甲狀旁腺激素應(yīng)用于成人正畸治療的實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展*

王曉婷 陳榮敬 房 兵

隨著醫(yī)學(xué)不斷進(jìn)步，生活水平不斷提高，社會(huì)中、老年人口比例也在不斷上升。錯(cuò)頜畸形不但破壞口頜面美觀，并且影響咀嚼功能，甚至對(duì)心理健康造成影響[1]，越來越多的中老年人出于對(duì)功能和美觀的考慮要求正畸治療。在美國(guó)，成人的正畸比例從1981年的15.4%提高至2013年的23%[2]。在老齡化更嚴(yán)重的亞洲，40歲以上的正畸患者人數(shù)在2008到2012年間大幅增加[3]。與青少年不同，中老年患者的骨代謝速率明顯降低，甚至患有全身骨代謝疾病，可能干擾正畸治療，最終導(dǎo)致牙齒移動(dòng)速率下降，不良反應(yīng)增加。目前正畸療程一般為21到33個(gè)月[4，5]，漫長(zhǎng)的治療時(shí)間降低患者對(duì)于正畸治療接受程度。特別是在成人患者正畸過程中，隨著治療時(shí)間的增加，牙根吸收、牙槽骨高度降低及牙齦退縮風(fēng)險(xiǎn)提高，這些并發(fā)癥不僅影響患者對(duì)正畸治療的滿意度，更對(duì)患者的口腔健康造成隱患。因此縮短正畸治療時(shí)間、減少正畸并發(fā)癥一直是患者以及醫(yī)生關(guān)注的話題[6]。

目前普遍認(rèn)為正畸力作用于牙根從而誘發(fā)牙槽骨改建是牙移動(dòng)的主要原因，當(dāng)正畸力作用于牙齒時(shí)，在根周膜的范圍內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)兩種截然不同的牙槽骨改建形式[7]，壓力側(cè)牙周膜壓縮，張力側(cè)拉長(zhǎng)。在此過程中壓力側(cè)牙周膜出現(xiàn)毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞退行性改變[8]，局部產(chǎn)生無菌性炎癥，鄰近壞死區(qū)牙槽骨骨髓腔中出現(xiàn)大量破骨細(xì)胞發(fā)生骨吸收。而張力側(cè)牙槽骨則表現(xiàn)為抗炎環(huán)境，分泌大量抑炎因子和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子，從而促進(jìn)骨生成[9]?？梢哉f牙槽骨的改建速率決定了牙齒移動(dòng)的速率[10]，但中老年患者由于骨代謝速率明顯下降，表現(xiàn)為骨吸收和骨形成速率同時(shí)下降[11，12]，可能是導(dǎo)致中老年人牙移動(dòng)困難的原因之一[13]。

甲狀旁腺激素(PTH)是調(diào)節(jié)血液鈣磷平衡的主要激素之一，由84個(gè)氨基酸組成，對(duì)骨代謝起到雙向調(diào)節(jié)作用，明顯增加骨轉(zhuǎn)換速率[14]：一方面能夠促進(jìn)成骨細(xì)胞生長(zhǎng)和骨組織礦化；另一方面也能發(fā)揮誘導(dǎo)破骨細(xì)胞的分化，促進(jìn)破骨細(xì)胞的功能的作用[15]。目前應(yīng)用于人體的商品化甲狀旁腺激素相關(guān)肽名為特立帕肽，即重組人甲狀旁腺激素1-34(rh PTH 1-34)，包含人PTH N端34個(gè)氨基酸序列，可以與G蛋白偶聯(lián)PTH I型受體相互作用，從而激活cAMP(腺苷酸環(huán)化酶)依賴的蛋白激酶A(PKA)及鈣依賴的蛋白激酶C信號(hào)通路[16]。一方面提高抗凋亡基因Bcl-2的表達(dá)，增加成骨細(xì)胞數(shù)量，抑制細(xì)胞周期蛋白D的表達(dá)，促進(jìn)骨祖細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化并且能夠調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞功能[17]。另一方面cAMP和PKA的激活增加IL-6、RANKL的分泌與表達(dá)從而加速骨吸收[18]。

