生長因子在牙周組織再生中的研究進(jìn)展 *

王志濤

1 天津市口腔醫(yī)院/南開大學(xué)口腔醫(yī)院牙周病科 300041； 2 天津市口腔功能重建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

牙周炎是以菌斑微生物為主要病因的慢性感染性疾病，在人群中發(fā)病率很高，主要臨床表現(xiàn)為牙齦炎癥出血、牙槽骨吸收、牙齦退縮等，是成人失牙的首要原因。尤其是重度牙周炎，患者可出現(xiàn)全口多個(gè)牙齒的牙齦炎癥，牙周膜、牙槽骨的大量吸收，牙周支持組織不斷喪失，最終引發(fā)不同程度的牙齒松動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致牙齒脫落。牙周病治療的目的在于阻止病變進(jìn)一步發(fā)展，通過治療將牙周組織炎癥控制在理想范圍內(nèi)，最高目標(biāo)是使已經(jīng)喪失的牙周組織得到再生[1]。牙周組織再生包括軟硬組織兩方面，硬組織的再生是使吸收的牙槽骨得到恢復(fù)，軟組織再生包括牙齦的再生以及牙周新附著的再生， 即修復(fù)被破壞的牙根表面，使因牙周病而被破壞的牙骨質(zhì)實(shí)現(xiàn)再生，經(jīng)牙周組織再生而形成的全新的牙骨質(zhì)中，包含牙周膜纖維，其具備功能性排列的特征，并可在與牙槽骨相連的同時(shí)形成生理性的新附著[2]。牙周組織工程學(xué)是目前牙周組織再生研究的前沿，應(yīng)用組織工程學(xué)的原理，將種子細(xì)胞、支架材料和生長因子有機(jī)結(jié)合，植入到牙周組織缺損區(qū)，實(shí)現(xiàn)牙周組織再生[3]。生長因子是存在于生物體內(nèi)，具有牙周組織修復(fù)功能的活性蛋白質(zhì)或多肽類物質(zhì)[4]，生長因子是牙周組織工程學(xué)的三要素之一，是獲得理想牙周組織再生的重要條件。本文就生長因子在牙周組織再生中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 骨形態(tài)發(fā)生蛋白(Bone morphogenetic protein, BMPs)

BMPs是轉(zhuǎn)化生長因子β(Transforming growth factor-β,TGF-β) 超家族的成員之一，被認(rèn)為是骨誘導(dǎo)能力最強(qiáng)的生長因子之一。 BMPs可以誘導(dǎo)未分化的間充質(zhì)細(xì)胞、成骨細(xì)胞和成牙骨質(zhì)細(xì)胞分化，促進(jìn)牙周組織新骨的形成，并可以促進(jìn)牙骨質(zhì)和牙周纖維的再生[5]。研究表明，外源性rhBMP-2 可以顯著地促進(jìn)牙周韌帶、牙骨質(zhì)和牙槽骨的重建[6]。陸蓓的研究表明， BMP-9能夠有效誘導(dǎo)人牙周膜成纖維細(xì)胞的成骨分化，提示rhBMP-9可能作為誘導(dǎo)骨增生和牙周傷口愈合的重要靶點(diǎn)[7]。李玨丹等研究了BMP-4和BMP-7對(duì)人牙周膜干細(xì)胞hPDLSCs增殖和成骨分化的影響，結(jié)果顯示兩者均可單獨(dú)促進(jìn)hPDLSCs增殖和成骨分化，且兩者聯(lián)合作用時(shí)細(xì)胞增殖和ALP活性更強(qiáng)，具有協(xié)同作用[8]。Chen等的研究表明，BMP-2與堿性成纖維細(xì)胞生長因子聯(lián)合應(yīng)用有協(xié)同促進(jìn)效應(yīng)，骨缺損區(qū)顯示更多的新生骨和新生血管形成[9]。

2 富血小板纖維蛋白(Platelet-rich fibrin,PRF)

