牙釉質(zhì)再礦化的過去、現(xiàn)在與未來(lái)

李全利

(1.安徽省礦化疾病研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院修復(fù)科,合肥 230032；2.深圳市龍崗區(qū)耳鼻喉醫(yī)院口腔科，深圳 518172）

“脫礦-再礦化“動(dòng)態(tài)平衡是牙齒表面在口腔唾液環(huán)境中的一種基本現(xiàn)象。齲齒的發(fā)生是致齲微生態(tài)體系酸的產(chǎn)生導(dǎo)致平衡向脫礦方向移動(dòng)的結(jié)果，但是齲病的發(fā)生過程仍然是一個(gè)脫礦和再礦化并存的慢性過程。釉質(zhì)早期病損可通過再礦化得以恢復(fù)，人們認(rèn)識(shí)到齲損是一個(gè)可逆性的過程。隨著微創(chuàng)醫(yī)學(xué)理念的興起，脫礦齲損的再礦化治療越來(lái)越受到人們的重視，但是，目前再礦化的作用有限，臨床急需開發(fā)新型有效的再礦化制劑，重建病損的釉質(zhì)結(jié)構(gòu)，再現(xiàn)釉質(zhì)的機(jī)械性能、美學(xué)性能和生物學(xué)性能。

1 牙釉質(zhì)“脫礦-再礦化”平衡的認(rèn)知

20 世紀(jì)初期，人們將酸軟化的人工齲損浸入唾液可以恢復(fù)部分硬度開始認(rèn)識(shí)到齲損的再礦化現(xiàn)象，20 世紀(jì)60 年代大量研究確認(rèn)了齲損在唾液、鈣磷過飽和液中可以發(fā)生再礦化[1]。另外，釉質(zhì)齲早期病損的組織學(xué)特征從內(nèi)到外依次為透明帶、暗帶、病損體部、完整表層結(jié)構(gòu)，結(jié)合X-光顯微放射、偏振光、透射電子顯微鏡研究，發(fā)現(xiàn)齲病的發(fā)展不是一個(gè)單純的持續(xù)的溶解過程，至少存在暫時(shí)的礦化沉積過程。齲損發(fā)展呈現(xiàn)表層下脫礦，而病損表面仍然保持相對(duì)的完整性且脫礦程度相對(duì)較低。齲損內(nèi)部鈣磷分布的變化，可能是溶解的鈣磷離子的擴(kuò)散再分布沉積，但是不管是釉質(zhì)齲、牙本質(zhì)齲，只要致齲環(huán)境的消失，齲損都可以靜止發(fā)生鈣磷礦化的沉積，說明唾液可以作為礦化離子的來(lái)源促進(jìn)再礦化的發(fā)生。一般認(rèn)為唾液的鈣磷離子可以達(dá)到羥基磷灰石晶體（HA）沉積的過飽和度的離子活度。刺激性唾液比靜態(tài)分泌唾液的鈣磷飽和度更高。使用人工礦化液可能比唾液更有效，但是一旦脫礦達(dá)到一定的程度，再礦化的作用就有限[1]。

隨著齲病研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)齲齒的發(fā)生是一個(gè)“脫礦-再礦化的動(dòng)態(tài)平衡”過程。當(dāng)致齲菌斑的pH 值達(dá)到臨界pH（釉質(zhì)5.5,牙本質(zhì)6.2）時(shí)表現(xiàn)脫礦，當(dāng)pH 值回升，達(dá)到鈣磷的過飽和，則鈣磷重新沉積，即發(fā)生再礦化現(xiàn)象?！懊摰V-再礦化的動(dòng)態(tài)平衡”是牙齒表面的基本特征，在天然口腔內(nèi)存在一種從唾液獲得鈣磷的礦化沉積機(jī)制保護(hù)著牙齒表面結(jié)構(gòu)的完整性[1]。

至此，人們認(rèn)識(shí)到齲病是一個(gè)可逆的(病變初期)進(jìn)行性疾病，調(diào)控脫礦-再礦化平衡是齲病防治的關(guān)鍵。齲病的治療理念已經(jīng)從牙齒水平的修復(fù)性治療（創(chuàng)傷的手術(shù)治療），轉(zhuǎn)移到病人整體水平的以齲病危險(xiǎn)因素評(píng)估管理為基礎(chǔ)的醫(yī)學(xué)治療理念（the total-patient level caries management by risk assessment)。充填修復(fù)治療不能治愈疾病的本身，齲病的治療程序首先根據(jù)病人的危險(xiǎn)因素評(píng)估，抑制病理的脫礦因素，促進(jìn)病人的再礦化保護(hù)因素。逆轉(zhuǎn)非齲洞的早期病損——白堊斑，再礦化治療越來(lái)越受到人們的重視。迫切需要新型礦化制劑。