由于正畸過程中同時(shí)發(fā)生成骨和破骨兩種反應(yīng)，因此尋找一種既能促進(jìn)加速牙周膜張力側(cè)牙槽骨形成，減少牙骨質(zhì)吸收及牙槽骨高度下降，又能增加牙周膜壓力側(cè)骨吸收的藥物或方法成為加速牙移動(dòng)、減少正畸并發(fā)癥的關(guān)鍵。但以往使用促進(jìn)成骨或破骨的藥物無法同時(shí)滿足正畸牙移動(dòng)的雙向要求，而甲狀旁腺激素及其相關(guān)肽的出現(xiàn)可能打破目前的困境。目前已有許多研究證明甲狀旁腺激素及其相關(guān)肽能夠在正畸治療過程發(fā)揮積極作用，現(xiàn)總結(jié)如下。

1.甲狀旁腺激素加速正畸牙移動(dòng)

1999 年Soma等[19]對(duì)雄性大鼠進(jìn)行牙移動(dòng)實(shí)驗(yàn)，在切牙與第一磨牙之間安裝拉簧施加30g正畸力。利用皮下滲透泵每天持續(xù)性給予PTH(1-84)10ug/100g體重及PTH(1-34)4ug/100g體重，均能夠明顯加快牙移動(dòng)速率，并且利用組織切片觀察到實(shí)驗(yàn)組壓力側(cè)的破骨細(xì)胞數(shù)目與同組對(duì)照側(cè)及空白組比較明顯增加。為了增加牙移動(dòng)區(qū)域PTH(1-34)的濃度和留存時(shí)間，2000年Soma[20]利用甲基纖維素凝膠(2%w/v)制備PTH(1-34)的緩釋制劑，隔天在大鼠上頜第一磨牙的近中腭部區(qū)域內(nèi)以1.0ug/400g體重局部注射，發(fā)現(xiàn)與局部注射鹽溶液組及空白組比較在正畸力施加后的第6、9、12天時(shí)實(shí)驗(yàn)組牙移動(dòng)速率加快。并且在施加正畸力12天后，雖然能夠在空白組的牙周膜壓力側(cè)可以觀察到破骨細(xì)胞，但牙周膜間隙仍舊狹窄，而在PTH(1-34)凝膠緩釋組可見增寬的牙周膜間隙以及破骨細(xì)胞，且在非施力側(cè)并未觀察到牙周膜間隙的改變和破骨細(xì)胞的出現(xiàn)。這一現(xiàn)象提示，在正畸力的作用下，PTH(1-34)能夠通過早期激活壓力側(cè)破骨細(xì)胞功能而加快牙移動(dòng)的速率。

盡管Soma的實(shí)驗(yàn)證明PTH(1-34)的局部應(yīng)用能夠提高牙移動(dòng)速率，但目前應(yīng)用于人體的商品化甲狀旁腺激素(特立帕肽)給藥方式仍是每日皮下注射，因此Li等[21]按照人體給藥方式，每日給予SD大鼠皮下注射PTH(1-34)4ug/100g體重，并在大鼠切牙與第一磨牙之間施加40g正畸力，發(fā)現(xiàn)與空白組相比較，PTH(1-34)組第一磨牙的牙移動(dòng)速率明顯提高，TRAP染色顯示在第6、9、12天時(shí)牙周膜壓力側(cè)的破骨細(xì)胞增多且骨吸收陷窩更大，并且通過免疫組化分析，發(fā)現(xiàn)PTH(1-34)能夠同時(shí)上調(diào)壓力側(cè)牙周膜內(nèi)成骨細(xì)胞破骨相關(guān)蛋白R(shí)ANKL及成骨相關(guān)蛋白IGF-1的表達(dá)。此外，S.Lossd?rfer等[22]發(fā)現(xiàn)PTH(1-34)在牙移動(dòng)晚期(21天)能夠促進(jìn)張力側(cè)牙周膜組織OPG的表達(dá)，輕微下調(diào)RANKL的表達(dá)，通過提高張力側(cè)OPG/RANKL的比值促進(jìn)成骨。以上研究說明甲狀旁腺激素能夠同時(shí)刺激壓力側(cè)骨吸收和張力側(cè)骨生成來提高正畸牙移動(dòng)速率。

2.甲狀旁腺激素促進(jìn)牙周組織修復(fù)

