DSPP基因相關(guān)遺傳性牙本質(zhì)發(fā)育異常牙體硬組織研究進(jìn)展

康素君，杜 芹△

(1.遵義醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院，貴州 遵義 563000；2. 四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院口腔科，四川 成都 610072)

遺傳性牙本質(zhì)發(fā)育異常以牙本質(zhì)發(fā)育缺陷為特征，導(dǎo)致牙本質(zhì)結(jié)構(gòu)紊亂、異常增殖，牙釉質(zhì)早期剝脫及牙本質(zhì)的明顯磨耗，患者早期出現(xiàn)牙髓根尖周炎癥及牙齒缺失等，對(duì)患者的咀嚼能力及口腔美觀有嚴(yán)重影響。該類疾病主要為常染色體顯性遺傳性疾病[1]，根據(jù)1973 年Shields等[2]的臨床分類方法，將牙本質(zhì)發(fā)育異常分為牙本質(zhì)發(fā)育不全(dentinogenesis imperfecta, DGI)和牙本質(zhì)發(fā)育不良(dentin dysplasia, DD)，其中DGI 分為三種亞型：DGI-I；DGI-II；DGI-III；DD 分為兩種亞型：DD-I；DD-II。DGI-I主要是由Ⅰ型膠原蛋白α1鏈(collagen type I alpha 1，COL1A1)基因和Ⅰ型膠原蛋白α2鏈(collagen type I alpha 2，COL1A2)基因突變引起的牙本質(zhì)發(fā)育不全伴成骨不全[3]。目前報(bào)道了 SPARC相關(guān)模塊鈣結(jié)合蛋白2(SPARC-related modular calcium-binding protein-2，SMOC2)[4]、膜泡分揀蛋白4B(acuolar protein sorting 4B，VPS4B)[5]及 SSUH2等[6]3個(gè)基因與DD-I相關(guān)。而牙本質(zhì)涎磷蛋白(Dentin sialophosphoprotein，DSPP)基因被認(rèn)為是DD-II、DGI-II及DGI-III的共同致病基因[7, 8]。此三類牙本質(zhì)發(fā)育異常為目前臨床中最多見的遺傳性牙本質(zhì)發(fā)育異常類型，其中DGI-II在人群中最為常見[7]。2015年，DSPP 基因突變所導(dǎo)致的 DD-II，DGI-Ⅱ和 DGI-Ⅲ三種疾病被認(rèn)為歸為一類疾病，按照牙本質(zhì)病變嚴(yán)重程度分為輕度(DD-II)、中度(DGI-Ⅱ)和重度(DGI-Ⅲ)[7]。

目前針對(duì)DSPP基因突變所致牙本質(zhì)發(fā)育異常的研究包括致病基因及突變機(jī)制的研究、臨床表型及治療相關(guān)的研究。本文就組織結(jié)構(gòu)、元素含量及硬度等對(duì)DSPP相關(guān)遺傳性牙本質(zhì)發(fā)育異常的硬組織研究進(jìn)展做一綜述。

1 DSPP相關(guān)遺傳性牙本質(zhì)發(fā)育異常的臨床表型

1.1 DGI-II又稱遺傳性乳光牙本質(zhì)，乳恒牙均累及，牙冠明顯磨耗，顏色改變多呈琥珀色半透明狀，牙根短小，X射線顯示牙髓腔體積縮小，根管細(xì)窄，該患病率為 1/8000～1/6000[2, 9]。

1.2 DGI-III又稱“殼狀牙”，最初僅發(fā)現(xiàn)于美國(guó)馬里蘭州白蘭地族，故又稱白蘭地牙本質(zhì)發(fā)育不全，但現(xiàn)在被認(rèn)為是牙本質(zhì)發(fā)育不全的嚴(yán)重表型，并不限定某一種族，乳牙和恒牙均受累，最突出的表現(xiàn)為患牙髓腔根管寬大，牙本質(zhì)薄，呈殼狀，伴有多發(fā)性露髓。該型表型為三種類型中最為嚴(yán)重[7, 8, 10]。