2 從釉質(zhì)再礦化到釉質(zhì)仿生礦化

2.1 釉質(zhì)仿生礦化的理論基礎(chǔ)

早期狹義的釉質(zhì)再礦化概念指脫礦的早期齲損內(nèi)部礦物再沉積，恢復(fù)釉質(zhì)機(jī)械性能和結(jié)構(gòu)，而廣義的釉質(zhì)再礦化應(yīng)包括在釉質(zhì)表面的礦化沉積。早期使用的再礦化制劑主要是鈣磷過飽和液，其誘導(dǎo)的礦化沉積常常發(fā)生病損體部的釉柱邊緣間質(zhì)處，沉積的晶體比釉柱晶體大，且不規(guī)則；也有小的不規(guī)則的球形、顆粒狀晶體在病損內(nèi)部、表面沉積，同時(shí)可以觀察到小的晶體在健康的釉質(zhì)表面沉積，晶體的形態(tài)、大小都與釉質(zhì)晶體不同。礦化沉積與礦化液離子的濃度、pH 值、離子的種類有關(guān),如氯離子可以促進(jìn)礦化，銅離子可以抑制礦化、氟離子可以促進(jìn)礦化。使用單純的無(wú)機(jī)礦化溶液不能重塑天然牙釉質(zhì)的結(jié)構(gòu)和形態(tài)。

人們認(rèn)識(shí)到生物礦化的過程是“在生理?xiàng)l件下有機(jī)大分子模板自發(fā)地調(diào)控?zé)o機(jī)晶體生長(zhǎng)、取向和形態(tài)。以此“有機(jī)基質(zhì)模板礦化”理論，20世紀(jì)80 年代末形成了一種新興的——分子仿生軟納米材料合成技術(shù)。目前認(rèn)為分子仿生合成技術(shù)是復(fù)制天然礦化組織多等級(jí)結(jié)構(gòu)的重要途徑[2-3]。分子仿生合成設(shè)計(jì)是依據(jù)硬組織的分子礦化機(jī)理，首先選擇設(shè)計(jì)合理的有機(jī)大分子礦化模板，仿生礦化過程中關(guān)鍵蛋白對(duì)無(wú)機(jī)晶體的調(diào)控；其次是礦物鹽形成的原料——無(wú)機(jī)離子或前驅(qū)體的設(shè)計(jì)；最后在生理?xiàng)l件下，通過有機(jī)大分子模板與無(wú)機(jī)離子/前驅(qū)體的識(shí)別和自組裝形成有序的納米復(fù)合雜化材料。

成熟的牙釉質(zhì)相對(duì)于人體其它硬組織是一種無(wú)細(xì)胞的高礦化組織，不依賴細(xì)胞活動(dòng)的參與，釉質(zhì)結(jié)構(gòu)的仿生是非細(xì)胞再生構(gòu)建牙體仿生材料研究的切入點(diǎn)，且具有重要的臨床應(yīng)用意義。在分子仿生研究的驅(qū)動(dòng)下，釉質(zhì)再礦化研究發(fā)展到誘導(dǎo)釉質(zhì)微結(jié)構(gòu)再生的釉質(zhì)仿生礦化階段，它不僅關(guān)注丟失礦化物的獲得，更注意重塑喪失的釉質(zhì)微結(jié)構(gòu)，以及在牙齒表面形成具有牙釉質(zhì)結(jié)構(gòu)的再生體，甚至在牙本質(zhì)表面形成類釉質(zhì)結(jié)構(gòu)保護(hù)牙本質(zhì)-牙髓復(fù)合體。釉質(zhì)仿生研究概況可以參考相關(guān)綜述[4-7]。

2.2 釉質(zhì)仿生礦化設(shè)計(jì)的基本思路

釉質(zhì)仿生礦化有機(jī)基質(zhì)模板的設(shè)計(jì):釉原蛋白是釉質(zhì)發(fā)育和HA 晶體取向生長(zhǎng)聚集、組裝形成釉柱結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵調(diào)控蛋白。因此，圍繞釉原蛋白及其相關(guān)多肽的設(shè)計(jì)是釉質(zhì)仿生礦化的一個(gè)重要特色[8-9],其他自組裝多肽、氨基酸、仿生多肽、類蛋白活性分子等也是目前研究的熱點(diǎn)。

仿生釉質(zhì)發(fā)生牙胚水凝膠基質(zhì)礦化微環(huán)境，以載荷有礦化離子及礦化活性分子水凝膠的形式誘導(dǎo)礦化。如釉原蛋白的復(fù)合凝膠涂覆在牙齒表面[10]、裝載鈣磷氟離子的明膠[11]、聚氧化乙烯與聚丙酰胺的凝膠[12]、瓊脂水凝膠介導(dǎo)的鈣磷氟離子擴(kuò)散模型[13]。

