鍶與牙周組織再生的研究進展

任百潔，鄒馨穎，劉 悅，王 雷，高東輝

（吉林大學(xué)口腔醫(yī)院牙周病科，吉林長春 1 30021）

牙周病（periodontal disease）是一種以牙周袋形成、牙槽骨吸收為主要臨床特征的口腔慢性感染性疾病，該病的治療已成為現(xiàn)今全球關(guān)注的熱點問題，盡管常規(guī)的牙周療法可以阻止或延緩疾病的進展，但牙周組織徹底再生仍然是牙周病治療的最終目標(biāo)和理想狀態(tài)。理想的牙周組織再生（periodontal tissue regeneration）狀態(tài)包括：牙槽骨形成、裸露根面上牙骨質(zhì)新生以及Sharpey′s纖維在固有牙槽骨和新生牙骨質(zhì)中有序排列［1］。目前臨床常用的牙周組織再生治療技術(shù)包括骨移植術(shù)、引導(dǎo)組織再生術(shù)（guided tissue regeneration，GTR），但未能實現(xiàn)真正意義的牙周組織再生，牙周病患者牙周組織徹底的修復(fù)和再生面臨重大挑戰(zhàn)。研究發(fā)現(xiàn)，鍶（strontium，Sr）作為人體骨骼中重要的微量元素，在促進牙周組織再生方面有一定潛力［2，3］。近年來，越來越多的學(xué)者開展鍶與牙周組織再生研究，期待能為牙周組織再生治療提供新思路。本文將鍶在牙周組織再生方面的研究現(xiàn)狀進行綜述。

1 鍶概述

鍶是一種堿土金屬，是人體必需的微量元素，主要與骨骼的形成密切相關(guān)，為人體骨骼及牙齒的正常組成成份［4］。鍶與血管的功能及構(gòu)造、神經(jīng)及肌肉的興奮也存在關(guān)系［5］。研究發(fā)現(xiàn)，鍶有良好的耐受性與安全性［6］。在歐洲和澳大利亞，雷奈酸鍶（strontium ranelate，SrRan）已被批準(zhǔn)用于絕經(jīng)后婦女骨質(zhì)疏松癥的預(yù)防與治療［7］；在美國，檸檬酸鍶（strontium citrate）已被食品和藥物管理局批準(zhǔn)作為骨支持補劑［8］；在口腔領(lǐng)域，含鍶的牙膏用于治療牙本質(zhì)過敏癥已有50多年歷史［9］。此外，研究還報告了鍶與降低齲齒患病率［10］、緩解種植體周圍免疫炎癥反應(yīng)有關(guān)［11］。鍶在臨床醫(yī)學(xué)與口腔醫(yī)學(xué)中開發(fā)與應(yīng)用為其在牙周組織再生方面的研究奠定了臨床基礎(chǔ)。

2 鍶與牙周組織再生

牙周組織再生是指由于牙周炎所造成的已喪失的牙周組織得以重建，有新的牙骨質(zhì)和牙槽骨形成，且兩者之間有新的牙周膜纖維將其連接［12］。牙周組織再生的基本要素包括具有成骨、成牙骨質(zhì)和牙周膜潛能的牙周組織細胞、具備充足的血供、牙周組織原有的炎癥反應(yīng)得到抑制是［13］。牙周膜間充 質(zhì) 干 細 胞（periodontal ligament stem cells，PDLSCs）具有誘導(dǎo)包括骨、牙骨質(zhì)和牙周膜在內(nèi)的牙周組織再生的潛能，它的增殖分化對牙周組織的修復(fù)再生具有重要意義［14］。成骨細胞與破骨細胞是牙槽骨重塑的重要細胞，其在牙周組織中的活性對于牙周組織再生至關(guān)重要。下文將從鍶與牙周再生相關(guān)細胞及促進早期血管生成抑制免疫炎癥反應(yīng)兩方面，介紹鍶在促進牙周再生中的作用。

