牙周组织再生技术的研究进展

刘玲玲　刘树泰

【摘要】 牙周组织再生是实现牙槽骨、牙骨质、牙周膜间的再生与功能重建。随着组织工程学和基因工程学的飞速发展，为牙周组织再生提供了新的思路。

【关键词】 牙周组织再生； 组织工程； 基因工程

doi：10.14033/j.cnki.cfmr.2018.6.095 文献标识码 A 文章编号 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

牙周炎是一种慢性炎症性疾病，若未及时治疗，会导致牙槽骨丧失、牙齿松动，最终导致牙齿丧失，因此牙周炎的预防和治疗引起了学者们的重视。目前，牙周组织再生的方法有牙周植骨术、引导组织再生术等。随着组织工程学和基因工程学的发展，为牙周组织再生带来新的希望。本文将对牙周组织再生技术的进展作一综述。

1 传统牙周组织再生技术

1.1 再生性手术

获得牙周组织再生的手术治疗方法称为再生性手术（regenerative surgery），主要包括植骨术和引导性组织再生术，也可两者联合应用，或与其他一些促进再生的方法如根面生物处理和使用生长因子等联合应用。

1.1.1 植骨术 牙周植骨术（bone grafts）是采用骨或骨的替代品等移植材料来修复因牙周炎造成的牙槽骨缺损的方法。研究认为，骨再生构成了新附着的先决条件，新骨的形成能够诱导牙骨质和牙周膜的形成。根据植骨材料的来源，目前用于植骨的材料主要有自体骨、异体骨、异种骨和骨替代品。根据植骨材料的功能，一般具有骨生成、骨诱导或骨引导能力[1]。研究表明，植骨材料的应用能够获得一定的临床附着和骨充填，但是组织学发现植骨材料骨诱导能力较低，通常是被大量的结缔组织覆盖[2]。

1.1.2 引导性组织再生术 引导性组织再生术（GTR）技术是在牙周手术中利用膜性材料作为屏障，阻挡牙龈上皮和牙龈结缔组织与根面的接触，并提供一定的空间，引导具有形成新附着的牙周膜细胞（PDLCs）优先占领根面，在已暴露于牙周袋内的根面上形成新的牙骨质，并有牙周膜纤维埋入，形成新附着，形成真正的牙周组织再生。应用于GTR技术的生物膜一般分为不可吸收性和可吸收性膜两种。GTR技术在临床中可以改善临床结果，因此得到广泛的临床应用[3]。

2 牙周组织工程

组织工程理论的提出，促进了牙周组织再生的研究进展。目前，利用组织工程技术促进牙周组织再生已成为牙周领域研究的热点。牙周组织工程主要由三部分组成：（1）生物支架材料；（2）干细胞；（3）生物信号分子。一个成功的组织再生需要其相互发挥作用，移植和培养的细胞能够生成新的组织；生物材料作为一个支架或基质支撑细胞；生物信号分子引导细胞形成所需的组织类型[4]。

2.1 生物支架材料

生物支架材料在牙周组织工程中扮演重要的角色，是细胞生长增殖分化的基质，促进三维空间中新组织的形成、传送细胞和多种组织引导物质的载体。理想的支架材料应具有良好的生物相容性、生物可降解性、促进细胞间相互作用和组织发育、适当的机械性能和物理性能[5]。支架材料被分为两类：陶瓷材料和聚合物。以陶瓷为基础的材料包括：磷酸钙、硫酸钙、生物活性玻璃；天然聚合物主要包括：多肽（胶原、凝胶）和变性多糖；合成聚合物如聚羟基乙酸（PGA）、聚乳酸（PLA）、共聚物（PLGA）等。

2.1.1 胶原 胶原是一种纤维蛋白，是哺乳动物结缔组织中重要组成部分，主要存在于骨质和皮肤中[6]。胶原蛋白的特点是独特的三螺旋结构，目前已有25种不同的胶原α链被确定并进行编码。其中最丰富的是TypeI，当其分泌至细胞外时，形成高阶层聚合物-胶原原纤维，再组装成直径50～500 nm胶原纤维。TypeI作为细胞外基质的成分，广泛应用于软组织修复[7]。Mizuno等应用TypeI胶原作为骨髓基质细胞的基质，发现骨髓基质细胞在体内分化形成成骨细胞，而typeⅡ、Ⅲ and V胶原未形成组织，由此说明TypeI胶原基质对诱导体外成骨细胞的分化和体内骨生成提供了一个合适的环境。