1.3 DD-II該型主要影響患者乳牙，乳牙外觀與DGI-II 類似，恒牙少有受到影響，其外觀大致正常，髓腔呈薊管狀伴髓石，為三種疾病中臨床表型最輕的[8]。

2 DSPP相關(guān)遺傳性牙本質(zhì)發(fā)育異常致病基因及致病機(jī)制研究

DSPP基因編碼DSPP蛋白，DSPP蛋白形成后裂解產(chǎn)生牙本質(zhì)涎蛋白(dentin sialoprotein, DSP)和牙本質(zhì)磷蛋白(dentin phosphoprotein, DPP)，在牙本質(zhì)形成及礦化起重要作用[1, 11, 12]。該基因位于人類4號(hào)染色體，包含5個(gè)外顯子，DSPP外顯子1為非編碼的，外顯子2，外顯子3，外顯子4及外顯子5的前部分編碼DSP ，外顯子5的余下部分編碼DPP[10, 13]。人 DSPP 蛋白的主要結(jié)構(gòu)是信號(hào)肽段(Met1 到 Ala15)、DSP段(Ile16 到 Gly462)、DPP段(Asp463 到 Asp1301)[11]。DSPP信號(hào)肽影響其蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)[10]，DSP 與 DPP 是牙本質(zhì)中主要的非膠原蛋白[1]。DSP 是富含涎酸的蛋白多糖，有研究表明其參與調(diào)控牙本質(zhì)礦化起始[10]。而 DPP 的高度磷酸化形式對(duì)鈣的結(jié)合及羥磷灰石晶體沉積很重要，調(diào)節(jié)牙本質(zhì)的礦化成熟[11, 14, 15]。目前已報(bào)道的 DSPP 基因突變位點(diǎn)已經(jīng)超過 50 個(gè)[1]，包括位于信號(hào)肽及DSP編碼區(qū)域的錯(cuò)義突變、無義突變和位于DPP編碼區(qū)域的移碼突變[1, 8, 14]。信號(hào)肽區(qū)的突變，會(huì)致使突變蛋白無法運(yùn)輸?shù)絻?nèi)質(zhì)網(wǎng)，影響其后續(xù)加工[10]。DSPP蛋白的第16位異亮氨酸(Ile)、17位脯氨酸(Pro)、18位纈氨酸(Val)稱為“IPV”基序，位于此基序的突變均導(dǎo)致突變蛋白滯留于粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)而無法正常轉(zhuǎn)運(yùn)至胞外，DSP區(qū)的突變均可影響此基序[16, 17]。DPP區(qū)域僅有移碼突變能夠?qū)е卵辣举|(zhì)發(fā)育異常的發(fā)生，其近端的移碼突變導(dǎo)致表型較輕的DD-II，而 DPP 區(qū)域遠(yuǎn)端的移碼突變導(dǎo)致表型更嚴(yán)重的DGI-II及DGI-III[17～19]。

3 DSPP相關(guān)遺傳性牙本質(zhì)發(fā)育異常牙體硬組織研究

3.1 臨床及X射線檢查臨床上通過拍攝根尖片、口腔全景片及口腔CBCT觀察牙本質(zhì)發(fā)育異?；佳赖乃枨患案馇闆r并輔助診療，離體患牙可應(yīng)用Micro-CT構(gòu)建三維結(jié)構(gòu)，研究其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及硬組織礦化密度的變化。

