以磷酸三钙为基础的再矿化材料对牙体再矿化治疗的研究进展

李青蓉 廖明华 廖洁

【关键词】 磷酸三钙;再矿化;氟化物;原花青素;硝酸银

中图分类号：R783.1   文献标志碼：A   DOI：10.3969/j.issn.10031383.2019.02.020

牙体组织脱矿是龋病的早期病变表现，脱矿的发生不仅影响美观，更是危害牙体组织健康的最大因素。因此，牙体组织的再矿化治疗成为目前治疗早期牙体组织脱矿的主要方法。由于该方法的有效性和微创性，已经被广大易患龋病人群所接受。氟化物是目前应用最为广泛的再矿化治疗产品。其对牙釉质的再矿化效果早已被广泛报道并大量应用于临床[1～3]。然而，如果氟化物用量控制不当易引起氟牙症、氟骨症等不良反应，而且氟化物促进牙釉质再矿化的过程受到口腔环境中钙、磷酸根离子浓度的限制。近年来，一类以磷酸三钙（tricalcium phosphate，TCP）为基础的新型再矿化材料出现并已逐渐应用于口腔护理产品中。现就以TCP为基础的再矿化材料在牙体再矿化治疗中的机制、促进牙体组织再矿化的科学依据及应用前景等方面做一综述。

1 以TCP为基础的再矿化材料出现的理论背景

氟化物被用于治疗釉质白斑病变已有数十年历史，其对牙釉质早期脱矿的疗效明确，且使用方便，已被广大患者接受。然而，单纯使用氟化物虽然可以逆转早期脱矿，促进再矿化，但其主要在病变表层发挥效果，表层再矿化的同时引起其下层牙釉质的脱矿孔隙堵塞，降低表面牙釉质的离子交换活性，阻碍了表层以下的深层牙釉质的再矿化[4]。过去使用的磷酸钙矿化液在牙体组织再矿化治疗中也由于磷酸钙的低溶解性而使其临床疗效受到一定限制。因此，以TCP为基础的再矿化材料成为近几年国内外学者的研究热点。这种以TCP为基础的新型再矿化材料赋予了磷酸盐特殊的形式，能在口腔局部环境中显著提升钙、磷酸根离子的生物利用度，从而增强再矿化效果。

2 TCP促进牙釉质再矿化的研究现状

TCP是一种合成无机生物材料，具有良好的生物相容性和生物活性，具有促进牙釉质再矿化的特性，也常被应用于修复受损的骨组织[5～6]。TCP通常以两种形式存在，即αTCP 和βTCP，其中βTCP的溶解度较低。目前αTCP在口腔领域的应用和研究较少，而βTCP以其优异的骨传导性和生物可吸收性在口腔领域多被当成典型的骨替代物应用于各类骨再生技术并取得良好疗效[7]。βTCP在预防牙体组织脱矿领域多处于基础研究阶段，临床应用较少，但在已有的临床治疗中尚未出现不良反应报道。有专家通过体外基因毒性研究明确了βTCP在体外对人体外周血培养物无毒性作用，即使用量达最高浓度时也未出现毒性反应[8]，这说明βTCP生物安全性较好，可以在临床推广应用。

2.1 TCP 促进牙釉质再矿化的依据 近年来，βTCP在促进牙釉质再矿化领域的应用逐渐受到研究者们的关注。国外曾有专家将浸泡过可口可乐以后釉质表面发生脱矿的牙齿放入含βTCP的再矿化液中处理，运用显微硬度测试仪分别测量其与对照组的牙釉质表面硬度，结果表明，βTCP处理组的牙釉质显微硬度比空白对照组增加了41%[9]。这说明βTCP具有抑制早期牙釉质脱矿，促进牙釉质再矿化的作用。Kamath等[10]选择65颗年轻恒牙制作牙釉质标本，对其进行pH循环模拟脱矿再矿化反应，评价含有纳米羟基磷灰石（nanoHA）、酪蛋白磷酸肽无定形磷酸钙氟化物（CPPACPF）和磷酸三钙（TCP）的再矿化能力。结果表明，TCP组的再矿化材料与其他各实验组的再矿化材料都能有效促进釉质表面有机物的沉积，重建表层釉质结构。朱玉婷等[11]对120例正畸固定矫治的患者分别用含TCP的氟保护漆（ClinproTM White Varnish氟保护漆）和双氟硅烷溶液进行再矿化治疗，结果显示ClinproTM White Varnish氟保护漆与双氟硅烷溶液两组釉质脱矿指数均低于对照组（P<0.05），由此可知，这类以TCP 为基础的材料对牙釉质脱矿起到较好的预防作用，可以作为未来新型再矿化材料的一个研究方向。

