DSPP基因相关遗传性牙本质发育异常牙体硬组织研究进展

康素君，杜 芹△

(1.遵义医科大学口腔医学院，贵州 遵义 563000；2. 四川省医学科学院·四川省人民医院口腔科，四川 成都 610072)

遗传性牙本质发育异常以牙本质发育缺陷为特征，导致牙本质结构紊乱、异常增殖，牙釉质早期剥脱及牙本质的明显磨耗，患者早期出现牙髓根尖周炎症及牙齿缺失等，对患者的咀嚼能力及口腔美观有严重影响。该类疾病主要为常染色体显性遗传性疾病[1]，根据1973 年Shields等[2]的临床分类方法，将牙本质发育异常分为牙本质发育不全(dentinogenesis imperfecta, DGI)和牙本质发育不良(dentin dysplasia, DD)，其中DGI 分为三种亚型：DGI-I；DGI-II；DGI-III；DD 分为两种亚型：DD-I；DD-II。DGI-I主要是由Ⅰ型胶原蛋白α1链(collagen type I alpha 1，COL1A1)基因和Ⅰ型胶原蛋白α2链(collagen type I alpha 2，COL1A2)基因突变引起的牙本质发育不全伴成骨不全[3]。目前报道了 SPARC相关模块钙结合蛋白2(SPARC-related modular calcium-binding protein-2，SMOC2)[4]、膜泡分拣蛋白4B(acuolar protein sorting 4B，VPS4B)[5]及 SSUH2等[6]3个基因与DD-I相关。而牙本质涎磷蛋白(Dentin sialophosphoprotein，DSPP)基因被认为是DD-II、DGI-II及DGI-III的共同致病基因[7, 8]。此三类牙本质发育异常为目前临床中最多见的遗传性牙本质发育异常类型，其中DGI-II在人群中最为常见[7]。2015年，DSPP 基因突变所导致的 DD-II，DGI-Ⅱ和 DGI-Ⅲ三种疾病被认为归为一类疾病，按照牙本质病变严重程度分为轻度(DD-II)、中度(DGI-Ⅱ)和重度(DGI-Ⅲ)[7]。

目前针对DSPP基因突变所致牙本质发育异常的研究包括致病基因及突变机制的研究、临床表型及治疗相关的研究。本文就组织结构、元素含量及硬度等对DSPP相关遗传性牙本质发育异常的硬组织研究进展做一综述。

1 DSPP相关遗传性牙本质发育异常的临床表型

1.1 DGI-II又称遗传性乳光牙本质，乳恒牙均累及，牙冠明显磨耗，颜色改变多呈琥珀色半透明状，牙根短小，X射线显示牙髓腔体积缩小，根管细窄，该患病率为 1/8000～1/6000[2, 9]。

1.2 DGI-III又称“壳状牙”，最初仅发现于美国马里兰州白兰地族，故又称白兰地牙本质发育不全，但现在被认为是牙本质发育不全的严重表型，并不限定某一种族，乳牙和恒牙均受累，最突出的表现为患牙髓腔根管宽大，牙本质薄，呈壳状，伴有多发性露髓。该型表型为三种类型中最为严重[7, 8, 10]。

