牙周組織再生技術的研究進展

劉玲玲　劉樹泰

【摘要】 牙周組織再生是實現(xiàn)牙槽骨、牙骨質(zhì)、牙周膜間的再生與功能重建。隨著組織工程學和基因工程學的飛速發(fā)展，為牙周組織再生提供了新的思路。

【關鍵詞】 牙周組織再生； 組織工程； 基因工程

doi：10.14033/j.cnki.cfmr.2018.6.095 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6805（2018）06-0186-03

Advanced in Periodontal Regeneration Technique/LIU Lingling，LIU Shutai.//Chinese and Foreign Medical Research，2018，16（6）：186-188

【Abstract】 The purpose of periodontal regeneration is to obtained regeneration and reconstruction between alveolar bone，cementum and periodontal membrane.With the rapid development of tissue engineering and gnetic engineering，periodontal regeneration will have an new idea.

【Key words】 Periodontal tissue regeneration； Tissue engineering； Gnetic engineering

First-authors address：Binzhou Medical University，Yantai 264000，China

牙周炎是一種慢性炎癥性疾病，若未及時治療，會導致牙槽骨喪失、牙齒松動，最終導致牙齒喪失，因此牙周炎的預防和治療引起了學者們的重視。目前，牙周組織再生的方法有牙周植骨術、引導組織再生術等。隨著組織工程學和基因工程學的發(fā)展，為牙周組織再生帶來新的希望。本文將對牙周組織再生技術的進展作一綜述。

1 傳統(tǒng)牙周組織再生技術

1.1 再生性手術

獲得牙周組織再生的手術治療方法稱為再生性手術（regenerative surgery），主要包括植骨術和引導性組織再生術，也可兩者聯(lián)合應用，或與其他一些促進再生的方法如根面生物處理和使用生長因子等聯(lián)合應用。

1.1.1 植骨術 牙周植骨術（bone grafts）是采用骨或骨的替代品等移植材料來修復因牙周炎造成的牙槽骨缺損的方法。研究認為，骨再生構成了新附著的先決條件，新骨的形成能夠誘導牙骨質(zhì)和牙周膜的形成。根據(jù)植骨材料的來源，目前用于植骨的材料主要有自體骨、異體骨、異種骨和骨替代品。根據(jù)植骨材料的功能，一般具有骨生成、骨誘導或骨引導能力[1]。研究表明，植骨材料的應用能夠獲得一定的臨床附著和骨充填，但是組織學發(fā)現(xiàn)植骨材料骨誘導能力較低，通常是被大量的結締組織覆蓋[2]。

1.1.2 引導性組織再生術 引導性組織再生術（GTR）技術是在牙周手術中利用膜性材料作為屏障，阻擋牙齦上皮和牙齦結締組織與根面的接觸，并提供一定的空間，引導具有形成新附著的牙周膜細胞（PDLCs）優(yōu)先占領根面，在已暴露于牙周袋內(nèi)的根面上形成新的牙骨質(zhì)，并有牙周膜纖維埋入，形成新附著，形成真正的牙周組織再生。應用于GTR技術的生物膜一般分為不可吸收性和可吸收性膜兩種。GTR技術在臨床中可以改善臨床結果，因此得到廣泛的臨床應用[3]。

2 牙周組織工程

組織工程理論的提出，促進了牙周組織再生的研究進展。目前，利用組織工程技術促進牙周組織再生已成為牙周領域研究的熱點。牙周組織工程主要由三部分組成：（1）生物支架材料；（2）干細胞；（3）生物信號分子。一個成功的組織再生需要其相互發(fā)揮作用，移植和培養(yǎng)的細胞能夠生成新的組織；生物材料作為一個支架或基質(zhì)支撐細胞；生物信號分子引導細胞形成所需的組織類型[4]。

2.1 生物支架材料

生物支架材料在牙周組織工程中扮演重要的角色，是細胞生長增殖分化的基質(zhì)，促進三維空間中新組織的形成、傳送細胞和多種組織引導物質(zhì)的載體。理想的支架材料應具有良好的生物相容性、生物可降解性、促進細胞間相互作用和組織發(fā)育、適當?shù)臋C械性能和物理性能[5]。支架材料被分為兩類：陶瓷材料和聚合物。以陶瓷為基礎的材料包括：磷酸鈣、硫酸鈣、生物活性玻璃；天然聚合物主要包括：多肽（膠原、凝膠）和變性多糖；合成聚合物如聚羥基乙酸（PGA）、聚乳酸（PLA）、共聚物（PLGA）等。

2.1.1 膠原 膠原是一種纖維蛋白，是哺乳動物結締組織中重要組成部分，主要存在于骨質(zhì)和皮膚中[6]。膠原蛋白的特點是獨特的三螺旋結構，目前已有25種不同的膠原α鏈被確定并進行編碼。其中最豐富的是TypeI，當其分泌至細胞外時，形成高階層聚合物-膠原原纖維，再組裝成直徑50～500 nm膠原纖維。TypeI作為細胞外基質(zhì)的成分，廣泛應用于軟組織修復[7]。Mizuno等應用TypeI膠原作為骨髓基質(zhì)細胞的基質(zhì)，發(fā)現(xiàn)骨髓基質(zhì)細胞在體內(nèi)分化形成成骨細胞，而typeⅡ、Ⅲ and V膠原未形成組織，由此說明TypeI膠原基質(zhì)對誘導體外成骨細胞的分化和體內(nèi)骨生成提供了一個合適的環(huán)境。