無(wú)機(jī)礦化物原料供給設(shè)計(jì)。生物礦化無(wú)機(jī)晶體的生成不是一個(gè)以鈣磷過飽和液溶液為基礎(chǔ)的、從離子開始一步直接生成晶體結(jié)構(gòu)的熱力學(xué)過程的經(jīng)典晶體生成途徑(classical crystallization theory)，而是一個(gè)在有機(jī)基質(zhì)模板的調(diào)控下，起始于鈣磷預(yù)成核簇(calcium phosphate prenucleation clusters,CaP-PNCs)，如Ca3(PO4)2、Ca6(PO4)4、Ca9(PO4)6、……、[Ca3(PO4)2]，在動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)下，經(jīng)過一系列無(wú)定形磷酸鈣前驅(qū)體的相轉(zhuǎn)變，逐步形成連續(xù)的晶相結(jié)構(gòu)，即非經(jīng)典的晶體生成模式（non-classical crystallization theory）(圖1)[2-3,14-15]。如采水溶聚電解質(zhì)與鈣磷離子作用，形成相對(duì)穩(wěn)定的納米液態(tài)礦化前驅(qū)體（polymer-induced liquidprecursor,PILP）或鈣磷預(yù)成核簇[16]。

圖1 經(jīng)典成核與非經(jīng)典晶體成核生長(zhǎng)模式圖

2.3 釉質(zhì)仿生礦化的效果

非細(xì)胞仿生礦化策略已經(jīng)實(shí)現(xiàn)在牙釉質(zhì)表面體外重塑釉柱樣HA 晶體結(jié)構(gòu)的組裝——牙釉質(zhì)基本顯微結(jié)構(gòu)（圖2a）；甚至在牙本質(zhì)表面形成類釉質(zhì)微結(jié)構(gòu)覆蓋牙本質(zhì)表面，保護(hù)牙本質(zhì)-牙髓復(fù)合體（圖2b）。但是這種仿生礦化策略形成的類釉質(zhì)微結(jié)構(gòu)還只能在微米級(jí)范疇，不能通過礦化時(shí)間的延長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)宏觀的類釉質(zhì)結(jié)構(gòu)的再生。礦化再生的類釉質(zhì)結(jié)構(gòu)與基地具有良好的結(jié)合性能。

圖2 仿生礦化再生類釉質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)（SEM 圖）

對(duì)于齲損內(nèi)部結(jié)構(gòu)的修復(fù)作用目前數(shù)據(jù)相對(duì)較少，缺少超微結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)說明重塑了齲損內(nèi)部因脫礦導(dǎo)致的釉柱結(jié)構(gòu)的破壞。研究報(bào)道多體現(xiàn)在齲損機(jī)械性能的恢復(fù)等。

2.4 釉質(zhì)仿生礦化臨床轉(zhuǎn)化的應(yīng)用方向

2.4.1 從唾液中攝取鈣磷誘導(dǎo)礦化 該研究策略是通過對(duì)誘導(dǎo)礦化的有機(jī)分子進(jìn)行改性設(shè)計(jì)，接枝與釉質(zhì)具有親和力的基團(tuán)/功能域結(jié)構(gòu)，賦予礦化分子具有釉質(zhì)結(jié)合性能。當(dāng)其在口腔應(yīng)用時(shí)，如漱口液，或其他涂層形成，吸附于牙齒表面，發(fā)揮礦化誘導(dǎo)作用，從唾液中攝取鈣磷礦物離子，誘導(dǎo)釉質(zhì)微結(jié)構(gòu)的再生。目前報(bào)道的與釉質(zhì)結(jié)合的分子結(jié)構(gòu)有：焦磷酸結(jié)構(gòu)（如阿侖膦酸鈉）、生物多酚、磷酸化的絲氨酸結(jié)構(gòu)、磷灰石結(jié)合性多肽等[18-19]。

2.4.2 水凝膠載體誘導(dǎo)礦化 該研究策略將礦化活性分子和礦化無(wú)機(jī)離子等轉(zhuǎn)載于水凝膠內(nèi)，通過水凝膠與釉質(zhì)表面持續(xù)接觸，礦化離子擴(kuò)散至牙齒表面或內(nèi)部誘導(dǎo)礦化，如上述體系[10-13]。臨床使用時(shí)可以將此凝膠制成薄膜結(jié)構(gòu)，吸附于牙齒表面，或者裝載于個(gè)性的托盤內(nèi)患者戴用持續(xù)提供礦化。

2.4.3 溶劑揮發(fā)濃縮礦化制劑誘導(dǎo)礦化 礦化活性分子溶解在揮發(fā)性溶劑中，當(dāng)?shù)V化溶解滴加在牙齒表面時(shí)，溶解揮發(fā)，啟動(dòng)晶體相變，誘導(dǎo)礦化。如利用小分子有機(jī)物三乙胺獲得穩(wěn)定的幾納米鈣磷預(yù)成核簇。通過乙醇揮發(fā)去除了三乙胺，顯示了優(yōu)良的礦化性能[16]。