2.1 鍶與牙周組織再生相關(guān)細胞

2.1.1 鍶促進牙周膜間充質(zhì)干細胞增殖及成骨分化 牙周膜間充質(zhì)干細胞是具有多向分化潛能的干細胞，對牙周組織的修復(fù)十分重要，是牙周炎治療后牙周組織與牙根面之間形成新附著的主要細胞來源，該細胞的大量增殖與成骨分化對牙周組織再生至關(guān)重要［15］。Wu等［16］發(fā)現(xiàn)含Sr的生物活性玻璃（strontium-Mesoporous bioactive glass，Sr-MBG）可以顯著刺激PDLSCs的ALP活性、刺激骨及膠原纖維生成相關(guān)基因的表達。Bizelli-Silveira等［17］通過體外細胞試驗證明了鍶具有促進PDLSCs增殖和成骨的能力。Wei等［18］進一步證實濃度范圍為0.02～2.50 mmol/L的Sr2+可顯著促進hPDLSCs的增殖，逆轉(zhuǎn)LPS刺激下抑制的hPDLSCs成骨分化基因的表達。Jia等［19］發(fā)現(xiàn)Sr-MBG可以促進PDLSCs早期成骨分化，并通過體內(nèi)動物實驗觀察到Sr-MBG可以促進骨質(zhì)疏松大鼠牙周組織缺損處新骨形成。

牙周再生的重要過程之一是誘導(dǎo)PDLSCs增殖和分化為成骨細胞，促進丟失骨組織重新生成。綜上所述，鍶可促進牙周膜間充質(zhì)干細胞增殖及成骨分化，它是牙周膜再生中有希望的生物活性因子。因此，鍶有望成為未來牙周組織再生治療的選擇性治療元素之一。

2.1.2 鍶抑制破骨細胞活性、誘導(dǎo)破骨細胞凋亡

早期研究發(fā)現(xiàn)，Sr在體外可抑制破骨細胞活性，阻止骨吸收。Steffi等［20］在體內(nèi)試驗中使用pTAN涂層將Sr固定在種植體表面，觀察骨吸收情況，發(fā)現(xiàn)Ti-p TAN-2Stp-Sr底物顯著抑制了破骨細胞活性，減少了骨的吸收。近期研究發(fā)現(xiàn)，鍶可以通過增強miR-181d-5p靶向的LRP6和β-連環(huán)蛋白介導(dǎo)的骨保護素（osteoprotegerin，OPG）來抑制破骨細胞活性［21］；此外，Sr2+通過多種信號傳導(dǎo)途徑誘導(dǎo)破骨細胞凋亡。SrRan可通過調(diào)節(jié)NFκB信號通路抑制破骨細胞的活性，誘導(dǎo)破骨細胞凋亡［22］；SrRan還可通過PKCβⅡ途徑誘導(dǎo)破骨細胞的凋亡［23］。綜上所述，Sr可通過多種信號通路抑制破骨細胞活性、誘導(dǎo)破骨細胞凋亡，減少骨吸收，為牙周組織再生奠定了基礎(chǔ)。但鍶抑制破骨細胞活性的作用機制尚不完全清楚，這也成為當(dāng)前的研究熱點之一。

2.1.3 鍶促進成骨細胞增殖分化 鍶可激活成骨細胞中的多種信號傳導(dǎo)途徑來促進該細胞增殖分化，進而達到成骨的目的。現(xiàn)已提出了兩種可能作用機制：（1）激活鈣敏感受體：成骨細胞中存在的鈣敏感受體（CaSR）可被二價離子（Sr2+）激活［24］。一旦Sr2+與CaSR結(jié)合，肌醇的水平就會升高，1，4，5-三磷酸酯增加，成骨細胞的基因開始復(fù)制，從而成骨細胞增殖分化［25］；（2）降低成骨細胞RANKL的表達，增加OPG的表達［26］：OPG具有抑制骨吸收的重要作用，可結(jié)合RANKL并抑制RANK–RANKL連接（干擾抑制NF-κB信號傳導(dǎo)途徑），是成骨細胞晚期分化標(biāo)志［27］。Sr2+可以增加1型膠原蛋白的產(chǎn)生，促進骨特異性堿性磷酸酶（bone specific alkaline phosphatase，bALP）與細胞活性標(biāo)記物［如細胞外調(diào)節(jié)激酶（ERK）和β-連環(huán)蛋白］的表達［28］。摻入Sr2+的生物材料可直接參與成骨細胞表達或與存在于分泌基質(zhì)囊泡中的ALP相互作用，從而間接地影響類骨素礦化的過程［29］。

綜上，鍶在調(diào)控成骨細胞增殖分化過程中涉及多個信號調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，鍶可通過CaSR信號通路或RANKL/OPG信號通路對成骨細胞進行調(diào)控，從而發(fā)揮其促進成骨細胞增殖分化的作用，具有調(diào)節(jié)牙槽骨代謝、促進成骨的潛能。

2.2 鍶促進早期血管生成和抑制免疫炎癥反應(yīng)

