)中徑均值最大，第三磨牙的各項(xiàng)測量參數(shù)均小于其他磨牙。下頜第一磨牙近中根是最長的牙根，其次為上頜第一磨牙近中根、下頜第一磨牙遠(yuǎn)中根，而上頜第三磨牙的牙根最短。

2.6　上、下牙列的咬合

處死的小鼠下頜處于自然息止合位，下切牙切緣正對(duì)上切牙切緣舌側(cè)的磨耗斜面并留有約1個(gè)磨牙牙尖高度的空間。也有少數(shù)頭顱標(biāo)本下切牙與上切牙接觸、對(duì)刃甚至是反合，可能是樣品臺(tái)固定標(biāo)本時(shí)下頜處于被動(dòng)位置造成的。

上、下磨牙尖窩/溝相對(duì)，形成最大面積的咬合接觸(圖 4A)。上磨牙主尖與相應(yīng)的頰、舌側(cè)輔尖聯(lián)合形成“<”形牙尖嵴，第一、二、三磨牙分別有3、 2、 1 條明顯的“<”形嵴，咬合時(shí)，正好壓入對(duì)合磨牙咬合面的“<”形發(fā)育溝里。上磨牙牙尖的遠(yuǎn)中斜面和下磨牙牙尖的近中斜面可見磨耗小面(圖 4A)；上頜磨牙主尖及頰尖的舌斜面、舌尖的頰斜面，以及下頜磨牙牙尖的頰斜面與舌尖的舌斜面也能觀察到磨耗小面；這些部位牙釉質(zhì)常被完全磨除，牙本質(zhì)暴露，使咬合接觸面積大大增加，并形成鋒利的磨耗面邊緣。正中咬合時(shí)，下頜第一磨牙B2尖咬入上頜第一磨牙B1、B2尖之間的發(fā)育溝內(nèi)；下頜前伸時(shí)，下頜第一磨牙B3尖咬入上頜第一磨牙B1、B2尖之間的發(fā)育溝內(nèi)(圖 5)。

A： 正中咬合; B： 下頜前伸時(shí)

圖 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　討　論

小鼠是最常用的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物之一，在口腔醫(yī)學(xué)中，常常被用于氟斑牙、齲病、牙髓炎與根尖周炎、牙周炎、腭裂等各類口腔疾病的研究[4-9]。然而，以往關(guān)于小鼠牙列的正常解剖結(jié)構(gòu)，以及咬合、咀嚼模式缺乏較為詳細(xì)的報(bào)道。顯微CT不破壞牙體組織，精度可以達(dá)到微米級(jí)，能夠清楚地分辨牙釉質(zhì)、牙本質(zhì)、牙槽骨等不同的硬組織；配合三維重建軟件、幾何測量軟件，可以便捷地對(duì)牙體形態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)觀測[10]。

研究結(jié)果顯示，小鼠的切牙和磨牙在形態(tài)與功能具有非常明顯的差異。小鼠上、下頜各有一對(duì)強(qiáng)壯的圓弧狀彎曲的切牙，尤其下切牙，幾乎貫穿整個(gè)下頜骨，平均長度達(dá)11 mm，約為磨牙牙體長度的5倍。切牙的牙釉質(zhì)分布于牙體唇面，因此嚴(yán)格意義講，切牙沒有牙根，基部不閉合形成根尖孔。小鼠切牙能夠終生生長，這是嚙齒目哺乳動(dòng)物的一個(gè)共同特征。嚙齒目動(dòng)物占哺乳動(dòng)物物種的40%，從進(jìn)化角度來講，它們是現(xiàn)存哺乳類中最為成功的類群[11]。嚙齒動(dòng)物必須通過啃咬來不斷磨短切牙，切牙是其重要的生存工具。小鼠磨牙牙冠有牙釉質(zhì)覆蓋，這和人牙相似，但釉質(zhì)層較薄。磨耗后，牙冠邊緣和牙尖磨耗面邊緣形成鋒利的刀刃組合，有利于提高牙齒的切削、咀嚼效率。上頜一、二磨牙有3個(gè)牙根，下頜一、二磨牙有2個(gè)牙根，上頜第二磨牙觀察到1例遠(yuǎn)頰根與腭根間的融合；第三磨牙為融合根，根分叉很靠近根尖末端，牙冠形態(tài)特征簡化，牙尖數(shù)較少，第三磨牙的這種退化趨勢(shì)和人類恒牙智齒十分相似，但其解剖變異要比后者少。

