天然膠原交聯(lián)劑在牙本質(zhì)粘接領(lǐng)域中的研究進(jìn)展

張 煒，王景云

（吉林大學(xué)口腔醫(yī)院，長春 130021）

在過去的幾十年中，樹脂-牙本質(zhì)粘接技術(shù)一步步發(fā)展，在牙體缺損修復(fù)上取得了相對可靠的臨床效果，但與牙釉質(zhì)粘接相比其粘接持久性仍存在著欠缺[1]。牙本質(zhì)結(jié)構(gòu)特殊，有機物含量約占其體積的30%，其中膠原蛋白占絕大多數(shù)，主要為Ⅰ型膠原。牙本質(zhì)粘接修復(fù)的粘接力主要依賴于酸蝕后脫礦牙本質(zhì)表層的膠原纖維網(wǎng)和粘接劑所組成的混合層（hybrid layer，HL）[2]，混合層的質(zhì)量對樹脂修復(fù)體的粘接強度和使用壽命至關(guān)重要。由于樹脂單體在脫礦后的牙本質(zhì)膠原纖維內(nèi)的滲透漸進(jìn)性的特點，導(dǎo)致酸蝕的深度與樹脂滲透的深度不一致從而在混合層底部產(chǎn)生裸露的膠原纖維區(qū)域，此區(qū)域內(nèi)殘留的水分子會使溶解的樹脂析出，同時被激活的牙本質(zhì)內(nèi)源性膠原蛋白水解酶也會使裸露的膠原纖維逐漸發(fā)生降解[2][3]，混合層結(jié)構(gòu)崩塌，從而影響牙本質(zhì)粘接的耐久性。

在牙本質(zhì)粘接的實驗室研究中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)天然來源的交聯(lián)劑可以通過增加膠原纖維間和纖維內(nèi)共價交聯(lián)的數(shù)量，改善牙本質(zhì)粘接的耐久性，膠原蛋白交聯(lián)被認(rèn)為是增強脫礦牙本質(zhì)基質(zhì)對內(nèi)源性酶降解的抵抗性的有效方法，并可獲得具有改善機械強度的穩(wěn)定混合層，有研究通過使用交聯(lián)劑預(yù)處理酸蝕后的牙本質(zhì)人為地增加了膠原蛋白原纖維的穩(wěn)定性[4][5][6]。天然膠原交聯(lián)劑按化學(xué)結(jié)構(gòu)分為天然多酚類（原花青素、表沒食子兒茶素沒食子酸酯、槲皮素、單寧酸、姜黃素和貽貝蛋白等）、環(huán)烯醚萜類（如京尼平）和大分子多糖類（如海藻酸）。

1 天然多酚類

1.1 原花青素（PA）

原花青素主要來源于植物，其中葡萄籽提取物（GSE）為最主要的來源之一，屬于縮合單寧類，是高度羥基化結(jié)構(gòu)，能夠與蛋白質(zhì)形成不溶性復(fù)合物，在發(fā)育過程中增加膠原蛋白的合成并加速可溶性膠原蛋白向不溶性的轉(zhuǎn)化[7]，穩(wěn)定并增加了I 型膠原原纖維的交聯(lián)[4]。有研究表明低濃度的PA可通過改變化學(xué)性能并提高脫礦質(zhì)牙本質(zhì)的機械性能，使用6.5%GSE分別處理脫礦牙本質(zhì)基質(zhì)10min和4h，測量其剛度增加了約8~40倍[6]，它與戊二醛和膠原蛋白的作用機制不同，PA 和膠原蛋白的相互作用主要通過蛋白質(zhì)酰胺羰基和酚羥基之間的氫鍵導(dǎo)致外源性交聯(lián)，而其產(chǎn)生的疏水鍵又會減少水的吸附，相對于其他多酚類物質(zhì)擁有相對較大的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，此外，PA 還可通過隱藏或者修飾膠原蛋白分子內(nèi)酶的切割位點來抑制基質(zhì)金屬蛋白酶的活性[7]。