2.2 TCP联合氟化物对牙釉质再矿化的影响 βTCP是一种磷酸钙系统，在结构上表现出晶体改性的结构缺陷，这些缺陷可以促进与其他物质的结合[12]。因此，TCP虽然能有效提高脱矿釉质表面和唾液中的钙含量，但当口腔环境中存在氟离子时，磷酸钙中的钙离子和氟离子之间易发生早期反应，会导致生物可用氟离子的损失。为了解决磷酸钙和氟离子不相容的问题，专家们研究出了一种新的技术，即将TCP进行处理活化后形成官能化β磷酸三钙（Functionalized βtricalcium phosphate，fTCP）[13]。fTCP是通过βTCP与有机和/或无机部分（如羧酸和富马酸等表面活性剂）偶联得到的材料[14～15]。TCP通过与有机材料作用后，其中的磷酸钙被有机材料保护，从而使TCP的钙离子和磷酸根离子与氟离子在水溶环境中能够共存，阻碍了这些离子与氟化物的早期相互作用[16]，当TCP成分到达牙齿表面时，牙齿表面具有亲和力的有机材料形成一道屏障，当其与唾液接触时发生破裂，释放钙离子，这种表面活性剂将钙离子带到牙齿表面，与氟离子结合，从而增加病变表面的氟离子和钙的生物利用度，随后扩散到病变部位以促进再矿化[1，16]。这种反应过程也为表层以下的牙釉质创造了再矿化的机会。Karlinsey、Elkassas等[17～18]曾在体外模型上进行多项基础性研究，结果表明，相对于单纯氟化物的作用，fTCP有助于增加PO键和PF键的数量，提高氟化物的再矿化能力。fTCP还可以向釉质递送钙和磷酸盐，从而增加牙釉质表面的有机物沉积，促进再矿化。随着TCP再矿化作用的进一步明确，Memarpour、Wierichs等[19～20]对离体牙标本在模拟口腔环境中进行脱矿后，分别用不同再矿化方法进行处理，采用能量分散X射线分析，结果证明，添加TCP的氟化物组比单纯使用氟化物组牙釉质表面硬度明显增加。同时，扫描电子显微镜下也观察到该组牙釉质表面粗糙度较其他组更低，说明由于TCP的添加，氟化物的再矿化作用不仅没有受到限制，而且防脱矿效果产生了协同增强作用。这种增强的矿化效能可能与钙和磷酸盐相关的氟化物的有效性有关。不过由于体外实验条件的限制，不能完全模拟体内环境，临床应用中是否能达到同样的疗效还需要更多研究来进一步验证。

3 TCP促进牙本质再矿化的研究现状

牙本质的有机基质主要由胶原蛋白组成，它赋予牙本质特有的弹性特性。当脱矿过程深入到牙本质时，牙本质胶原的内部和外部纤维间发生矿物质溶解，导致牙本质机械性能降低[21]。随着矿物质的丢失，胶原蛋白基质暴露于口腔，被来自生物膜中的细菌的胶原酶分解[22]，导致牙本质进一步脱矿。如果早期牙本质脱矿未进行相应的再矿化处理，病损深度和范围会继续扩大，最终形成大面积的牙本质龋损甚至累及牙髓。