小鼠磨牙牙冠形態(tài)復(fù)雜，有多個(gè)尖銳的牙尖，隨著鼠齡的增加而有所磨耗(圖 4A)。第一磨牙牙尖最多(上牙8 個(gè)，下牙7 個(gè))，牙尖在頰舌向有規(guī)律地聯(lián)合形成3列“<”形的牙尖組合，正好嵌入對(duì)合牙的合面發(fā)育溝內(nèi)，第二、三磨牙則分別形成2道和1道“<”形牙尖嵴及合面發(fā)育溝。如同磨盤上的齒形槽，它們可以引導(dǎo)咀嚼時(shí)牙齒滑動(dòng)的方向以及食物磨碎后的流向。小鼠的下頜關(guān)節(jié)突與顱骨的關(guān)節(jié)窩聯(lián)結(jié)比較松弛，既可前后移動(dòng)，又能左右錯(cuò)動(dòng)，因此，小鼠磨牙既能壓碎食物，又能碾磨植物纖維[11]。在研究齲齒時(shí)，第一、二磨牙較深的發(fā)育溝可以是齲齒的好發(fā)位點(diǎn)。磨牙中，以第一磨牙牙冠最大，牙根最粗壯，根分叉最大。提示第一磨牙在咀嚼運(yùn)動(dòng)中承力最大，是起最重要功能的牙齒。第二、三磨牙近遠(yuǎn)中徑/頰舌徑比值逐漸減小，第三磨牙的位置偏向內(nèi)側(cè)，三個(gè)磨牙的近遠(yuǎn)中徑排成彎向內(nèi)側(cè)的弓形。顯微CT的二維及三維影像顯示，上頜磨牙牙尖的遠(yuǎn)中斜面正對(duì)下頜磨牙牙尖的近中斜面，并形成釉質(zhì)磨損小面(圖 4A)；上頜磨牙主尖及頰尖的舌側(cè)斜面與下頜磨牙牙尖的及頰斜面相對(duì)，上頜磨牙舌尖的頰斜面則與下頜磨牙舌尖的舌斜面相對(duì)，并形成釉質(zhì)磨損面，提示小鼠研磨食物時(shí)，磨牙的發(fā)力運(yùn)動(dòng)方向?yàn)橛珊笙蚯昂拖騻?cè)方的組合運(yùn)動(dòng)。但其詳細(xì)、完整的牙列運(yùn)動(dòng)軌跡有待進(jìn)一步研究。上頜第一磨牙的牙根向遠(yuǎn)中傾斜，而第三磨牙牙根向近中傾斜，下頜第二、三磨牙牙根向下頜第一磨牙傾斜度逐步加大(圖 3)；分析該解剖特點(diǎn)的意義，可能由于小鼠磨牙的磨耗較大，理論上磨耗后易在鄰牙間形成間隙，磨牙牙根傾斜有利于隨著牙根生長，牙冠逐漸相互靠攏，從而消除鄰間隙，防止食物嵌塞；本實(shí)驗(yàn)未觀察到磨牙間存在牙間隙的標(biāo)本。小鼠磨牙根尖與人牙有所不同，根尖處往往會(huì)膨大呈洋蔥頭或掃把狀，并且表面凹凸不平(圖 4)，提示小鼠實(shí)驗(yàn)時(shí)難以完整地拔除磨牙而不破壞其根尖組織。膨大的根尖往往含有根管分支，有時(shí)根尖孔呈縫隙狀而不是圓孔形。提示小鼠磨牙血供豐富，根尖硬組織改建活躍，這與小鼠磨牙能承受強(qiáng)大的咬力相適應(yīng)。

根據(jù)牙齒發(fā)育的“域”假說(field theory)[12-13]，牙列被分為若干個(gè)形態(tài)發(fā)生域，域內(nèi)均有一個(gè)關(guān)鍵牙(key tooth)，外源性的形態(tài)發(fā)生因子(morphgen)在域內(nèi)沿著遠(yuǎn)離關(guān)鍵牙的方向呈梯度降低分布。關(guān)鍵牙在該區(qū)發(fā)生最早，形態(tài)最穩(wěn)定；而域內(nèi)的其他牙離關(guān)鍵牙越遠(yuǎn)，受形態(tài)發(fā)生因子作用越弱，其形態(tài)就越不穩(wěn)定。具體表現(xiàn)為：牙齒特征的發(fā)生率低、出現(xiàn)更多的變異[9]。該現(xiàn)象在小鼠磨牙中得到了證實(shí)。域假說提供了一個(gè)簡單的理論模型來解釋牙列的程式化發(fā)生。近年來，學(xué)者們開始從基因水平上探究其機(jī)制并取得了重要的進(jìn)展。一系列同源盒基因家族成員(如：Msx、Dlx、Barx、Lhx 及 Pitx家族)被發(fā)現(xiàn)在特定的時(shí)間和空間里表達(dá)，參與了第一腮弓的程式化進(jìn)程[14]，但其詳細(xì)的分子機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。

小鼠牙齒的髓腔和牙齒的外形相似。磨牙的髓室有尖銳的髓角突入牙尖。有學(xué)者以小鼠為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，對(duì)第一磨牙進(jìn)行開髓、去髓來誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)性根尖周炎。因此，掌握磨牙的髓腔形態(tài)對(duì)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)芊癯晒κ株P(guān)鍵。上頜第一磨牙髓室底呈三角形，上頜第二磨牙呈C形；下頜第一、二磨牙髓室底有近、遠(yuǎn)中2個(gè)根管。由于第二磨牙體積較小，根管較細(xì)，下頜第二磨牙近遠(yuǎn)中根及上頜第二磨牙腭根均為1-2型根管，預(yù)計(jì)牙髓處理會(huì)十分困難，這在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)時(shí)需有所考量。

本研究顯示第一磨牙根分叉位置較高，幾乎沒有根柱；第二磨牙根分叉降低，第三磨牙大多為融合性單根。掌握這些解剖知識(shí)，對(duì)于誘導(dǎo)和評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)性牙周炎，測量牙槽骨的吸收量具有重要的參考價(jià)值。

需要指出的是，本研究的對(duì)象是C57BL/6品系的小鼠，不同品系的小鼠以及大鼠的牙列會(huì)有不同程度的差異；此外，小鼠食物的類型、粗細(xì)和堅(jiān)硬程度、鼠齡也會(huì)影響髓腔及牙根的形態(tài)；由于牙骨質(zhì)和牙本質(zhì)的礦化度接近，顯微CT尚不能將兩者區(qū)分，這均有待進(jìn)一步深入研究。

綜上所述，小鼠具有強(qiáng)壯、彎曲、持續(xù)生長的切牙；磨牙牙冠尖、窩、溝隙特征明顯，牙根及根管形態(tài)復(fù)雜；掌握上述解剖特點(diǎn)，是動(dòng)物實(shí)驗(yàn)取得成功的基礎(chǔ)。

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