1.2 表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）

表沒食子兒茶素沒食子酸酯，一種綠茶多酚，已被證明可抑制了基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）-2 和基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）-9 的明膠分解活性，體外研究表明，EGCG 可以通過降低牙本質(zhì)中的MMPs 活性阻止牙本質(zhì)被酶解[8][9]。EGCG是具有最強牙本質(zhì)交聯(lián)能力的單體兒茶素，它對膠原蛋白的機械性能和抵抗蛋白水解降解的穩(wěn)定作用都具有積極作用，即使在低至0.0065%的濃度下也顯示出對MMPs 的抑制作用[10]。EGCG 結(jié)構(gòu)中含有酚羥基，通過親水性的羥基與膠原纖維形成氫鍵以及芳香環(huán)的疏水相互作用共同穩(wěn)定膠原蛋白，另外它對金屬離子具有很高的親和力，金屬離子與EGCG 結(jié)合后會阻止MMP 的識別能力進(jìn)而抑制膠原蛋白分解[11]。

1.3 槲皮素（quercetin ）

槲皮素是飲食中最常見的黃酮醇，可下調(diào)在前列腺癌細(xì)胞中MMP-2 和MMP-9 的表達(dá)[12]。槲皮素的分子結(jié)構(gòu)與原花青素單體兒茶素或表兒茶素相似，因此槲皮素交聯(lián)也可能與基質(zhì)蛋白的酚羥基和酰胺羰基或羥基之間的氫鍵形成有關(guān)[13]。粘接劑中的槲皮素可以與牙本質(zhì)膠原交聯(lián)，這種能力使槲皮素在牙本質(zhì)基質(zhì)中保持相對穩(wěn)定，其細(xì)胞毒性濃度又比機制明確的化學(xué)膠原交聯(lián)劑戊二醛低100 倍，同時Mirzoeva 已經(jīng)證明槲皮素可以通過解耦能量傳導(dǎo)細(xì)胞質(zhì)膜并抑制細(xì)菌運動，從而產(chǎn)生抗菌作用，將500μg/mL 槲皮素?fù)饺胝辰觿┲?，可以達(dá)到抗菌改性，粘接強度和細(xì)胞毒性三者的平衡狀態(tài)[14]。

1.4 單寧酸（Tannic acid）

單寧酸是一類特殊的可水解丹寧酸，以葡萄糖作為核心，葡萄糖的羥基被五個沒食子酸基酯化[15][16]。單寧酸通過交聯(lián)纖維狀膠原蛋白和抑制MMP來防止膠原蛋白基質(zhì)降解，單寧酸與富含脯氨酸的蛋白（如彈性蛋白和膠原蛋白）中的疏水區(qū)特異性結(jié)合形成多個氫鍵證明了其在酶穩(wěn)定性方面的作用[15][17]。最近，Jackson 等人研究了單寧酸在穩(wěn)定膠原蛋白抵抗膠原酶作用中的作用，并發(fā)現(xiàn)含沒食子?；亩喾樱ㄈ鐔螌幩幔┛赡芡ㄟ^與單寧酸結(jié)合而抑制膠原酶的活性[15]。另有研究表明，單寧酸通過氫鍵結(jié)合到膠原分子形成了穩(wěn)定的單寧酸-牙本質(zhì)基質(zhì)復(fù)合物增加了脫礦質(zhì)牙本質(zhì)基質(zhì)的彈性模量，顯著改善牙本質(zhì)基質(zhì)性能和樹脂-牙本質(zhì)結(jié)合強度[18]。