牙槽骨作為全身骨系統(tǒng)的組成之一，受全身骨狀態(tài)的影響，同時(shí)牙槽骨骨密度降低也可以預(yù)測(cè)全身骨質(zhì)疏松狀態(tài)[23，24]。已有研究顯示，骨質(zhì)疏松患者由于牙槽骨密度下降以及牙槽嵴高度降低導(dǎo)致牙齒脫落風(fēng)險(xiǎn)顯著增高[25，26]。隨著正畸患者中中老年患者的比例不斷增加，在這類病人的牙槽骨上施加正畸力所面臨牙槽骨高度降低、牙齦退縮的風(fēng)險(xiǎn)也更大[27，28]。多中心臨床試驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)PTH(1-34)能夠增加骨質(zhì)疏松病人的骨密度，降低其骨折風(fēng)險(xiǎn)[29，30]。且PTH(1-34)的使用同樣能夠改善牙槽骨的骨密度[31]，有效維護(hù)甚至提高牙槽嵴頂?shù)母叨?。慢性牙周病患者在接受牙周手術(shù)后，每日接受20ug PTH(1-34)皮下注射，六個(gè)月后其牙周探診深度減少程度及牙周附著水平相較于空白組均有明顯提高[32](探診深度減少：2.42mm vs.1.32mm；牙周附著水平：1.58mm vs.0.42mm)。在正畸牙移動(dòng)過程中牙周膜壓力側(cè)另一顯著特征為早期牙周韌帶變性壞死以及穩(wěn)定期牙周組織的修復(fù)再生[33]。牙周組織恢復(fù)不僅包括牙槽骨再生，更重要的是牙槽骨與牙骨質(zhì)通過牙周膜的再連接。Vasconcelos DF[34]等在大鼠下頜第一磨牙遠(yuǎn)中根頰側(cè)創(chuàng)造骨開窗模型，分別使用PTH(1-34)40ug/kg和安慰劑，發(fā)現(xiàn)PTH(1-34)組在牙周總愈合面積、新骨骨密度及牙周膜纖維再附著的表現(xiàn)均優(yōu)于安慰劑組。Siliva[35]等對(duì)大鼠切牙進(jìn)行了壓入處理，發(fā)現(xiàn)跟安慰劑組相比較PTH(1-34)組(40ug/kg)牙骨質(zhì)上的Sharpy纖維密度更高。該研究結(jié)果提示PTH(1-34)不僅能促進(jìn)牙周組織愈合，并且很可能在正畸后提高牙根穩(wěn)定性，減少錯(cuò)頜畸形復(fù)發(fā)上發(fā)揮積極作用。

對(duì)于牙周組織修復(fù)再生，其終極目標(biāo)是恢復(fù)缺損牙周組織的形態(tài)、結(jié)構(gòu)以及功能。盡管目前已取得可喜的進(jìn)展，但最大的桎梏仍舊是缺乏足夠的干細(xì)胞以及祖細(xì)胞重建牙周膜及牙槽骨[36]。PTH(1-34)已被證實(shí)是一種DPP-IV抑制劑，可增強(qiáng)SDF-1α驅(qū)動(dòng)的干細(xì)胞歸巢[37]，促進(jìn)干細(xì)胞在損傷組織的再定位[38]，不僅能夠增強(qiáng)成骨細(xì)胞、骨髓干細(xì)胞的成骨能力，也能刺激牙周組織中牙周膜干細(xì)胞的成骨相關(guān)基因RUNX2、SP7的表達(dá)[39]，從而促進(jìn)牙周組織的修復(fù)。