1.3 DD-II该型主要影响患者乳牙，乳牙外观与DGI-II 类似，恒牙少有受到影响，其外观大致正常，髓腔呈蓟管状伴髓石，为三种疾病中临床表型最轻的[8]。

2 DSPP相关遗传性牙本质发育异常致病基因及致病机制研究

DSPP基因编码DSPP蛋白，DSPP蛋白形成后裂解产生牙本质涎蛋白(dentin sialoprotein, DSP)和牙本质磷蛋白(dentin phosphoprotein, DPP)，在牙本质形成及矿化起重要作用[1, 11, 12]。该基因位于人类4号染色体，包含5个外显子，DSPP外显子1为非编码的，外显子2，外显子3，外显子4及外显子5的前部分编码DSP ，外显子5的余下部分编码DPP[10, 13]。人 DSPP 蛋白的主要结构是信号肽段(Met1 到 Ala15)、DSP段(Ile16 到 Gly462)、DPP段(Asp463 到 Asp1301)[11]。DSPP信号肽影响其蛋白质转运至内质网[10]，DSP 与 DPP 是牙本质中主要的非胶原蛋白[1]。DSP 是富含涎酸的蛋白多糖，有研究表明其参与调控牙本质矿化起始[10]。而 DPP 的高度磷酸化形式对钙的结合及羟磷灰石晶体沉积很重要，调节牙本质的矿化成熟[11, 14, 15]。目前已报道的 DSPP 基因突变位点已经超过 50 个[1]，包括位于信号肽及DSP编码区域的错义突变、无义突变和位于DPP编码区域的移码突变[1, 8, 14]。信号肽区的突变，会致使突变蛋白无法运输到内质网，影响其后续加工[10]。DSPP蛋白的第16位异亮氨酸(Ile)、17位脯氨酸(Pro)、18位缬氨酸(Val)称为“IPV”基序，位于此基序的突变均导致突变蛋白滞留于粗面内质网内而无法正常转运至胞外，DSP区的突变均可影响此基序[16, 17]。DPP区域仅有移码突变能够导致牙本质发育异常的发生，其近端的移码突变导致表型较轻的DD-II，而 DPP 区域远端的移码突变导致表型更严重的DGI-II及DGI-III[17～19]。

3 DSPP相关遗传性牙本质发育异常牙体硬组织研究

3.1 临床及X射线检查临床上通过拍摄根尖片、口腔全景片及口腔CBCT观察牙本质发育异常患牙的髓腔及根尖情况并辅助诊疗，离体患牙可应用Micro-CT构建三维结构，研究其内部结构及硬组织矿化密度的变化。

Turkkahraman等[20]发现DGI-II患牙髓腔形态、磨牙和前牙牙根形态改变。牙冠呈乳白色，颜色从浅灰色到棕色不等。全景片显示，相对于短而粗的牙根，牙冠呈球状，伴有颈部收缩。大多数牙齿的髓腔消失。Leal等[21]发现DGI-II患牙表现为：牙冠完全破坏的上颌乳牙以及萌出的恒牙为半透明和褐色着色，根尖片显示根管和髓室闭塞，伴有颈部缩窄。Porntaveetus等[22]发现患者在乳牙期表现出严重的DGI-II表型，包括深棕色乳白色的缺损牙本质、断裂的釉质和牙齿的快速进行性磨损。放射学上，DGI的牙齿显示球根状冠，颈部收缩，小而窄的牙根，大的牙髓腔和前牙根管，但后牙的牙髓腔和牙根管几乎消失。在髓腔中观察到钙化物质。矿物密度降低。唐瑭等[23]发现DGI-III患者全口牙齿颜色呈半透明乳光色，乳恒牙均严重磨耗；X射线发现牙本质明显变薄，牙髓腔呈“空壳”状。Lee等[24]发现DD-II型患者乳牙呈琥珀色变色，并有轻微至中度磨损，而长出的恒牙则正常，没有变色。全景片显示典型的蓟管状髓腔伴髓石。另一个DD-II型家系患者乳牙呈深棕色，严重磨损。恒牙的形状和颜色在大多数牙齿上都是正常的，但上颌前牙的舌侧表面在颈部等区域显示浅棕色。Li等[25]发现DGI-III患者牙齿变黄，严重磨损。全景片显示髓腔及根管异常扩大。DD-II患者尖牙出现琥珀黄色的变色和磨损，但其恒牙的颜色和形状均正常。根尖片显示所有牙齿的髓腔消失。

Park等[26]应用Micro-CT发现DGI-II患牙外部形态未见严重异常，只在颊切面上显示DGI-II样本有轻微的球根状和细长的根。三维图像显示一个不规则髓室，容量分析揭示了一个非常小的牙髓的体积。Turkkahraman等[20]对DGI-II患牙进行CT扫描分析发现磨牙的牙根较正常牙更粗更短，前牙的牙根较正常牙更细更短，髓腔体积较正常牙明显变小。韩安鹏等[27]发现DGI-Ⅱ患牙牙冠外形及牙根长度基本同正常牙，牙釉质表面可见凹陷孔隙，牙髓腔变小，根管缩窄，牙本质矿化密度降低。Davis等[28]通过X射线显微断层扫描研究发现，DGI-II患牙矢状面图像显示管状结构和牙本质空洞，在牙釉质交界处，牙釉质已与牙本质分离。在一些管状结构周围发现较高的矿化程度。对应牙髓的位置可见较大空泡状结构。牙髓看上去已完全消失，但可能仍存在相互连接的血管网络。大的牙本质小管和血管或血管的残留物的存在，可以为细菌从口腔提供途径，故患牙虽然有明显髓腔闭锁，但会发生根尖周炎症，这也为临床治疗带来了困难。