3 釉質(zhì)仿生礦化設(shè)計(jì)的發(fā)展方向

3.1 礦化與生物膜干擾問題

牙齒表面被獲得性膜和細(xì)菌生物膜所隔離。唾液菌斑復(fù)合體（saliva-plaque complex）對(duì)礦化必然產(chǎn)生作用。開發(fā)的礦化制劑，必須可以穿透菌斑介質(zhì)，達(dá)到牙齒表面，在菌斑系統(tǒng)內(nèi)聚集鈣磷離子。另外菌斑內(nèi)的細(xì)胞外基質(zhì)成分必然對(duì)礦化結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。如產(chǎn)生結(jié)石一樣的結(jié)構(gòu)，則導(dǎo)致礦化治療的失敗。目前研究有將抗菌肽與礦化分子結(jié)合，消除生物膜的干擾[18,20]，納米酶抗菌消除生物膜的干擾[21]。

3.2 口腔環(huán)境智能感知響應(yīng)礦化體系的設(shè)計(jì)

新型材料制劑與牙體組織靶向結(jié)合、感知口腔環(huán)境變化、啟動(dòng)抗菌、并攝取唾液鈣磷，誘導(dǎo)礦化牙體組織微結(jié)構(gòu)再生，實(shí)現(xiàn)早期牙體組織病損自愈性修復(fù)是未來(lái)釉質(zhì)仿生礦化研究的一個(gè)重要方向。

課題組近期以可溶性淀粉模板合成了穩(wěn)定的小粒徑CaP-PNCs[22]，此制劑可以在液態(tài)和固態(tài)相互轉(zhuǎn)化而不會(huì)發(fā)生晶型的改變，冷凍保存數(shù)月后仍處于幾納米的CaP-PNCs 狀態(tài)。在口腔環(huán)境應(yīng)用時(shí)，利用口腔環(huán)境中富含淀粉酶的特點(diǎn)，淀粉酶水解淀粉，介導(dǎo)CaP-PNCs 現(xiàn)場(chǎng)釋放，促進(jìn)礦化的進(jìn)行，初步實(shí)現(xiàn)了口腔環(huán)境調(diào)控CaP-PNCs 的釋放。

納米酶(Nanozymes) 具有成本低、穩(wěn)定性高、易于規(guī)?；a(chǎn)、功能多樣化等優(yōu)點(diǎn)，已成為抗菌材料的研究熱點(diǎn)。其中，四氧化三鐵納米酶(Ferumoxytol iron oxide nanozymes,FerIONP)表現(xiàn)出多種酶模擬活性，其具有的過氧化物酶(Peroxidase,POD)特性可以催化底物過氧化氫(H2O2)產(chǎn)生活性氧(Reactive oxygen speices,ROS)來(lái)抑制細(xì)菌生長(zhǎng)或破壞細(xì)菌的生物膜[38]。FerIONP具有pH 依賴的過氧化物酶及過氧化氫酶催化活性，在酸性pH 環(huán)境下發(fā)揮過氧化物酶活性，通過催化底物過氧化氫(H2O2)產(chǎn)生ROS 殺滅變異鏈球菌（S.mutans）。在中性環(huán)境中，F(xiàn)erIONP 則發(fā)揮過氧化氫酶的作用，將H2O2分解成氧氣和水，降低了對(duì)細(xì)胞的長(zhǎng)時(shí)毒性。因此，四氧化三鐵納米酶可以感知致齲產(chǎn)酸作用，發(fā)揮抗菌作用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)齲損破壞的智能感知[23]。

納米酶需要H2O2底物發(fā)揮作用，致齲菌生物膜中的內(nèi)源性H2O2極其有限，應(yīng)用時(shí)，需要提供外源性H2O2，才能發(fā)揮納米酶的抗菌及抗生物膜的作用，進(jìn)而阻止齲齒的發(fā)展。研究FerIONP 表面偶聯(lián)葡萄糖氧化酶(GOD)，當(dāng)患者高糖飲食時(shí)，GOD 催化分解礦化制劑產(chǎn)生的葡萄糖產(chǎn)生H2O2，為FerIONP 提供豐富的催化底物H2O2，產(chǎn)生ROS殺菌，實(shí)現(xiàn)對(duì)口腔高糖飲食環(huán)境的感知[24]。

S.mutans 可表達(dá)多種細(xì)胞膜相關(guān)的葡聚糖結(jié)合蛋白，因此，在FerIONP 表面包覆葡聚糖(Dextan)，可以實(shí)現(xiàn)納米酶與S.mutans 的智能感知特異性識(shí)別[25]，增加對(duì)致齲生物膜的親和力，殺滅致齲菌的同時(shí)避免了對(duì)其他共生菌的影響。