PRF是繼富血小板血漿(Platelet-rich plasma,PRP)之后的第二代血小板濃縮物，由法國學(xué)者Choukroun等成功制備[10]。經(jīng)過多年發(fā)展，目前PRF有多種衍生物，包括純富血小板纖維蛋白、富白細(xì)胞血小板纖維蛋白、改良型富血小板纖維蛋白、可注射型富血小板纖維蛋白等[11]。陳鐵樓等應(yīng)用掃描電鏡和透射電鏡觀察PRF的超微結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)PRF膠原纖維為網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)，其中富含血小板和生長因子，并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)PRF中血小板伸出多個(gè)突起的過程就是血小板激活的過程，顆粒性物質(zhì)釋放就是生長因子分泌的過程[12]。Duan 等將鼠PDLSCs 與PRF 體外共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)PRF可以顯著促進(jìn)PDLCs增殖[13]。許晶晶等研究了PRF提取液對(duì)炎癥狀態(tài)下PDLCs增殖和分化的影響，結(jié)果表明， PRF對(duì)TNF-α刺激下的PDLCs的成骨分化具有促進(jìn)作用[14]。有學(xué)者為了明確富血小板纖維蛋白的功能和價(jià)值，利用其進(jìn)行缺損牙周骨修復(fù)，并在修復(fù)完成后進(jìn)行了長達(dá)6個(gè)月的跟蹤調(diào)查。結(jié)果顯示，修復(fù)效果理想，突出表現(xiàn)為有牙周新附著，且探診深度有明顯變化，逐步變淺[15]。雷朝鋒等將PRF用于牙周再生手術(shù)治療，結(jié)果表明，PRF與植骨材料聯(lián)合應(yīng)用于牙周植骨術(shù)可以促進(jìn)牙周軟硬組織的愈合[16]。但并不是所有學(xué)者都認(rèn)同上述結(jié)論，也有學(xué)者的研究表明PRF成骨效果并不理想。有學(xué)者在修復(fù)上頜竇時(shí)聯(lián)合使用了PRF與Bio-Oss，且同樣進(jìn)行了為期6個(gè)月的觀察與對(duì)比，結(jié)果顯示，這種修復(fù)方式無明顯的副作用，但效果也不明顯，基本維持在基線狀態(tài)[17]。

3 血小板衍生生長因子(Platelet derived growth factor,PDGF)

PDGF是促分裂原和趨化因子，屬于糖蛋白二聚體家族。PDGF-BB是血小板衍生生長因子當(dāng)中具有代表性的亞型。普遍研究支持PDGF對(duì)牙周組織再生的促進(jìn)作用。研究顯示，結(jié)合rhPDGF-BB的人工移植骨可以促進(jìn)牙周組織的重建，Ⅱ度根分叉病變區(qū)和鄰面骨下袋的牙周骨組織可得到有效再生。但是，也有學(xué)者認(rèn)為PDGF會(huì)影響到人牙周膜細(xì)胞ALP活性的分化，抑制其成骨分化。PDGF-BB的特性和生物學(xué)作用仍有待進(jìn)一步研究。

4 胰島素樣生長因子(Insulin like growth factor,IGF)

IGF是一種具有促進(jìn)生長作用的多肽類物質(zhì)，主要包括IGF-I、IGF-Ⅱ。IGF-I為強(qiáng)刺激因子，IGF-I可發(fā)揮自身的調(diào)控與轉(zhuǎn)化作用改建骨組織。破骨細(xì)胞分化與IGF-I之間有密切聯(lián)系，兩者之間的相互作用影響成骨細(xì)胞分化。劉大勇等的研究表明，胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白 5(IGFBP5)對(duì)炎癥狀態(tài)下的PDLSCs的成骨分化有促進(jìn)作用[18]。盡管多數(shù)研究支持IGF對(duì)牙周組織再生的促進(jìn)作用，但也有研究顯示， IGF-Ⅱ?qū)DLCs的增殖有一定的抑制作用，導(dǎo)致骨保護(hù)素的分泌量下降。盡管有研究表明bFGF也會(huì)影響PDLCs的生長和增殖，但對(duì)骨保護(hù)素的分泌沒有明顯抑制作用。另外，有研究表明IGF-I的直接作用會(huì)影響骨細(xì)胞的修復(fù)，致使其處于活性不斷增強(qiáng)的狀態(tài)之下。此外，也有研究表明IGF-I會(huì)在骨吸收過程中發(fā)揮負(fù)向作用，并且這種抑制作用是IGF-I的直接作用所致。