2.1.2 合成可降解水凝膠 水凝膠作為一種可注射支架材料應用于組織工程，經(jīng)含精氨酸肽黏合劑改良的無黏著力的水凝膠用于促進細胞的附著和擴散，在高濃度黏合劑作用下發(fā)現(xiàn)水凝膠可以促進成骨細胞的附著和擴散[8]。

2.2 干細胞再生牙周組織

干細胞是一種原始細胞，被誘導后可分化為多種組織類型。由于干細胞的可塑性和多分化潛能，為牙周組織的再生提供了細胞資源。因此，干細胞在牙周組織再生中有廣泛的發(fā)展前景[9]。干細胞作為臨床再生治療的一種可行性資源，需具備以下4個特點：易于收集且數(shù)量豐富；收集過程創(chuàng)傷?。灰砸环N可控和可再生的方式分化成不同組織類型；以一種安全有效的方式進行自體或異體移植。根據(jù)其分化能力不同分為：全能干細胞、多能干細胞、專能干細胞和單能干細胞。按照來源和遺傳方式分為：胚胎干細胞、成體干細胞、重組干細胞[5]。

2.2.1 牙髓來源干細胞 牙髓是一種結締組織，它包含多種異構細胞，像纖維母細胞、神經(jīng)細胞、血管細胞、未分化干細胞及牙髓干細胞，主要存在于被牙本質(zhì)包繞的牙髓腔內(nèi)[5]。人類牙齒干細胞首次由Gronthos等[10]發(fā)現(xiàn)并成功從阻生第三磨牙中分離。牙髓來源干細胞（DPSC）在培養(yǎng)基中有較高的增殖和分化能力，事實上，大鼠模型異位移植試驗表明，DPSC不能形成不同的牙骨質(zhì)樣的結構；其同時對自體DPSCs和自體PDLSCs在牙周缺損治療過程中再生潛能進行比較，結果顯示DPSCs只獲得0.35 mm的附著，而PDLSCs獲得3.02 mm的附著。鑒于當前的研究認為DPSCs并不是牙周組織再生的最理想的多潛能干細胞[11]。

2.2.2 牙周膜來源干細胞 牙周膜是位于根部牙骨質(zhì)和牙槽骨之間的結締組織，牙周膜來源干細胞（PDLSC）具有高分化能力，主要維持體內(nèi)平衡和牙周再生。試驗表明PDLSC通過Sharpey膠原纖維束和牙骨質(zhì)樣結構相連可以形成牙周膜附著，PDLSC的獨特特點使其在以細胞為基礎的牙周再生治療中有廣泛的前景[12]；Liu等[13]試驗證明了體外增殖的PDLSC應用于牙周組織再生治療的可行性。

2.2.3 牙囊和根尖乳頭來源干細胞 牙囊來源干細胞（DFSC）來源于外胚間充質(zhì)細胞，位于未萌出牙周圍的結締組織，隨著牙齒的萌出轉變成牙周組織圍繞在牙齒周圍。Han等[14]在試驗中發(fā)現(xiàn)了牙骨質(zhì)牙周膜樣復合體的形成，證明DFSC可以作為牙周膜干細胞的替代進行牙周組織再生。根尖乳頭組織只出現(xiàn)在牙根的發(fā)育過程中，Xu等[15]從正在萌出的下頜第一磨牙根尖區(qū)獲取根尖乳頭來源干細胞（DAPSC）并進行移植，其展現(xiàn)了較強的礦化能力且有牙樣組織的形成，但是目前沒有足夠的證據(jù)證明DAPSC可以應用于牙周再生。

2.2.4 脫落的乳牙和拔牙窩來源干細胞 從脫落的乳牙殘髓中仍然能分離出干細胞，同樣具有較高的分化能力，脫落的乳牙（SHED）與BMSSCs and DPSCs相比具有較高的增殖率。據(jù)研究顯示脫落乳牙中的細胞不能夠形成完整的牙髓牙本質(zhì)復合體，但是其在骨再生方面有很大的前景，Ma等[16]報道無論是新鮮的或是冷藏的SHED能夠修復免疫缺陷小鼠顱頂臨界骨缺損；有研究發(fā)現(xiàn)，拔牙后3 d的牙槽窩內(nèi)的肉芽組織仍存在干細胞成分（DSSC），分化成各種細胞并誘導缺損區(qū)新組織形成。