3.2 患牙的超微结构变化牙本质发育异常患牙的超微结构改变主要表现在牙本质及釉牙本质界，应用扫描电镜、偏光显微镜、原子力学显微镜等对牙体硬组织超微结构进行观察研究，能够认识这一疾病硬组织微观结构和物理性能的改变，为其临床预防与治疗，及其治疗材料的选择和研究提供依据。

3.2.1扫描电子显微镜 Leal等[21]观察DGI-II患牙扫描电镜发现其乳牙釉质存在裂隙，牙本质小管明显闭塞。Du等[29]发现DGI-II患牙扫描电镜显示牙本质小管排列稀疏，大小和形状极不规则，数量减少。Wieczorek等[30]发现DGI-II患牙牙釉质呈现出高度不规则的表面，并有许多裂纹和缝隙。部分釉质剥脱，牙本质中大的牙本质小管向不同的方向不规则排列。Park等[26]发现DGI-II型牙釉质形态无明显差异。牙本质小管不规则排列。李芳等[31]应用扫描电镜发现DGI-II患牙牙本质管形态不规则，排列紊乱，釉牙本质界不呈现扇贝样外观，考虑与牙釉质剥脱的现象相关。李强等[32]应用扫描电镜发现DGI-II患牙釉质存在裂隙，釉柱排列紊乱，而釉质牙本质分界缺乏连续的扇贝形嵌合，呈现弧度微小的波浪状，牙本质管排列不均匀，明显闭塞。席戈等[33]发现DGI-II患牙牙本质管数目明显减少，直径明显变小，排列不规则且存在闭锁情况。Levin等[34]报道，DGI-Ⅲ患牙的牙本质管数量相对于DGI-Ⅱ更少，DGI-Ⅲ患牙釉牙本质界(EDJ)形态呈直线状。

3.2.2偏光显微镜 作为一种光学各向异性材料的对比度增强技术，用于鉴定物质细微结构的光学性质。Turkkahraman等[20]应用偏光显微镜观察DGI-II型患牙硬组织天狼星红染色，分析其胶原纤维发现，牙本质显示出不规则且杂乱无章的胶原结构，牙本质与牙髓之间由胶原纤维形成的结缔组织构成。Davis等[28]应用偏光显微镜观察DGI-II患牙发现其釉牙本质界平直，失去扇形EDJ外观。在牙本质上可以看到一系列明显的变化，牙本质小管形态不规则，牙本质内存在大的空泡结构从罩牙本质下方开始到牙髓所在的区域，但并不连续。

3.2.3原子力学显微镜 原子力学显微镜作为一种检测物质表面纳米级结构的工具，在物理、化学、材料科学甚至生物学的发展中发挥着关键作用，通过测量探针尖端与被测材料表面原子之间的短距离力，获得材料表面的三维和纳米级成像，无需在样品表面进行喷金、脱水等可能造成部分信息的丢失的处理。

陆玉平等[35]应用原子力显微镜发现 DGI-II 患牙釉质羟磷灰石晶体表面粗糙，排列较正常牙稀疏，牙本质羟磷灰石晶体排列更致密，牙本质小管稀松，表面粗糙度变大。DGI-II患牙釉质牙本质界扇贝状结构凸度变小，釉牙本质界粗糙程度变大。推测可能是牙本质涎磷蛋白的改变，影响了其他牙本质相关的特异性蛋白的表达和分泌，或者是DSP或DPP的结构和数量的变化，最终导致了 DGI-II患牙表面粗糙度的增加。

3.2.4多光子显微镜 多光子显微镜是一种采用双光子激发荧光信号和二次谐波信号来解析厚样品特征的无创性影像学研究工具。优势包括三维成像及对活组织内部深处进行成像的能力，适合用来观察厚标本及活细胞。