Turkkahraman等[20]發(fā)現(xiàn)DGI-II患牙髓腔形態(tài)、磨牙和前牙牙根形態(tài)改變。牙冠呈乳白色，顏色從淺灰色到棕色不等。全景片顯示，相對(duì)于短而粗的牙根，牙冠呈球狀，伴有頸部收縮。大多數(shù)牙齒的髓腔消失。Leal等[21]發(fā)現(xiàn)DGI-II患牙表現(xiàn)為：牙冠完全破壞的上頜乳牙以及萌出的恒牙為半透明和褐色著色，根尖片顯示根管和髓室閉塞，伴有頸部縮窄。Porntaveetus等[22]發(fā)現(xiàn)患者在乳牙期表現(xiàn)出嚴(yán)重的DGI-II表型，包括深棕色乳白色的缺損牙本質(zhì)、斷裂的釉質(zhì)和牙齒的快速進(jìn)行性磨損。放射學(xué)上，DGI的牙齒顯示球根狀冠，頸部收縮，小而窄的牙根，大的牙髓腔和前牙根管，但后牙的牙髓腔和牙根管幾乎消失。在髓腔中觀察到鈣化物質(zhì)。礦物密度降低。唐瑭等[23]發(fā)現(xiàn)DGI-III患者全口牙齒顏色呈半透明乳光色，乳恒牙均嚴(yán)重磨耗；X射線發(fā)現(xiàn)牙本質(zhì)明顯變薄，牙髓腔呈“空殼”狀。Lee等[24]發(fā)現(xiàn)DD-II型患者乳牙呈琥珀色變色，并有輕微至中度磨損，而長(zhǎng)出的恒牙則正常，沒有變色。全景片顯示典型的薊管狀髓腔伴髓石。另一個(gè)DD-II型家系患者乳牙呈深棕色，嚴(yán)重磨損。恒牙的形狀和顏色在大多數(shù)牙齒上都是正常的，但上頜前牙的舌側(cè)表面在頸部等區(qū)域顯示淺棕色。Li等[25]發(fā)現(xiàn)DGI-III患者牙齒變黃，嚴(yán)重磨損。全景片顯示髓腔及根管異常擴(kuò)大。DD-II患者尖牙出現(xiàn)琥珀黃色的變色和磨損，但其恒牙的顏色和形狀均正常。根尖片顯示所有牙齒的髓腔消失。

Park等[26]應(yīng)用Micro-CT發(fā)現(xiàn)DGI-II患牙外部形態(tài)未見嚴(yán)重異常，只在頰切面上顯示DGI-II樣本有輕微的球根狀和細(xì)長(zhǎng)的根。三維圖像顯示一個(gè)不規(guī)則髓室，容量分析揭示了一個(gè)非常小的牙髓的體積。Turkkahraman等[20]對(duì)DGI-II患牙進(jìn)行CT掃描分析發(fā)現(xiàn)磨牙的牙根較正常牙更粗更短，前牙的牙根較正常牙更細(xì)更短，髓腔體積較正常牙明顯變小。韓安鵬等[27]發(fā)現(xiàn)DGI-Ⅱ患牙牙冠外形及牙根長(zhǎng)度基本同正常牙，牙釉質(zhì)表面可見凹陷孔隙，牙髓腔變小，根管縮窄，牙本質(zhì)礦化密度降低。Davis等[28]通過X射線顯微斷層掃描研究發(fā)現(xiàn)，DGI-II患牙矢狀面圖像顯示管狀結(jié)構(gòu)和牙本質(zhì)空洞，在牙釉質(zhì)交界處，牙釉質(zhì)已與牙本質(zhì)分離。在一些管狀結(jié)構(gòu)周圍發(fā)現(xiàn)較高的礦化程度。對(duì)應(yīng)牙髓的位置可見較大空泡狀結(jié)構(gòu)。牙髓看上去已完全消失，但可能仍存在相互連接的血管網(wǎng)絡(luò)。大的牙本質(zhì)小管和血管或血管的殘留物的存在，可以為細(xì)菌從口腔提供途徑，故患牙雖然有明顯髓腔閉鎖，但會(huì)發(fā)生根尖周炎癥，這也為臨床治療帶來了困難。