2.2.5 誘導多潛能干細胞 Takahashi和Yamanaka在誘導成纖維細胞中四個關鍵轉錄因子（Oct3/4、So字2、Klf4、c-Myc）的超表達過程中成功發(fā)現(xiàn)了誘導多潛能干細胞（iPSCs）；研究者在心臟、胰腺等不同組織研究其再生能力[17]。Duan等[18]進行牙周組織再生誘導試驗時，組織形態(tài)分析表明，與支架材料單獨應用和支架材料結合生長因子聯(lián)合應用的兩組相比較，細胞結合支架材料和生長因子一組在牙周缺損處有大量新骨和牙骨質(zhì)形成，結果示iPSCs可以提高牙周組織再生。iPSCs在牙周再生治療中具有以下4個合理理由：（1）可以經(jīng)牙細胞誘導獲得，像牙齦成纖維細胞，牙周膜成纖維細胞；（2）在某些因子的刺激下可以分化成成骨性細胞；（3）結合或不結合支架材料，iPSCs可以促進人造牙周骨缺損的愈合同時形成像牙槽骨、牙骨質(zhì)、牙周膜等牙周組織[4]。另外，iPSCs可以減少炎癥的發(fā)生和抑制骨質(zhì)的在吸收，但是目前其發(fā)生機制有待于進一步研究。

2.2.6 脂肪來源干細胞 脂肪組織由大量脂肪細胞組成，與骨髓組織相似，來源于間充質(zhì)，易分離。脂肪組織至少有5種不同形式，包括骨髓中脂肪、棕色脂肪、乳腺中脂肪、機械脂肪和白色脂肪[19]。脂肪細胞的分離方法是由Rodbell和Jones首次開辟，隨著技術發(fā)展，脂肪細胞的分離技術也越來越先進[20]。人體脂肪收集具有創(chuàng)傷小、低風險的特點，每次提取可獲得100 ml～3 L的脂肪組織，平均每克脂肪組織可獲得大約5 000個干細胞[21]。獲得的人體脂肪在無菌條件下沖洗，降解，擴散，使干細胞懸浮后應用于臨床[22]。Tobita等[23]通過研究發(fā)現(xiàn)在伴有牙周缺損的老鼠模型中應用綠色熒光蛋白跟蹤脂肪來源干細胞（ASCs）和PRP（后者作為一種載體）分別在2、4、8周進行評估，結果發(fā)現(xiàn)ASCs在原處形成牙骨質(zhì)、牙槽骨和牙周膜樣組織。脂肪組織普遍存在且易獲取，供體的發(fā)病率低，患者的不適感少等優(yōu)點使其成為最有前景的干細胞群之一[22]。

3 基因工程

基因治療的方法包括體內(nèi)、體外兩種途徑。體內(nèi)途徑是DNA質(zhì)粒直接注射到所需區(qū)域，被宿主細胞攜帶產(chǎn)生編碼蛋白進行治療；體外途徑是首先獲取組織中的特定細胞在體外將基因轉入到細胞中，被基因編碼的細胞再轉入到牙周病損區(qū)，生成相應的組織[23]。

3.1 基因載體

包括病毒和非病毒兩種，其中病毒載體主要有腺病毒載體、逆轉錄病毒和慢病毒載體、腺相關病毒。腺病毒具有感染效率高、易純化、高表達的特點，但其缺點是基因表達時間短、易誘導宿主免疫反應，因此引進了第二代腺病毒載體；

逆轉錄病毒和慢病毒，具有低免疫原性、基因表達時間長和傳遞基因到干細胞并將細胞毒性基因傳遞給癌癥細胞的特點。非病毒載體，是裸DNA與載體結合，無免疫原性、低毒性、不整合進入宿主細胞基因組。

3.2 牙周組織再生的靶基因

包括轉化生長因子-β家族和骨形態(tài)發(fā)生蛋白、血小板源生長因子、胰島樣生長因子-1、M?ller細胞、Wingless等[24]。

3.2.1 轉化生長因子-β家族和骨形態(tài)發(fā)生蛋白 骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP）和轉化生長因子-β家族 （TGF-βs）屬于相同的肽家族，在體細胞的發(fā)育和更新工程的控制中扮演重要角色。TGF-1促進骨基質(zhì)的附著、骨細胞的增殖和成牙骨質(zhì)細胞的分化；BMP-3和BMP-7在牙骨質(zhì)的發(fā)生和牙周膜形成中具有重要作用；BMP-2和BMP-7通過應用堿性磷酸酶促進牙周膜成纖維細胞分化成成骨細胞表型加速骨再生的過程。

3.2.2 血小板源生長因子 血小板源生長因子（PDGF）是一種活性生長因子，可以促進DNA的合成和成骨細胞的增殖，同時增加骨膠原的合成。Jin等[25]研究發(fā)現(xiàn)，PDGF不僅可以促進牙槽骨新生、牙周韌帶形成，還可以增進新牙骨質(zhì)形成。

3.2.3 M?ller細胞 在胚胎發(fā)育過程中可以編碼胚胎骨生成的常規(guī)基因和骨折的修復，同時在牙周骨再生中具有重要作用。

4 展望

轉基因細胞療法是目前牙周再生治療的新進展，但還未在臨床中廣泛應用。相信隨著基因工程的不斷完善，基因治療會成為牙周臨床治療的重要部分。

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（收稿日期：2017-08-16）