近期一項(xiàng)研究開發(fā)出了基于pH 可裂解的硼酸酯鍵自組裝成細(xì)菌響應(yīng)的多藥物遞送系統(tǒng)，其可識(shí)別致齲條件并在酸性pH 下智能釋放藥物，從而提供抗細(xì)菌粘附和抗齲生物膜活性，并恢復(fù)脫礦牙齒的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能。該納米新型療法可有效減少齲齒發(fā)生和嚴(yán)重程度。當(dāng)齲齒發(fā)生時(shí)，其在酸性條件下會(huì)迅速釋放抗菌和修復(fù)劑。通過唾液獲得性肽與牙釉質(zhì)的有效結(jié)合，可以顯著提高藥物在口腔中的療效和保留時(shí)間[26]。

另一項(xiàng)研究設(shè)計(jì)了pH 響應(yīng)納米載體系統(tǒng)，其在健康的中性口腔微環(huán)境中穩(wěn)定，氯己定封裝在核心中，聚乙二醇?xì)け┞对谕鈱?。一旦產(chǎn)生齲齒的生物膜內(nèi)處于酸性環(huán)境，殼核中的檸檬酸酰胺基團(tuán)降解，迅速拆卸并釋放氯己定。該系統(tǒng)可降低氯己定的藥物毒性，并在變異鏈球菌生物膜中表現(xiàn)出優(yōu)異的抗菌能力[27]。

總之，理想的新型仿生礦化分子模板應(yīng)具有牙齒結(jié)合功能、靶向致齲菌生物膜的抗菌及破壞生物膜結(jié)構(gòu)的功能，載荷鈣磷納米簇礦化前驅(qū)體，并能智能感知口腔菌斑微環(huán)境變化。

4 釉質(zhì)仿生礦化研究目前存在的問題

4.1 仿生礦化設(shè)計(jì)的隨意性

雖然牙釉質(zhì)的再礦化效果遠(yuǎn)優(yōu)于牙本質(zhì)的再礦化，但是對(duì)于牙釉質(zhì)發(fā)育礦化的物理化學(xué)分子機(jī)制的了解遠(yuǎn)低于以礦化膠原纖維為基礎(chǔ)的牙本質(zhì)/骨硬組織礦化機(jī)理。其相對(duì)膠原纖維的礦化表現(xiàn)以下特點(diǎn)：（1）牙釉質(zhì)有機(jī)基質(zhì)構(gòu)成中90%是釉原蛋白，其相當(dāng)于骨牙本質(zhì)的膠原蛋白起著骨架蛋白的作用，對(duì)HA 晶體的形成組裝成釉柱具有重要的調(diào)控作用，但是隨后逐漸被降解，遠(yuǎn)低于膠原纖維的礦化模板作用。（2）非釉原蛋白，相當(dāng)于骨/牙本質(zhì)中的非膠原蛋白，存在于分泌的細(xì)胞周圍，很快被降解，降解片段參與礦化。（3）釉質(zhì)礦化過程不存在未礦化的前期牙釉質(zhì)（preenamel layer ）如同牙本質(zhì)/骨礦化的類骨質(zhì)或前期牙本質(zhì)（osteoid or predentin）。（4）釉柱的形成直接始于牙本質(zhì)，隨著成釉細(xì)胞童氏突（Tomes’process）在釉質(zhì)形成過程中逐漸向未來(lái)釉質(zhì)表面退縮形成的空間內(nèi)形成，同時(shí)在初期童氏突周圍分泌的細(xì)胞外基質(zhì)首先礦化，形成釉柱間質(zhì)，對(duì)釉柱空間進(jìn)行塑性。（4）釉質(zhì)礦化不存在膠原礦化的基質(zhì)小泡，對(duì)無(wú)機(jī)礦化物的作用形式不清，有報(bào)道存在磷酸二氫鈣、無(wú)定形磷酸鈣前驅(qū)體。

目前釉質(zhì)的仿生礦化研究不能模擬釉柱形成過程的形態(tài)塑造和有機(jī)基質(zhì)的降解，對(duì)于礦物離子的供給形式的模擬也缺少依據(jù)。

4.2 對(duì)類釉質(zhì)結(jié)構(gòu)再生的誤導(dǎo)與泛化

幾乎所有釉質(zhì)仿生礦化的研究都報(bào)道了在釉質(zhì)表面形成了“類釉柱結(jié)構(gòu)”的再生，但是都沒有明確以下問題，這在一定程度上對(duì)此類研究造成了混亂。