5 堿性成纖維細(xì)胞生長因子(basic fibroblast growth factor，bFGF)

bFGF在細(xì)胞增殖過程中發(fā)揮著重要的作用，因其具備促生長的作用，可以有效增強(qiáng)細(xì)胞的分裂和增殖能力，屬于活性較強(qiáng)的生長因子。bFGF在牙周膜細(xì)胞培養(yǎng)中可促使細(xì)胞增殖。有學(xué)者通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明，bFGF可有效刺激細(xì)胞生長從而促進(jìn)牙槽骨重建。針對(duì)bFGF在細(xì)胞增殖與分化過程中發(fā)揮的作用，有學(xué)者持有不同的意見。有研究認(rèn)為bFGF并不具備促進(jìn)成骨細(xì)胞生長的作用，還可能會(huì)抑制細(xì)胞分化，并對(duì)細(xì)胞ALP的活性構(gòu)成影響，此外也會(huì)降低礦化和膠原的合成效率，從而影響牙槽骨重建。綜合來看，多數(shù)研究支持bFGF對(duì)牙周組織再生有促進(jìn)作用，也有學(xué)者持不同觀點(diǎn)。

6 轉(zhuǎn)化生長因子(Transforming growth factor beta,TGF-β)

TGF-β的命名是根據(jù)其能使正常的成纖維細(xì)胞的表型發(fā)生轉(zhuǎn)化，機(jī)體多種細(xì)胞均可分泌非活性狀態(tài)的TGF-β。關(guān)于TGF-β的研究主要集中在炎癥、組織修復(fù)等方面。既往多個(gè)研究表明TGF-β能夠促進(jìn)成纖維細(xì)胞、成骨細(xì)胞的增殖，從而促進(jìn)牙周軟硬組織修復(fù)。TGF-β1是TGF-β家族中的重要成員，研究表明在組織修復(fù)的過程中，TGF-β1在軟骨形成時(shí)期便發(fā)揮一定的誘導(dǎo)作用，在TGF-β1的誘導(dǎo)下，干細(xì)胞進(jìn)一步分化成熟，形成新的組織，同時(shí)能發(fā)揮促成熟的作用，有效縮短軟骨細(xì)胞及組織的成熟時(shí)間。丁欣欣等的研究表明，TGF-β1可明顯促進(jìn)hPDLCs的骨向分化[19]。但有研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β1對(duì)PDLCs的ALP活性有抑制作用。

7 其他牙周組織再生相關(guān)生長因子和生物活性物質(zhì)

釉基質(zhì)蛋白(Enamel matrix proteins,EMD)是一種由上皮根鞘分泌的細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，主要成分包括釉原蛋白、釉蛋白和釉叢蛋白等，在牙骨質(zhì)形成和牙周附著建立過程中發(fā)揮重要作用[20]。句新科等應(yīng)用EMD誘導(dǎo)乳牙生理性根吸收不同時(shí)期的PDLSCs，結(jié)果顯示，EMD誘導(dǎo)組中BSP、OCN、ALP、COL-1 均呈陽性表達(dá)，表明EMD 可誘導(dǎo)乳牙PDLSCs 向成牙骨質(zhì)細(xì)胞方向分化[21]。有研究表明，釉原蛋白可以誘導(dǎo)PDLCs增殖，與MAPK/ERK通路密切相關(guān)[22]。骨膜蛋白 (periostin) 優(yōu)先在富含膠原蛋白的纖維結(jié)締組織中表達(dá)，包括骨膜、肌腱、牙周膜等，與牙周組織炎癥和牙周組織再生關(guān)系密切。有研究顯示，Periostin 蛋白在促使牙周組織形成方面有著獨(dú)特的功能和效用，因其可以改善hPDLCs的活性，使其以更快的速度完成分化與成熟，這也是Periostin 蛋白可以促進(jìn)形成牙周組織的重要因素。呂琳琳等的研究顯示，Periostin可明顯增強(qiáng)牙周膜細(xì)胞堿性磷酸酶的活性，并可明顯地促進(jìn)牙周膜細(xì)胞的增殖，提示骨膜蛋白在促進(jìn)牙周組織再生中發(fā)揮作用。此外，還有學(xué)者研究生長因子對(duì)基因轉(zhuǎn)染成骨細(xì)胞、成牙骨質(zhì)細(xì)胞和牙齦成纖維細(xì)胞增殖的影響。