陆玉平等[35]应用多光子显微镜发现 DGI-II 患牙的牙本质小管排列不规则，直径大小不一，无牙本质小管区域呈现增强的双光子激发荧光和二次谐波信号，釉质牙本质界扇贝状结构消失，呈直线连接。推测出牙本质小管由不规则的牙本质充填，其矿化程度低，有机质含量较高，高含量的有机质激发了强的双光子激发荧光信号和二次谐波信号。

3.3 患牙的元素含量改变钙、磷、碳、氧、镁为牙本质中含量较高的元素，其中钙和磷占比最高，钙磷比的异常提示了牙本质矿化的改变，各种元素含量变化表明矿化过程失衡，进而影响了牙本质的矿化成熟[36]。目前多数研究支持DGI-II患牙钙元素含量升高，镁元素含量降低 ，钙磷比值升高，可能与牙本质钙化程度较高，钙盐沉积增加，以及髓腔闭锁的临床现象有关。

3.3.1X射线能量色谱仪 是一种化学微量分析技术，用于样品元素的定性和定量分析，通常与扫描电镜结合使用。Qin 等[29]发现DGI-II患牙牙本质的钙含量显著高于正常牙本质，其他元素与正常牙无显著差异。Park等[26]应用X射线能量色谱仪分析显示野生型和DGI-II之间没有差异，除了DGI-II的Mg浓度较野生型低。李芳等[31]发现DGI-II患牙Mg元素的含量减少，Ca元素含量升高，Ca /P 值升高。推测在牙齿发育中，参与晶体形成的Mg与Ca互相竞争，其矿化过程中矿物离子的平衡被打破。李强等[32]发现DGI-II患牙的牙釉质中Ca元素浓度减少，Ca /P 比值降低；而牙本质中 Ca /P 值较正常牙无明显，推测牙釉质存在矿化不良。席戈等[33]发现DGI-II患牙牙本质中钠、锌、硫、钙含量明显升高，而镁、磷、氯含量显著降低。钙和磷变化不明显，但钙/磷比值显著升高，推测患牙钙化程度升高，促使钙盐沉积增加，最终导致髓腔闭锁及根管缩窄的临床表现。

3.3.2等离子体发射光谱仪 等离子体发射光谱仪具有灵敏度高，制样容易，不易污染，同时分析多种元素等优点，广泛用于体液、骨骼、牙体硬组织等物质矿物元素的定量分析。李长福等[37]应用等离子体发射光谱仪对DGI-II患牙进行化学元素分析。患牙Fe、Zn、Mn显著升高，Zn、Fe增加，Mg轻度减低，解释了此类患者龋坏率较低的现象，Ca/P比值明显高于对照组。推测出现患牙牙体组织严重磨损，并非牙本质的硬度降低，而是由于釉牙本质界无机晶体的含量及化学结构发生了某种变异，使釉质与牙本质间嵌和力下降，使釉质早期剥脱。

3.4 患牙的硬度分析研究表明DGI-II患牙牙本质硬度明显降低，而釉质的硬度变化并无定论。Park等[26]发现DGI-II患牙釉质显微硬度无明显变化，但牙本质显微硬度值明显小于正常牙。李强等[32]发现DGI-II患牙釉质硬度降低。席戈等[33]发现DGI-II患牙牙本质的显微硬度和弹性模量明显低于正常牙，较好地解释了牙本质发育不全患牙不耐磨的原因。Wieczorek等[38]发现DGI-II患牙牙釉质维氏硬度比健康牙小7倍，杨氏模量小6倍。是导致磨耗的主要原因。Mao等[39]发现DGI-II患牙牙本质的纳米硬度和弹性模量显著降低，对牙本质的磨损有显著影响。

4 小结

研究发现DSPP基因相关遗传性牙本质发育异常的病变主要表现在釉牙本质界和牙本质。牙本质的病变主要体现在牙本质管形态不规则，数目减少，排列紊乱，牙本质元素含量异常，硬度值明显降低。釉牙本质界可能为直线型，或呈弧度微小的波浪状。这些特征导致牙釉质早期剥脱及牙本质的明显磨耗，早期出现牙髓根尖周炎症，但髓腔的早期闭锁又进一步加大了牙髓治疗的难度。对该类疾病牙体硬组织变化的研究，有利于深入理解其牙体疾病的预防及早期治疗，减少该类患者的痛苦，提高其生活质量。