（1）這種“類釉柱結(jié)構(gòu)”的再生只能在微米級(jí)范圍，不能隨著礦化時(shí)間的延長(zhǎng)，厚度逐漸增加。

（2）這種“類釉柱結(jié)構(gòu)”的再生一般都是釉柱方向垂直于釉質(zhì)片表面，再生結(jié)構(gòu)沿釉柱固有形態(tài)的外延性生長(zhǎng)，很少有關(guān)于當(dāng)釉柱方向平行于釉質(zhì)片表面情況下再生結(jié)構(gòu)是如何生長(zhǎng)的報(bào)道(圖3)。

圖3 釉質(zhì)仿生礦化結(jié)構(gòu)

（3）各種礦化活性分子設(shè)計(jì)的礦化結(jié)果缺少嚴(yán)格的對(duì)照。我們?cè)诖罅康难芯恐邪l(fā)現(xiàn)無(wú)論什么多肽、水凝膠、絲素蛋白，甚至單純的礦化液，都可以在釉質(zhì)表面生長(zhǎng)出所謂的“釉柱樣結(jié)構(gòu)”，只是晶體大小、生長(zhǎng)的速度、排列稍微的不同。我們認(rèn)為：對(duì)于釉質(zhì)表面礦化再生結(jié)構(gòu)的形態(tài)，釉質(zhì)基底結(jié)構(gòu)起了關(guān)鍵的調(diào)控作用。當(dāng)釉柱垂直于表面時(shí)生長(zhǎng)容易，且極像釉柱的外延性生長(zhǎng)；但是當(dāng)釉柱平行于牙片表面時(shí)，生長(zhǎng)困難，需要重新成核取向生長(zhǎng)。垂直于表面的晶體生長(zhǎng)是一種規(guī)律，也是能量最優(yōu)化的生長(zhǎng)方式。不管基底形態(tài)如何，晶體在成核位置的生長(zhǎng)，總是垂直于該位置的切線方向，獲得能量最優(yōu)化。隨著晶體生長(zhǎng)的逐漸調(diào)整，最終所有晶體都按照垂直于表面的方向取向生長(zhǎng)；不同的基底表面形態(tài)，晶體生長(zhǎng)只是體現(xiàn)在最初的調(diào)整取向階段的不同。不同的礦化分子的設(shè)計(jì)并沒有改變這樣的總體生長(zhǎng)規(guī)律(圖3c,圖4）。

(4)隨著礦化沉積物的生長(zhǎng)，牙釉質(zhì)基底形態(tài)對(duì)再生晶體生長(zhǎng)的調(diào)控作用越來(lái)越弱，最終形成完全平行的致密排列的晶體陣列。其形貌類似于天然釉質(zhì)表層的無(wú)釉柱結(jié)構(gòu)。天然釉質(zhì)表層的晶體生長(zhǎng)也是喪失了細(xì)胞調(diào)控的結(jié)果（圖3c、d,圖4）。

圖4 礦化再生晶體在不同表面生長(zhǎng)，最終逐漸調(diào)整為垂直于表面生長(zhǎng)的模式機(jī)理圖[28]

（5）礦化物結(jié)構(gòu)機(jī)械性能的評(píng)價(jià)，常常采用顯微硬度、納米壓痕，不同報(bào)道具有較大的差異性。由于基底表面形態(tài)的差異性，再生晶體生長(zhǎng)方向的調(diào)整的差異性，使最終晶體表面不完全一致，類似于酸蝕后釉質(zhì)微晶，相對(duì)粗糙，所以直接測(cè)量數(shù)據(jù)間差別較大，相對(duì)粗糙的表面，也不適合于納米壓痕的測(cè)量。

（6）礦化晶體的供給方式，對(duì)釉質(zhì)礦化的效果，最終晶體生長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)具有重要的影響。預(yù)成核簇不同的狀態(tài)直接決定礦化效能，這也是研究在重復(fù)性方面被忽視的一個(gè)重要原因。也是新型礦化制劑開發(fā)的一個(gè)思路。目前認(rèn)為生物礦化使通過鈣磷預(yù)成核簇的項(xiàng)轉(zhuǎn)變的動(dòng)力學(xué)過程，但是鈣磷預(yù)成核簇的不同階段具有不同的礦化性能[14-15]。鈣磷預(yù)成核簇第一階段是無(wú)機(jī)礦物離子形成預(yù)成核簇PNCs，直徑約為（0.87±0.2）nm，也稱為Posner團(tuán)簇；第二階段CaP-PNCs 開始松散粘附于有機(jī)分子或基底物表面；第三階段CaP-PNCs 開始聚集并形成直徑約50nm 左右的CaP-PNCs 納米團(tuán)簇；第四階段，CaP-PNCs 納米團(tuán)簇進(jìn)一步成核聚集，形成ACP 納米顆粒；第五階段，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，ACP 納米顆粒開始生長(zhǎng)結(jié)晶，逐漸轉(zhuǎn)化為晶體。即在生物礦化的過程中，最早期形成的是CaPPNCs，它們隨后粘附于基底物表面成核聚集形成非晶態(tài)無(wú)定形中間相ACP，再成核、生長(zhǎng)并轉(zhuǎn)化為晶體。目前應(yīng)用的仿生礦化制劑主要是上述第四、五階段的納米ACP 團(tuán)聚物或低結(jié)晶的納米羥基磷灰石，它們礦化活性相對(duì)較低，難以滿足臨床需求。上述第一、二、三階段的CaP-PNCs 具有較高的礦化活性，是更為理想的仿生礦化制劑，但是CaPPNCs 極不穩(wěn)定，可以在幾秒鐘內(nèi)自發(fā)聚集甚至成核和轉(zhuǎn)化(圖5 a)，因此，常常導(dǎo)致研究結(jié)果的重復(fù)性差。另外，不同的成核簇礦化前驅(qū)體的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，從而具有不同的礦化活性。例如聚丙烯酸穩(wěn)定的鈣磷礦化前驅(qū)體比聚天冬氨酸穩(wěn)定的鈣磷礦化前驅(qū)體更加團(tuán)聚致密，因而具有相對(duì)較低的礦化活性（圖5b）。