1.5 貽貝黏附蛋白（Mussel adhesion protein，MAP）

海洋貽貝是至今研究最為廣泛的附著動物之一，貽貝粘附蛋白是海洋貽貝分泌的一種蛋白質(zhì)，是海洋貽貝牢固附著在潮濕表面上的關(guān)鍵組成部分。貽貝粘附蛋白的粘合性能主要因為結(jié)構(gòu)中含有3，4-二羥基-苯丙氨酸（DOPA）。DOPA 包含具有氫鍵和金屬配體能力的鄰苯二酚基[19][20]?？茖W(xué)家在粘接劑中添加了模仿貽貝黏附蛋白的物質(zhì)形成了鄰苯二酚聚合物，有效改善了被人工唾液污染的牙本質(zhì)表面的樹脂粘接強度[21]。隨著仿生技術(shù)的進(jìn)步，未來的牙本質(zhì)粘合劑單體可能包含源自水生動物（例如貽貝和藤壺）分泌的蛋白質(zhì)，這使得它們對粘接物的表面能的依賴性降低，并且不易被水解降解[22]。

2 環(huán)烯醚萜類

京尼平（genipin，GE）從梔子果實中提取的天然交聯(lián)劑，屬于環(huán)烯醚萜類化合物，其細(xì)胞毒性很低，比戊二醛低約10000 倍，被稱為低毒交聯(lián)劑，可以有效提高其對酶消化的抵抗力減緩膠原蛋白的降解[23]，并改善其機械性能[24][25][26]。有實驗驗證了京尼平與膠原分子內(nèi)或相鄰膠原分子之間的賴氨酸（Lys），羥賴氨酸（Hyl）或精氨酸的游離氨基反應(yīng)，使賴氨酸（Lys）和羥基賴氨酸（Hyl）殘基以濃度依賴性方式顯著降低，形成分子內(nèi)或分子間新的交聯(lián)鍵[27]，使用京尼平處理牙本質(zhì)膠原40h 后其拉伸強度值增加了約80%[28]。目前，有關(guān)京尼平交聯(lián)的研究多集中于鞏膜及心包膜支架方面，在牙本質(zhì)粘接強度方面多用于幾種交聯(lián)劑之間的比較研究，其對牙本質(zhì)粘接耐久性方面的研究仍需深入。

3 大分子多糖類

海藻酸（alginic acid）是一種天然多糖，其結(jié)構(gòu)中含的羥基和羧基通過酯化反應(yīng)形成酯鍵與膠原蛋白的游離氨基反應(yīng)實現(xiàn)膠原與海藻酸的共價交聯(lián)，并且尚未觀察到海藻酸交聯(lián)材料的細(xì)胞毒性[29][30]。海藻酸可被高碘酸鹽氧化并形成多個功能性醛基（藻酸鹽二醛，ADA）。因此，ADA 可以使用其多個功能性醛基與戊二醛以相同的方式與游離氨基發(fā)生反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)ADA 不僅可以有效地交聯(lián)生物組織，還可有效增強對生物組織酶促降解的抵抗力[31]。有研究表明經(jīng)海藻酸處理后的膠原蛋白仍可以保持其三重螺旋結(jié)構(gòu)，而保持膠原蛋白的結(jié)構(gòu)完整性可以穩(wěn)定膠原蛋白[32]。有研究使用2%ADA 處理脫礦牙本質(zhì)使膠原纖維網(wǎng)保持蓬松同時抑制MMP-9活性，提高樹脂牙本質(zhì)粘接即刻及老化后的微拉伸強度[33]。

4 結(jié)語

天然膠原交聯(lián)劑從植物中提取，來源廣泛，在抑制基質(zhì)金屬蛋白酶的活性的同時可以對膠原纖維進(jìn)行交聯(lián)，用于牙本質(zhì)表面可提高牙本質(zhì)基質(zhì)的穩(wěn)定性和抗酶解能力，改善牙本質(zhì)粘接耐久性，近些年來日趨成為牙本質(zhì)粘接領(lǐng)域中的研究熱點之一。不過天然膠原交聯(lián)劑從實驗室研究轉(zhuǎn)入臨床應(yīng)用仍有較長的一段路要走，因其種類繁多，在不同的粘接體系中，交聯(lián)劑的添加方式，添加濃度和作用時間仍需進(jìn)一步探索，個別實驗已經(jīng)證明了部分天然來源的交聯(lián)劑的低毒性甚至無細(xì)胞毒性，使其在牙本質(zhì)粘接領(lǐng)域方面具有廣闊的臨床應(yīng)用前景。