3.1 TCP联合氟化物促进牙本质再矿化的依据 目前被广泛使用的再矿化剂大部分只能作用于牙体组织表层，并不具有胶原蛋白保护作用。例如，氟化物是一种对牙釉质脱矿有显著疗效的再矿化剂，但它没有内在的抑制胶原蛋白分解和增强胶原基质的能力，因此其虽然对表层牙釉质的再矿化有较好的疗效，但对减轻牙本质脱矿的作用并不显著。这就需要有针对牙本质脱矿的一种或多种物质共同作用发挥良好的再矿化效果，阻止病变的进展。国外学者[23]选取离体的非龋单根牙齿，取根中部三分之一在体外制备成牙本质脱矿模型后分组，分别对各组用不同的再矿化材料进行处理，采用横向显微成像和共聚焦激光扫描显微镜观察标本表面的损伤深度。结果显示，同时含TCP和氟化物组中的损伤深度和礦物质损失降低，表明TCP与氟化钠联合应用能够促进脱矿牙本质表面的羟基磷灰石晶体的形成，促进牙本质的再矿化。此前，Karlinsey等[24]在一项体外对照实验中利用扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDS）来观察经含TCP的氟保护漆——ClinproTM White Varnish氟保护漆（3M ESPE）处理后的脱矿牙本质形态和化学组成的变化，结果发现，经过处理后的牙本质小管间和牙本质小管内有类似牙本质结构的沉积物形成。说明这种含TCP的氟保护漆使病变的牙本质发生了再矿化，促进了继发牙本质的形成。

3.2 TCP+氟化物+原花青素（Proantho Cyanidins，PA）的联合应用 PA是一种天然的植物提取物，常见于水果和蔬菜中。PA对牙本质的生物调节具有强效作用，多年来常被用作胶原蛋白交联剂[25]。PA交联处理牙本质胶原能阻止胶原酶松解胶原蛋白三螺旋结构，从而提高牙本质胶原的抗酶解性能和力学性能的稳定性。钙离子与PA形成的化合物覆盖在金属基质蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）表面，进一步阻碍了牙本质的水解，从而增强牙本质的力学及抗外源性胶原酶酶解性能，阻止了牙本质的脱矿[26]。施桔红[27]通过测量牙本质表面显微硬度和表面显微结构，发现PA、氟化物和PA与氟化物联合应用均能使人工牙本质龋表面显微硬度增加，牙本质小管大部分封闭。说明PA能显著促进人工牙本质龋的再矿化作用，抑制牙本质龋的进展，但氟化物与其联合应用是否能增强氟化物的再矿化作用还需进一步探索。随着TCP与氟化物联合发挥再矿化作用的发展，有专家开始尝试将TCP、氟化物与PA联合应用，以增加其对牙本质的再矿化效果。Epasinghe等[23]用非龋离体牙制作牙本质标本，分别进行去离子水、TCP+氟化物、TCP+氟化物+PA和单纯氟化物处理，采用横向显微成像、激光扫描显微镜、X射线粉末衍射仪测定矿物质损失和损伤深度。研究结果显示，TCP+氟化物和PA组中观察到的牙本质损伤深度和矿物质损失最低。而且当循环溶液中加入高度纯化的Ⅶ型胶原酶时，TCP+F和PA组的胶原蛋白分解产物羟脯氨酸的释放量较TCP+F组和单纯氟化物组低，差异有统计学意义（P<0.05）。证明TCP+氟化物与PA的联合使用不仅不影响TCP和氟化物联合应用的矿物质形成，而且还促进了TCP与氟化物联合使用的再矿化作用和胶原蛋白的保护作用。