3.甲狀旁腺激素與正畸牙根吸收

正畸導(dǎo)致的牙根吸收是牙移動(dòng)過程中不可逆的病理性結(jié)果，也是正畸醫(yī)生治療過程中難以避免的問題。研究顯示，正畸完成后牙根吸收發(fā)生率大于90%，在這其中約有1%～5%會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的牙根吸收[40]，特別是在骨質(zhì)疏松的狀態(tài)下，其正畸誘導(dǎo)的牙根吸收不論是在吸收面積、深度或體積上均有顯著增加[41]。不僅會(huì)導(dǎo)致冠根比例失調(diào)，還會(huì)引起牙根穩(wěn)定性下降，甚至導(dǎo)致牙齒松動(dòng)脫落。與牙槽骨吸收過程相似，牙根吸收也始于正畸力導(dǎo)致的根周膜缺血性損傷，無菌性壞死[42]，在牙根周范圍內(nèi)高表達(dá) COX-1，COX-2，IL-1β，TNF-α，RANKL和M-CSF等炎癥因子[43]，來自根周膜和外周血的TRAP陽性細(xì)胞在牙骨質(zhì)表面富集形成吸收陷窩[44，45]。而PTH(1-34)已被證實(shí)能夠通過抑制炎癥細(xì)胞和炎性因子，從而間接發(fā)揮促進(jìn)骨愈合的作用[46]。幾乎所有牙在正畸過程中都會(huì)出現(xiàn)牙根吸收，但絕大多數(shù)會(huì)通過成牙骨質(zhì)細(xì)胞的修復(fù)從而恢復(fù)牙根外形。但當(dāng)成牙骨質(zhì)/破牙骨質(zhì)穩(wěn)態(tài)遭到破壞則會(huì)出現(xiàn)牙骨質(zhì)不可逆性地破壞吸收。Wang等[47]研究顯示PTH能夠下調(diào)成牙骨質(zhì)細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子DMP1的表達(dá)，上調(diào)成骨/成牙骨質(zhì)相關(guān)基因RUNX2和Prg4的表達(dá)，從而發(fā)揮維持礦物質(zhì)穩(wěn)態(tài)的作用。此外在牙根的發(fā)育期間，PTH相關(guān)蛋白及其受體在牙根表面高表達(dá)，通過轉(zhuǎn)錄因子Osx介導(dǎo)牙根表面的礦化沉積，在保證牙根長(zhǎng)度和促進(jìn)牙根形成方面發(fā)揮重要作用[48]。

近些年來也有部分研究將牙根吸收的原因聚焦于成牙骨質(zhì)細(xì)胞功能障礙。Matsuzawa H[44]等研究顯示，牙周膜壓力側(cè)成牙骨質(zhì)細(xì)胞數(shù)量明顯減少，Diercke K等[49]通過基因本體分析發(fā)現(xiàn)成牙骨質(zhì)細(xì)胞在壓力和炎癥因子的作用下細(xì)胞凋亡相關(guān)的基因明顯上調(diào)，且壓力與促炎刺激(IL-1β)聯(lián)合作用增強(qiáng)了凋亡相關(guān)通路的正調(diào)控。此外也有研究顯示，機(jī)械力能夠誘導(dǎo)牙周組織炎癥因子的表達(dá)上調(diào)和根周細(xì)胞成骨相關(guān)基因的表達(dá)抑制，而PTH(1-34)能夠有效降低骨組織和牙周組織中IL-1β、IL-6的表達(dá)[50]，扭轉(zhuǎn)因機(jī)械刺激導(dǎo)致的成牙骨質(zhì)細(xì)胞成骨相關(guān)基因表達(dá)的抑制，促進(jìn)成牙骨質(zhì)細(xì)胞在應(yīng)力條件下繼續(xù)發(fā)揮成牙骨質(zhì)作用[51]。

4.總結(jié)

隨著全世界老齡化程度的不斷提高，骨質(zhì)疏松的患病率也逐漸升高，全球超過兩億人患有該病[52]。與此同時(shí)，口腔健康意識(shí)不斷加強(qiáng)使得一部分大齡人口因修復(fù)需要或是美觀問題尋求正畸治療[53]，其中一部分正畸患者或合并骨代謝疾病，如骨質(zhì)疏松癥，傳統(tǒng)的治療骨質(zhì)疏松的藥物，如雙磷酸鹽類、鐳奈酸鍶等，因其骨吸收的延遲作用使得正畸牙移動(dòng)出現(xiàn)困難，牙周膜局部表現(xiàn)為壓力側(cè)破骨細(xì)胞、炎癥細(xì)胞數(shù)量明顯減少[54]。臨床表現(xiàn)包括難以關(guān)閉正畸間隙，牙齒傾斜移動(dòng)，牙根平行度欠佳等問題，使得正畸療程明顯增加[55-57]。而甲狀旁腺激素以其在牙移動(dòng)過程中同時(shí)具有促進(jìn)牙周膜壓力側(cè)破骨、張力側(cè)成骨的雙重作用，能夠明顯加快牙移動(dòng)速率，且在正畸牙移動(dòng)過程中促進(jìn)牙周組織愈合，減少牙根吸收，很有可能成為解決中老年患者正畸治療的理想方案。但近五年來關(guān)于甲狀旁腺激素加速正畸牙移動(dòng)的研究相對(duì)較少，其效果還需要最新的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)酥僚R床實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)。此外，甲狀旁腺激素在牙周膜壓力側(cè)同時(shí)促進(jìn)骨吸收和抑制牙根吸收的作用看似矛盾，其機(jī)制仍需要更深入的研究。