3.2 患牙的超微結(jié)構(gòu)變化牙本質(zhì)發(fā)育異?；佳赖某⒔Y(jié)構(gòu)改變主要表現(xiàn)在牙本質(zhì)及釉牙本質(zhì)界，應(yīng)用掃描電鏡、偏光顯微鏡、原子力學(xué)顯微鏡等對(duì)牙體硬組織超微結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察研究，能夠認(rèn)識(shí)這一疾病硬組織微觀結(jié)構(gòu)和物理性能的改變，為其臨床預(yù)防與治療，及其治療材料的選擇和研究提供依據(jù)。

3.2.1掃描電子顯微鏡 Leal等[21]觀察DGI-II患牙掃描電鏡發(fā)現(xiàn)其乳牙釉質(zhì)存在裂隙，牙本質(zhì)小管明顯閉塞。Du等[29]發(fā)現(xiàn)DGI-II患牙掃描電鏡顯示牙本質(zhì)小管排列稀疏，大小和形狀極不規(guī)則，數(shù)量減少。Wieczorek等[30]發(fā)現(xiàn)DGI-II患牙牙釉質(zhì)呈現(xiàn)出高度不規(guī)則的表面，并有許多裂紋和縫隙。部分釉質(zhì)剝脫，牙本質(zhì)中大的牙本質(zhì)小管向不同的方向不規(guī)則排列。Park等[26]發(fā)現(xiàn)DGI-II型牙釉質(zhì)形態(tài)無明顯差異。牙本質(zhì)小管不規(guī)則排列。李芳等[31]應(yīng)用掃描電鏡發(fā)現(xiàn)DGI-II患牙牙本質(zhì)管形態(tài)不規(guī)則，排列紊亂，釉牙本質(zhì)界不呈現(xiàn)扇貝樣外觀，考慮與牙釉質(zhì)剝脫的現(xiàn)象相關(guān)。李強(qiáng)等[32]應(yīng)用掃描電鏡發(fā)現(xiàn)DGI-II患牙釉質(zhì)存在裂隙，釉柱排列紊亂，而釉質(zhì)牙本質(zhì)分界缺乏連續(xù)的扇貝形嵌合，呈現(xiàn)弧度微小的波浪狀，牙本質(zhì)管排列不均勻，明顯閉塞。席戈等[33]發(fā)現(xiàn)DGI-II患牙牙本質(zhì)管數(shù)目明顯減少，直徑明顯變小，排列不規(guī)則且存在閉鎖情況。Levin等[34]報(bào)道，DGI-Ⅲ患牙的牙本質(zhì)管數(shù)量相對(duì)于DGI-Ⅱ更少，DGI-Ⅲ患牙釉牙本質(zhì)界(EDJ)形態(tài)呈直線狀。

3.2.2偏光顯微鏡 作為一種光學(xué)各向異性材料的對(duì)比度增強(qiáng)技術(shù)，用于鑒定物質(zhì)細(xì)微結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)。Turkkahraman等[20]應(yīng)用偏光顯微鏡觀察DGI-II型患牙硬組織天狼星紅染色，分析其膠原纖維發(fā)現(xiàn)，牙本質(zhì)顯示出不規(guī)則且雜亂無章的膠原結(jié)構(gòu)，牙本質(zhì)與牙髓之間由膠原纖維形成的結(jié)締組織構(gòu)成。Davis等[28]應(yīng)用偏光顯微鏡觀察DGI-II患牙發(fā)現(xiàn)其釉牙本質(zhì)界平直，失去扇形EDJ外觀。在牙本質(zhì)上可以看到一系列明顯的變化，牙本質(zhì)小管形態(tài)不規(guī)則，牙本質(zhì)內(nèi)存在大的空泡結(jié)構(gòu)從罩牙本質(zhì)下方開始到牙髓所在的區(qū)域，但并不連續(xù)。