2.1.2 合成可降解水凝胶 水凝胶作为一种可注射支架材料应用于组织工程，经含精氨酸肽黏合剂改良的无黏着力的水凝胶用于促进细胞的附着和扩散，在高浓度黏合剂作用下发现水凝胶可以促进成骨细胞的附着和扩散[8]。

2.2 干细胞再生牙周组织

干细胞是一种原始细胞，被诱导后可分化为多种组织类型。由于干细胞的可塑性和多分化潜能，为牙周组织的再生提供了细胞资源。因此，干细胞在牙周组织再生中有广泛的发展前景[9]。干細胞作为临床再生治疗的一种可行性资源，需具备以下4个特点：易于收集且数量丰富；收集过程创伤小；以一种可控和可再生的方式分化成不同组织类型；以一种安全有效的方式进行自体或异体移植。根据其分化能力不同分为：全能干细胞、多能干细胞、专能干细胞和单能干细胞。按照来源和遗传方式分为：胚胎干细胞、成体干细胞、重组干细胞[5]。

2.2.1 牙髓来源干细胞 牙髓是一种结缔组织，它包含多种异构细胞，像纤维母细胞、神经细胞、血管细胞、未分化干细胞及牙髓干细胞，主要存在于被牙本质包绕的牙髓腔内[5]。人类牙齿干细胞首次由Gronthos等[10]发现并成功从阻生第三磨牙中分离。牙髓来源干细胞（DPSC）在培养基中有较高的增殖和分化能力，事实上，大鼠模型异位移植试验表明，DPSC不能形成不同的牙骨质样的结构；其同时对自体DPSCs和自体PDLSCs在牙周缺损治疗过程中再生潜能进行比较，结果显示DPSCs只获得0.35 mm的附着，而PDLSCs获得3.02 mm的附着。鉴于当前的研究认为DPSCs并不是牙周组织再生的最理想的多潜能干细胞[11]。

2.2.2 牙周膜来源干细胞 牙周膜是位于根部牙骨质和牙槽骨之间的结缔组织，牙周膜来源干细胞（PDLSC）具有高分化能力，主要维持体内平衡和牙周再生。试验表明PDLSC通过Sharpey胶原纤维束和牙骨质样结构相连可以形成牙周膜附着，PDLSC的独特特点使其在以细胞为基础的牙周再生治疗中有广泛的前景[12]；Liu等[13]试验证明了体外增殖的PDLSC应用于牙周组织再生治疗的可行性。

2.2.3 牙囊和根尖乳头来源干细胞 牙囊来源干细胞（DFSC）来源于外胚间充质细胞，位于未萌出牙周围的结缔组织，随着牙齿的萌出转变成牙周组织围绕在牙齿周围。Han等[14]在试验中发现了牙骨质牙周膜样复合体的形成，证明DFSC可以作为牙周膜干细胞的替代进行牙周组织再生。根尖乳头组织只出现在牙根的发育过程中，Xu等[15]从正在萌出的下颌第一磨牙根尖区获取根尖乳头来源干细胞（DAPSC）并进行移植，其展现了较强的矿化能力且有牙样组织的形成，但是目前没有足够的证据证明DAPSC可以应用于牙周再生。

2.2.4 脱落的乳牙和拔牙窝来源干细胞 从脱落的乳牙残髓中仍然能分离出干细胞，同样具有较高的分化能力，脱落的乳牙（SHED）与BMSSCs and DPSCs相比具有较高的增殖率。据研究显示脱落乳牙中的细胞不能够形成完整的牙髓牙本质复合体，但是其在骨再生方面有很大的前景，Ma等[16]报道无论是新鲜的或是冷藏的SHED能够修复免疫缺陷小鼠颅顶临界骨缺损；有研究发现，拔牙后3 d的牙槽窝内的肉芽组织仍存在干细胞成分（DSSC），分化成各种细胞并诱导缺损区新组织形成。