圖5 生物礦化過程中鈣磷離子預(yù)成核簇（PNC-CaP）不同階段特點(diǎn)與晶體成核生長(zhǎng)的關(guān)系

5 釉質(zhì)再礦化的臨床應(yīng)用產(chǎn)品

再礦化治療目前臨床主要應(yīng)用于沒有形成齲洞的早期齲損、正畸治療的白堊斑、酸蝕癥的早期病損。氟制劑及其相關(guān)復(fù)合物產(chǎn)品，仍然占據(jù)治療的主導(dǎo)地位，是再礦化治療的“金標(biāo)準(zhǔn)”。非氟礦化制劑迅速發(fā)展，某些商品化的制劑聲稱獲得了類似或優(yōu)越于氟制劑的礦化效果，也克服了氟制劑應(yīng)用潛在的安全問題擔(dān)憂。商品化非氟礦化制劑概括如下：

5.1 攝取口腔唾液鈣磷成分誘導(dǎo)礦化的制劑

這類制劑通過與牙齒脫礦部位結(jié)合、誘導(dǎo)內(nèi)源性鈣磷（如唾液）在其表面聚集、誘導(dǎo)鈣磷成核、HA 晶體原位生長(zhǎng)。P11-4 自組裝多肽（Curodont Repair,Credentis,Windisch,Switzerland)是這類唯一商品化制劑[27-32]。其結(jié)構(gòu)為：Ace-Gln-Gln-Arg-Phe-Glu-Trp-Glu-Phe-Glu-GlnGln-NH2。采用多肽合成儀合成。應(yīng)用時(shí)，多肽單體溶液通過脫礦牙釉質(zhì)的孔隙擴(kuò)散到釉質(zhì)齲損表面下方，在特定環(huán)境（如高離子濃度、酸性ph）下觸發(fā)原位自組裝成三維纖維支架，可模擬釉原蛋白控制晶體取向的功能，吸引聚集唾液中的Ca2+成核，仿生礦化過程中羥基磷灰石晶體的形成。P11-4 仿生再礦化已在體外被證明是治療早期齲齒的有效方法，優(yōu)于其他再礦化劑如氟化物、CPP-ACP 等。臨床隨機(jī)對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明P11-4 與氟化物聯(lián)合治療能夠起到更好的礦化作用，促進(jìn)早期齲齒消退，優(yōu)于單獨(dú)使用氟化物。然而多肽纖維周圍重新形成的晶體往往呈扇形排列，與平行排列的釉柱晶體有所區(qū)別。另外，礦化后多肽無(wú)法去除，難以達(dá)到較高的無(wú)機(jī)礦物量。P11-4 依賴于唾液驅(qū)動(dòng)的自然再礦化，效果受個(gè)體唾液質(zhì)量影響，如舍格倫綜合征、頭頸部放療患者因唾液分泌減少效果可能受限;而且目前P11-4 仍缺乏更長(zhǎng)期的臨床實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

5.2 提供外源性礦物原料誘導(dǎo)再礦化的制劑

5.2.1 CCP-ACP 制劑 酪蛋白磷酸肽穩(wěn)定的無(wú)定形磷酸鈣（Casein phospho-protein stabilized -amorphous calcium (fluoride) phosphate (CPP-ACP;CPP-ACFP) 以 商 品 名“Tooth Mousse/MI Paste Crèmes,Re-caldent/Trident White sugar-free gum and MI Paste One toothpaste”中文“護(hù)牙素”，作為牙膏糊劑或無(wú)糖口香糖的形式應(yīng)用，是目前臨床詢證數(shù)據(jù)最豐富的鈣磷制劑[33]。