8 展望

生長因子是一種具有質(zhì)量濃度依賴性的調(diào)節(jié)肽，作用和功能多樣，在細(xì)胞間扮演著信號(hào)傳遞的重要角色。而在組織修復(fù)過程中，生長因子也有著不可替代的作用。需要注意的是，生長因子的調(diào)節(jié)功能會(huì)受到質(zhì)量濃度的直接影響，當(dāng)質(zhì)量濃度下降至一定狀態(tài)后，生長因子便無法發(fā)揮自身的調(diào)節(jié)功能，但這并不代表生長因子可以在過高的質(zhì)量濃度中發(fā)揮調(diào)節(jié)功能?？偠灾瑹o論是過高還是過低的質(zhì)量濃度，都會(huì)影響到生長因子的調(diào)節(jié)功能，進(jìn)而阻礙牙周組織的再生愈合。另外，多種生長因子有穩(wěn)定性較差的特征，但如短時(shí)間內(nèi)使用大劑量的生長因子，可能會(huì)在短時(shí)間內(nèi)被稀釋代謝，而且可能會(huì)導(dǎo)致不良反應(yīng)發(fā)生。

生長因子是牙周組織再生中重要的調(diào)節(jié)因子，多種生長因子對(duì)牙周組織再生有顯著的促進(jìn)作用。但牙周組織的再生修復(fù)是一個(gè)復(fù)雜的過程，受多種因素的影響，各種生長因子具體的作用機(jī)理、信號(hào)傳導(dǎo)以及相互之間的協(xié)同作用等，仍有待進(jìn)一步的研究。此外，無論是牙周組織的再生還是愈合，都要有生長因子參與其中，且不是單個(gè)生長因子，而是在多種生長因子的共同作用下完成。值得注意的是，參與牙周組織再生愈合中的生長因子具備較為特殊的性質(zhì)，需要在特定的時(shí)空條件下才能有效釋放。之所以要在牙周組織的再生治療中引入控釋技術(shù)的理念，是為保持生長因子在牙周組織缺損部位的持續(xù)有效濃度，充分發(fā)揮作用，更加有效促使牙周組織再生。為了充分發(fā)揮生長因子的作用，有多項(xiàng)研究嘗試在牙周組織再生的過程中聯(lián)合使用生長因子和生物支架材料，但需要確保材料的安全性、機(jī)械性能和生物相容性。如果條件較為理想，釋放系統(tǒng)也允許，可在已修復(fù)牙周組織的過程中聯(lián)合使用聚合物材料和生長因子，使其在合適的局部微環(huán)境中適當(dāng)釋放質(zhì)量濃度，使用時(shí)間不固定，短則數(shù)天，長達(dá)數(shù)月，具體視情況而定 ，以期達(dá)到更好的再生效果。相信隨著新技術(shù)、新理念的不斷出現(xiàn)，生長因子牙周再生治療中將有更加廣闊的應(yīng)用前景。

綜上所述，多種生長因子都對(duì)牙周組織再生有影響。但是，現(xiàn)有的研究還不足以完全了解生長因子的作用機(jī)制。牙周組織修復(fù)和再生是一個(gè)復(fù)雜的過程，需要多種因素參與，現(xiàn)有的結(jié)論還無法全面闡明各種生長因子之間的協(xié)同作用，其使用劑量和協(xié)同應(yīng)用方法并沒有明確結(jié)論。另外，大多數(shù)有關(guān)于生長因子的研究都是在體外進(jìn)行，體內(nèi)研究證據(jù)仍較為缺乏?？梢灶A(yù)期，未來很長一段時(shí)間關(guān)于生長因子的研究仍主要圍繞牙周組織工程技術(shù)和牙周組織再生進(jìn)行。