3.2.3原子力學(xué)顯微鏡 原子力學(xué)顯微鏡作為一種檢測(cè)物質(zhì)表面納米級(jí)結(jié)構(gòu)的工具，在物理、化學(xué)、材料科學(xué)甚至生物學(xué)的發(fā)展中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，通過測(cè)量探針尖端與被測(cè)材料表面原子之間的短距離力，獲得材料表面的三維和納米級(jí)成像，無需在樣品表面進(jìn)行噴金、脫水等可能造成部分信息的丟失的處理。

陸玉平等[35]應(yīng)用原子力顯微鏡發(fā)現(xiàn) DGI-II 患牙釉質(zhì)羥磷灰石晶體表面粗糙，排列較正常牙稀疏，牙本質(zhì)羥磷灰石晶體排列更致密，牙本質(zhì)小管稀松，表面粗糙度變大。DGI-II患牙釉質(zhì)牙本質(zhì)界扇貝狀結(jié)構(gòu)凸度變小，釉牙本質(zhì)界粗糙程度變大。推測(cè)可能是牙本質(zhì)涎磷蛋白的改變，影響了其他牙本質(zhì)相關(guān)的特異性蛋白的表達(dá)和分泌，或者是DSP或DPP的結(jié)構(gòu)和數(shù)量的變化，最終導(dǎo)致了 DGI-II患牙表面粗糙度的增加。

3.2.4多光子顯微鏡 多光子顯微鏡是一種采用雙光子激發(fā)熒光信號(hào)和二次諧波信號(hào)來解析厚樣品特征的無創(chuàng)性影像學(xué)研究工具。優(yōu)勢(shì)包括三維成像及對(duì)活組織內(nèi)部深處進(jìn)行成像的能力，適合用來觀察厚標(biāo)本及活細(xì)胞。

陸玉平等[35]應(yīng)用多光子顯微鏡發(fā)現(xiàn) DGI-II 患牙的牙本質(zhì)小管排列不規(guī)則，直徑大小不一，無牙本質(zhì)小管區(qū)域呈現(xiàn)增強(qiáng)的雙光子激發(fā)熒光和二次諧波信號(hào)，釉質(zhì)牙本質(zhì)界扇貝狀結(jié)構(gòu)消失，呈直線連接。推測(cè)出牙本質(zhì)小管由不規(guī)則的牙本質(zhì)充填，其礦化程度低，有機(jī)質(zhì)含量較高，高含量的有機(jī)質(zhì)激發(fā)了強(qiáng)的雙光子激發(fā)熒光信號(hào)和二次諧波信號(hào)。

3.3 患牙的元素含量改變鈣、磷、碳、氧、鎂為牙本質(zhì)中含量較高的元素，其中鈣和磷占比最高，鈣磷比的異常提示了牙本質(zhì)礦化的改變，各種元素含量變化表明礦化過程失衡，進(jìn)而影響了牙本質(zhì)的礦化成熟[36]。目前多數(shù)研究支持DGI-II患牙鈣元素含量升高，鎂元素含量降低 ，鈣磷比值升高，可能與牙本質(zhì)鈣化程度較高，鈣鹽沉積增加，以及髓腔閉鎖的臨床現(xiàn)象有關(guān)。