2.2.5 诱导多潜能干细胞 Takahashi和Yamanaka在诱导成纤维细胞中四个关键转录因子（Oct3/4、So字2、Klf4、c-Myc）的超表达过程中成功发现了诱导多潜能干细胞（iPSCs）；研究者在心脏、胰腺等不同组织研究其再生能力[17]。Duan等[18]进行牙周组织再生诱导试验时，组织形态分析表明，与支架材料单独应用和支架材料结合生长因子联合应用的两组相比较，细胞结合支架材料和生长因子一组在牙周缺损处有大量新骨和牙骨质形成，结果示iPSCs可以提高牙周组织再生。iPSCs在牙周再生治疗中具有以下4个合理理由：（1）可以经牙细胞诱导获得，像牙龈成纤维细胞，牙周膜成纤维细胞；（2）在某些因子的刺激下可以分化成成骨性细胞；（3）结合或不结合支架材料，iPSCs可以促进人造牙周骨缺损的愈合同时形成像牙槽骨、牙骨质、牙周膜等牙周组织[4]。另外，iPSCs可以减少炎症的发生和抑制骨质的在吸收，但是目前其发生机制有待于进一步研究。

2.2.6 脂肪来源干细胞 脂肪组织由大量脂肪细胞组成，与骨髓组织相似，来源于间充质，易分离。脂肪组织至少有5种不同形式，包括骨髓中脂肪、棕色脂肪、乳腺中脂肪、机械脂肪和白色脂肪[19]。脂肪细胞的分离方法是由Rodbell和Jones首次开辟，随着技术发展，脂肪细胞的分离技术也越来越先进[20]。人体脂肪收集具有创伤小、低风险的特点，每次提取可获得100 ml～3 L的脂肪组织，平均每克脂肪组织可获得大约5 000个干细胞[21]。获得的人体脂肪在无菌条件下冲洗，降解，扩散，使干细胞悬浮后应用于临床[22]。Tobita等[23]通过研究发现在伴有牙周缺损的老鼠模型中应用绿色荧光蛋白跟踪脂肪来源干细胞（ASCs）和PRP（后者作为一种载体）分别在2、4、8周进行评估，结果发现ASCs在原处形成牙骨质、牙槽骨和牙周膜样组织。脂肪组织普遍存在且易获取，供体的发病率低，患者的不适感少等优点使其成为最有前景的干细胞群之一[22]。

3 基因工程

基因治疗的方法包括体内、体外两种途径。体内途径是DNA质粒直接注射到所需区域，被宿主细胞携带产生编码蛋白进行治疗；体外途径是首先获取组织中的特定细胞在体外将基因转入到細胞中，被基因编码的细胞再转入到牙周病损区，生成相应的组织[23]。

3.1 基因载体

包括病毒和非病毒两种，其中病毒载体主要有腺病毒载体、逆转录病毒和慢病毒载体、腺相关病毒。腺病毒具有感染效率高、易纯化、高表达的特点，但其缺点是基因表达时间短、易诱导宿主免疫反应，因此引进了第二代腺病毒载体；

逆转录病毒和慢病毒，具有低免疫原性、基因表达时间长和传递基因到干细胞并将细胞毒性基因传递给癌症细胞的特点。非病毒载体，是裸DNA与载体结合，无免疫原性、低毒性、不整合进入宿主细胞基因组。

3.2 牙周组织再生的靶基因

包括转化生长因子-β家族和骨形态发生蛋白、血小板源生长因子、胰岛样生长因子-1、M?ller细胞、Wingless等[24]。

3.2.1 转化生长因子-β家族和骨形态发生蛋白 骨形态发生蛋白（BMP）和转化生长因子-β家族 （TGF-βs）属于相同的肽家族，在体细胞的发育和更新工程的控制中扮演重要角色。TGF-1促进骨基质的附着、骨细胞的增殖和成牙骨质细胞的分化；BMP-3和BMP-7在牙骨质的发生和牙周膜形成中具有重要作用；BMP-2和BMP-7通过应用碱性磷酸酶促进牙周膜成纤维细胞分化成成骨细胞表型加速骨再生的过程。

3.2.2 血小板源生長因子 血小板源生长因子（PDGF）是一种活性生长因子，可以促进DNA的合成和成骨细胞的增殖，同时增加骨胶原的合成。Jin等[25]研究发现，PDGF不仅可以促进牙槽骨新生、牙周韧带形成，还可以增进新牙骨质形成。

3.2.3 M?ller细胞 在胚胎发育过程中可以编码胚胎骨生成的常规基因和骨折的修复，同时在牙周骨再生中具有重要作用。

4 展望

转基因细胞疗法是目前牙周再生治疗的新进展，但还未在临床中广泛应用。相信随着基因工程的不断完善，基因治疗会成为牙周临床治疗的重要部分。

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（收稿日期：2017-08-16）