3.3 TCP+氟化物+硝酸银联合应用对牙本质再矿化的影响 硝酸银（AgNO3）是一种具有脱水作用和硬化特性的抗菌剂，20世纪初便被用于治疗龋病。由于AgNO3具有良好的抗菌性能，氟化钠具有良好的再矿化能力，随后便引入了硝酸银溶液与含氟化钠的保护漆联合应用来预防牙体组织脱矿。联合使用AgNO3溶液与氟保护漆的优势在于，氟保护漆可以防止唾液冲刷或稀释AgNO3，而且氟保护漆的粘接性能可以延长它在牙齿表面的接触时间，从而提高了氟的吸收，促进再矿化作用[28]。最近，Zhao IS等[29]对AgNO3溶液与氟保护漆联合应用在人造牙本质龋的再矿化作用进行了体外实验。采用X射线显微照相和羟脯氨酸分光光度法测定，结果表明，AgNO3+氟化物组的牙本质基质释放的羟脯氨酸浓度明显低于去离子水组（P<0.05）;扫描电子显微镜观察AgNO3+氟化物组牙本质表面形成球形颗粒簇，但去离子水组牙本质表面胶原蛋白暴露。随着以TCP为基础的再矿化材料的出现，Yu OY等[30]选择第三磨牙牙本质块为对象，使用变形链球菌的生物膜模型来制造人造龋齿损伤，分为4组，分别经过（1组）TCP+氟化物+AgNO3、（2组）氟化物+AgNO3、（3组）AgNO3、（4组）去离子水处理，采用微型计算机断层扫描（microCT）图像和扫描电子显微镜（SEM）观察牙本质龋标本损伤程度和表面形态，用FTIR光谱评估牙本质胶原降解程度，使用共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）研究生物膜中变形链球菌的存活力。结果表明1组～4组的牙本质损伤程度依次增加，1组和2组牙本质表面较3组光滑且平坦，4组中牙本质胶原暴露;1组、2组、3组中的变形链球菌计数显著低于4组（P<0.001）。说明AgNO3可以抑制变形链球菌生物膜在牙本质表面的生长，灭活蛋白质和酶，从而抑制了变形链球菌生物被膜对牙本质的降解。同时，TCP和氟化物的加入，可以增强AgNO3对牙本质的再矿化能力，且其对牙本质矿物质的降解比单独用AgNO3处理组明显减少。

4 以TCP为基础的再矿化材料的应用前景

早期龋的再矿化治疗已经成为目前越来越关注的话题，这类治疗无创、无痛，不仅可以降低患者的牙科恐惧，还能大大降低传统龋齿充填治疗的成本，可为广大龋易感人群所接受。以TCP为基础的再矿化体系具有良好的再矿化效果和生物安全性，可能成为未来治疗牙体组织脱矿的有效方法，具有良好的应用前景。目前，其已在产品如 ClinproTM Tooth Crème可美诺护齿霜、ClinproTM White Varnish 氟保护漆中应用。尤其是ClinproTM White Varnish氟保护漆以其色泽接近牙釉质，涂布牙面后隐形、美观、自然，而且具有操作简便快捷、使用前只需刷牙，无须严格隔湿和清洁便能够有效地黏附在牙面、流动性好、能渗透牙菌斑发挥作用等优势，被越来越多的口腔医生关注和应用。因此，这类以TCP为基础的再矿化材料有望作为氟化物的良好替代品促进脱矿的釉质再矿化，作为预防龋病发生的有效治疗药物。然而，以TCP为基础的再矿化材料预防牙本质脱矿的相关研究，目前仍处于体外实验阶段，尚未见临床应用，但这将是未来防龋制剂的一个发展方向，可能会带来良好的经济效益和社会效益，拥有良好的发展前景。

5 小结

以TCP为基础的再矿化体系在国外大量的基础实验和体外研究中都显示出了良好的再矿化能力，但目前体内实验及远期临床疗效研究较少，缺乏临床应用依据。尤其在国内的应用并不广泛，相关研究极少。近年来，越来越多学者开始关注这类材料对深层釉质和牙本质的再矿化效能，也取得了一些有效证据。以TCP为基础的再矿化材料在现有的少量临床研究中也体现了良好的再矿化效果，但其远期再矿化能力的大小和不良反应目前尚不明确。因此长期使用这类新型材料所产生的疗效和不良反应等尚待进一步的体内研究和长期的临床研究来证明。另外，硝酸银的应用可能会导致牙齿颜色的改变，因此，如何想办法改良各类材料的性能，增强它们的协同再矿化作用，避免不良反应的发生将是后期的研究中所要解决的问题。

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（收稿日期：2018-06-10 修回日期：2018-07-15）

（編辑：梁明佩）