3.3.1X射線能量色譜儀 是一種化學(xué)微量分析技術(shù)，用于樣品元素的定性和定量分析，通常與掃描電鏡結(jié)合使用。Qin 等[29]發(fā)現(xiàn)DGI-II患牙牙本質(zhì)的鈣含量顯著高于正常牙本質(zhì)，其他元素與正常牙無顯著差異。Park等[26]應(yīng)用X射線能量色譜儀分析顯示野生型和DGI-II之間沒有差異，除了DGI-II的Mg濃度較野生型低。李芳等[31]發(fā)現(xiàn)DGI-II患牙Mg元素的含量減少，Ca元素含量升高，Ca /P 值升高。推測(cè)在牙齒發(fā)育中，參與晶體形成的Mg與Ca互相競(jìng)爭(zhēng)，其礦化過程中礦物離子的平衡被打破。李強(qiáng)等[32]發(fā)現(xiàn)DGI-II患牙的牙釉質(zhì)中Ca元素濃度減少，Ca /P 比值降低；而牙本質(zhì)中 Ca /P 值較正常牙無明顯，推測(cè)牙釉質(zhì)存在礦化不良。席戈等[33]發(fā)現(xiàn)DGI-II患牙牙本質(zhì)中鈉、鋅、硫、鈣含量明顯升高，而鎂、磷、氯含量顯著降低。鈣和磷變化不明顯，但鈣/磷比值顯著升高，推測(cè)患牙鈣化程度升高，促使鈣鹽沉積增加，最終導(dǎo)致髓腔閉鎖及根管縮窄的臨床表現(xiàn)。

3.3.2等離子體發(fā)射光譜儀 等離子體發(fā)射光譜儀具有靈敏度高，制樣容易，不易污染，同時(shí)分析多種元素等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于體液、骨骼、牙體硬組織等物質(zhì)礦物元素的定量分析。李長(zhǎng)福等[37]應(yīng)用等離子體發(fā)射光譜儀對(duì)DGI-II患牙進(jìn)行化學(xué)元素分析?；佳繤e、Zn、Mn顯著升高，Zn、Fe增加，Mg輕度減低，解釋了此類患者齲壞率較低的現(xiàn)象，Ca/P比值明顯高于對(duì)照組。推測(cè)出現(xiàn)患牙牙體組織嚴(yán)重磨損，并非牙本質(zhì)的硬度降低，而是由于釉牙本質(zhì)界無機(jī)晶體的含量及化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生了某種變異，使釉質(zhì)與牙本質(zhì)間嵌和力下降，使釉質(zhì)早期剝脫。

3.4 患牙的硬度分析研究表明DGI-II患牙牙本質(zhì)硬度明顯降低，而釉質(zhì)的硬度變化并無定論。Park等[26]發(fā)現(xiàn)DGI-II患牙釉質(zhì)顯微硬度無明顯變化，但牙本質(zhì)顯微硬度值明顯小于正常牙。李強(qiáng)等[32]發(fā)現(xiàn)DGI-II患牙釉質(zhì)硬度降低。席戈等[33]發(fā)現(xiàn)DGI-II患牙牙本質(zhì)的顯微硬度和彈性模量明顯低于正常牙，較好地解釋了牙本質(zhì)發(fā)育不全患牙不耐磨的原因。Wieczorek等[38]發(fā)現(xiàn)DGI-II患牙牙釉質(zhì)維氏硬度比健康牙小7倍，楊氏模量小6倍。是導(dǎo)致磨耗的主要原因。Mao等[39]發(fā)現(xiàn)DGI-II患牙牙本質(zhì)的納米硬度和彈性模量顯著降低，對(duì)牙本質(zhì)的磨損有顯著影響。

4 小結(jié)

研究發(fā)現(xiàn)DSPP基因相關(guān)遺傳性牙本質(zhì)發(fā)育異常的病變主要表現(xiàn)在釉牙本質(zhì)界和牙本質(zhì)。牙本質(zhì)的病變主要體現(xiàn)在牙本質(zhì)管形態(tài)不規(guī)則，數(shù)目減少，排列紊亂，牙本質(zhì)元素含量異常，硬度值明顯降低。釉牙本質(zhì)界可能為直線型，或呈弧度微小的波浪狀。這些特征導(dǎo)致牙釉質(zhì)早期剝脫及牙本質(zhì)的明顯磨耗，早期出現(xiàn)牙髓根尖周炎癥，但髓腔的早期閉鎖又進(jìn)一步加大了牙髓治療的難度。對(duì)該類疾病牙體硬組織變化的研究，有利于深入理解其牙體疾病的預(yù)防及早期治療，減少該類患者的痛苦，提高其生活質(zhì)量。