在牙周病患者的牙周組織重建過程中，恢復(fù)血管網(wǎng)絡(luò)以支持細胞存活和新組織形成至關(guān)重要。對于種植患者而言，早期促進種植體周組織的血管生成可以顯著促進新組織的再生。然而，早期的炎癥反應(yīng)通常阻礙了成骨細胞和上皮細胞的血管生成過程［30］?？梢娛欠窬哂写龠M牙周早期血管形成能力對牙周組織再生具有重要意義。Sr2+的釋放可刺激促血管生成因子的表達，如血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、堿性成纖維細胞生長因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）和基質(zhì)金屬蛋白酶2（matrix metalloproteinase-2，MMP-2）［31］。鍶通過誘導(dǎo)人皮膚成纖維細胞中VEGF的表達，激活和刺激血管內(nèi)皮細胞，促進細胞增殖、血管形成與成熟，在新血管形成中起重要作用［26］。鍶還可作用于成骨細胞及巨噬細胞，促進早期血管生成。有文獻報道，Sr2+通過刺激成骨細胞分泌VEGF和Ang-1來促進血管生成［32］；研究發(fā)現(xiàn)，含鍶的微納米生物活性玻璃材料支架可以調(diào)控巨噬細胞極化狀態(tài)從而促進血管形成和成熟［33］；鍶還可通過免疫調(diào)節(jié)作用增強早期血管生成［33］，在缺血組織再生中具有廣泛的應(yīng)用價值。鍶可以通過刺激成纖維細胞、成骨細胞及巨噬細胞分泌相關(guān)因子促進早期血管再生，也可以通過免疫調(diào)節(jié)作用增強早期血管生成。提示鍶或許可以改善牙周組織缺損處缺血環(huán)境，為新生牙周組織提供良好的營養(yǎng)條件。

與牙周骨移植、引導(dǎo)組織再生術(shù)、富血小板血漿（platelet-rich plasma，PRP）［34］等臨床常規(guī)治療修復(fù)方法相比，鍶除了雙效作用機制及可以促進早期血管生成外，對牙周組織的免疫炎癥反應(yīng)也有影響。研究發(fā)現(xiàn)，Sr2+對脂多糖觸發(fā)的促炎基因和細胞因子表達具有拮抗作用，對牙周炎有一定治療作用［35］。Sr2+的存在降低了LPS刺激的單核細胞中TNFα，IL-6和IL-8的產(chǎn)生［25］。此外，一項新的動物研究表明，Sr2+通過抑制鼠顱骨溶骨模型中的核因子-κB途徑，可顯著抑制鈦顆粒誘導(dǎo)的炎癥浸潤和骨質(zhì)流失［16］?？梢?，Sr2+具有抗炎作用，對牙周炎可能有治療作用。這些發(fā)現(xiàn)對于Sr在牙周炎和牙周再生中的應(yīng)用十分關(guān)鍵。鍶的開發(fā)與利用有望在恢復(fù)牙周病患者牙周組織的生理結(jié)構(gòu)和功能上達到新的臨床效果。

3 總結(jié)與展望

本文對鍶在牙周組織再生方面的研究進展進行回顧，鍶與牙周組織再生相關(guān)細胞密不可分，鍶可誘導(dǎo)PDLSCs增殖和分化，促進丟失骨組織重新生成；可通過多種信號通路抑制破骨細胞活性和促進成骨細胞增殖從而抑制骨吸收，幫助骨形成；促進早期血管生成，從而維持細胞的存活及新組織的再生；抑制炎性細胞因子表達，從而抑制免疫炎癥反應(yīng)。鍶的這些性質(zhì)與作用可在抑制牙周組織免疫炎癥反應(yīng)、阻止牙周組織破壞和促進牙槽骨新生中發(fā)揮重要作用，從而為應(yīng)用鍶促進牙周組織再生提供了可能，有希望為牙周病治療開辟新的道路。但是，對鍶在牙周組織再生方面的研究與開發(fā)仍然存在許多問題，如其作用機制尚不完全明確，關(guān)于鍶的實驗研究主要為SrRan，過于單一，忽略了其他具有治療前景的鍶類藥物的開發(fā)。此外，鍶與牙周組織再生的研究目前集中在體內(nèi)外實驗，尚無將鍶應(yīng)用于牙周組織再生的臨床試驗報道。因此，鍶雖有望成為牙周組織再生治療的輔助手段，但是作為一種新方法，用于治療牙周病仍需進一步的研究。