該制劑是最具典型的有機(jī)基質(zhì)調(diào)控?zé)o機(jī)晶體礦化概念應(yīng)用的范例。水溶性的酸性蛋白分子穩(wěn)定鈣磷離子，形成有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合礦化前驅(qū)體。CCP含有大量的酸性殘基，特別富含“-S（p）S（p）S（p）EE-”殘基，在酸性條件下可以與鈣磷離子相互作用，可以穩(wěn)定很高濃度的鈣磷，形成CCP-ACP,或CCP-ACFP 復(fù)合體，鈣磷離子納米簇，大小約1.53 nm 或2.13 nm，相對(duì)穩(wěn)定存在于鈣磷過飽和溶液中，具有一定的固態(tài)性質(zhì)。CCP-ACP 復(fù)合體中，鈣離子藏在于鈣磷離子納米簇表面與CPP 負(fù)電荷的殘基通過靜電相互作用。溶液中CCP 抑制了鈣磷預(yù)成核簇的生長(zhǎng)，保持相對(duì)的穩(wěn)定性，從而抑制ACP 的相轉(zhuǎn)變，HA 的結(jié)晶生長(zhǎng)。研究表明CCP 與鈣磷離子的作用相對(duì)較弱，游離鈣磷與CCP 結(jié)合的鈣磷保持著動(dòng)態(tài)的平衡，CCP-ACP 復(fù)合體可以作為一個(gè)鈣磷礦化源的儲(chǔ)存庫(kù)。這個(gè)平衡的移動(dòng)與pH 值的改變、鈣磷濃度的改變、CCP競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合物的存在有關(guān)。當(dāng)CCP-ACP 存在口腔中，CCP 具有很強(qiáng)的HA 結(jié)合性能，唾液的緩沖等因素，都可以促進(jìn)鈣磷離子簇的游離，ACP 相轉(zhuǎn)變發(fā)生，HA 晶體的形成。目前大量的詢證醫(yī)學(xué)證據(jù)表明CCP-ACP 一定時(shí)期內(nèi)的規(guī)律使用可以促進(jìn)釉質(zhì)再礦化，改善脫礦釉質(zhì)的美學(xué)、力學(xué)、抗酸活性，提高唾液的緩沖功能，具有類似或優(yōu)于氟制劑的功效。但是仍有矛盾的結(jié)果報(bào)道，可能源于CCP-ACP 與氟制劑防齲再礦化機(jī)理不同，研究設(shè)計(jì)的差異所致，但是目前還是需要大量的長(zhǎng)期的多中心的研究來(lái)證明其效能。

5.2.2 其他鈣磷制劑 納米羥基磷灰石（nHA）是使用最廣泛的鈣磷再礦化制劑，常常在牙膏中使用。其礦化性能報(bào)道也具有較大爭(zhēng)議?？赡芘c顆粒大小、結(jié)晶度有關(guān)。顆粒越小，結(jié)晶度越低，與牙齒的結(jié)合性能越好，也越有利于鈣磷的溶解平衡、晶體的形成。

無(wú)定形磷硅酸鈣納生物玻璃（Calcium sodium phosphosilicate (CSP,amorphous) bioglass），目前的商品化產(chǎn)品為NovaMinTM（Oravive toothpaste）。體外體內(nèi)研究對(duì)其礦化性能都有較大的爭(zhēng)議，需要進(jìn)一步的臨床試驗(yàn)[34-35]。

總之，齲病、慢性非齲性損傷性牙體疾病的無(wú)創(chuàng)微創(chuàng)性治療臨床需求極大地刺激了非氟礦化制劑的發(fā)展。牙體仿生礦化策略為牙體表面病損的治愈性修復(fù)提供新的研究思路，新的仿生礦化體系的開發(fā)是釉質(zhì)再礦化研究的重要方向和臨床需求。

6 結(jié)語(yǔ)

釉質(zhì)的再礦化研究已經(jīng)進(jìn)入仿生礦化誘導(dǎo)釉質(zhì)微結(jié)構(gòu)再生的階段，其部分研究結(jié)果在臨床應(yīng)用中也顯示了良好的效果，但是仍然需要大量的臨床實(shí)踐的驗(yàn)證。由于對(duì)釉質(zhì)生物礦化的物理化學(xué)調(diào)控本質(zhì)缺少深入的理解，目前釉質(zhì)仿生礦化技術(shù)體系具有一定的隨意性、缺少嚴(yán)格的對(duì)照，文獻(xiàn)報(bào)道中存在一定的誤導(dǎo)，對(duì)于仿生礦化誘導(dǎo)釉質(zhì)微結(jié)構(gòu)再生晶體生長(zhǎng)的本質(zhì)規(guī)律缺少足夠的試驗(yàn)證據(jù)。釉質(zhì)仿生礦化的抗菌、礦化性能智能感知口腔環(huán)境變化而啟動(dòng)的技術(shù)是未來(lái)牙體組織再礦化研究的一個(gè)重要方向。