甲状旁腺素及其相关蛋白对正畸牙根吸收后修复相关细胞的作用
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[摘要]牙根吸收作为正畸治疗中不可避免的并发症已被越来越多的正畸医生所关注。正畸牙根吸收和修复机制复杂，近年来，学者们对甲状旁腺素及其相关蛋白（PTH和PTHrP）应用于牙根的吸收和修复进行了研究。本文就PTH和PTHrP的基本作用，PTH和PTHrP对牙骨质细胞的作用、对牙槽骨细胞的作用、对牙周膜细胞的作用等研究进展作一综述。
[关键词]甲状旁腺素；甲状旁腺素相关蛋白；牙根吸收；牙根修复；细胞
[中图分类号]Q 51[文献标志码]A[doi]10.3969/j.issn.1673-5749.2012.03.026
Effects of parathyroid hormone and parathyroid hormone related protein in the related cells of tooth repairLiu Lin1, Wang Shengyu2, Yuan Xiaoping1.（1. Dept. of Orthodontics, The Affiliated Hospital of Stomatology, Luzhou Medical College, Luzhou 646000, China; 2. Dept. of Stomatology, The Affiliated Hospital of Gansu Chinese Medical College, Lanzhou 730000, China）
[Abstract]As the unavoidable concurrent disease in orthodontic treatment, root resorption has captured the attention of orthodontists. The parathyroid hormone（PTH）and parathyroid hormone related protein（PTHrP）have been used in orthodontic treatment by scholars in order to find the mechanism of tooth resorption and tooth repair which are complicated. This paper reviews the basic effect of PTH and PTHrP, also summarizes the machnism of PTH and PTHrP affect the cementoblast, alveolar bone cells and periodontal ligament cells.
[Key words]parathyroid hormone；parathyroid hormone related protein；root resorption；root repair；cell
正畸力在促使牙移动的过程中，会不可避免地诱发不同程度的牙根吸收。目前，临床上对正畸力引起的牙根吸收尚无有效的预防措施，而如何减少牙根吸收或者促进牙根吸收后的牙根修复是每一位正畸医生期待解决的问题。牙根修复是从骨吸收陷窝邻近的正常牙周组织开始形成新的牙骨质和牙周膜，以修复被破坏的组织部分[1]。吸收后的牙根修复相关的细胞包括成牙骨质细胞（cementoblast，CB）、成骨细胞（osteoblast，OB）、牙周膜成纤维细胞（periodontal ligament fibroblast，PDLF）和间充质干细胞。本文就甲状旁腺素（parathyroid hormone，PTH）和甲状旁腺素相关蛋白（parathyroid hormone related protein，PTHrP）的基本作用及其对牙骨质、牙槽骨和牙周膜三部分细胞的作用及其机制作一综述。
1PTH和PTHrP的基本作用
PTH是生物体内调节钙和磷代谢的一种重要因子，由甲状旁腺主细胞分泌。PTH具有的明显的成骨作用，主要在于其N端活性片段保留了全部的成骨活性，因此，对PTH的结构研究主要集中于其N端。PTHrP是从一种与高钙血症相关的恶性肿瘤组织中分离出的具有全身作用的体液因子，由于其与PTH在编码基因、分子结构和受体功能上有诸多相似之处，故称为PTHrP。PTH和PTHrP除具有调节钙和磷代谢的功能外，还可以有效地促进OB或未成熟的成骨样细胞增生[2]。在口腔医学领域，PTH和PTHrP的作用有：1）促进成牙本质细胞分化，促进牙齿发育；2）抑制牙周炎性的牙槽骨吸收[3]；3）促进髁突软骨细胞增殖。此外在软组织方面，PTH和PTHrP还可能与涎腺的形态结构及功能有关。
在牙周组织细胞中，PTH和PTHrP除能诱导牙周细胞的分化、增殖和程序性死亡外，还能调控硬组织改建、重塑的重要因子骨保护蛋白（osteoprotegerin，OPG）和核因子-κB受体活化因子配体（receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL）[4]。RANKL表现为与其受体核因子-κB受体活化因子（receptor activator of nuclear factor-κB，RANK）结合后可激活破骨细胞的分化、增殖，抑制破骨细胞程序性死亡。OPG可竞争性地抑制RANKL与RANK的结合，抑制破骨细胞的分化、增殖，诱导成熟的破骨细胞程序性死亡。
2PTH和PTHrP对CB的作用
CB分布于邻近牙骨质的牙周膜中，平铺于牙根面上，在牙骨质形成时近似立方状。在吸收后的牙根修复时，CB主要表达与矿化相关的蛋白质，如骨钙蛋白和骨涎蛋白等，分泌基质形成钙化结节，形成牙骨质；因此，CB是决定这一环节的基础细胞。Tenorio等[5]认为，CB与牙槽骨细胞具有相同的性质，而且对PTH的敏感度也相近。Ouyang等[6]在对PTHrP作用于永生鼠类细胞群中提取的含有CB的亚克隆体，被猴病毒（simian virus，SV）40T抗原永生化的CD1型鼠下颌第一磨牙牙根表面的SV-CB和牙周膜细胞，钙代谢调节剂标志的转基因小鼠CB等三个细胞群的研究中发现，CB可以表达PTHrP受体mRNA；而且，PTHrP在环腺苷酸循环充当递质起促进作用，CB在形成过程中可与PTHrP结合，PTHrP对其形成有重要的调节作用。Kitahara等[7]发现，在pth基因缺陷的小鼠牙周组织中缺少PTH和PTHrP，小鼠表现出牙骨质与牙槽骨的粘连和牙萌出障碍。他们认为，PTH和PTHrP作用于CB并通过细胞内矿化相关基因的表达，来影响参与牙骨质的形成过程并使细胞沉积矿化至生理需要，以利于牙根的修复。Boabaid等[8]认为在乳恒牙的替换，PTHrP通过CB影响OPG/RANK系统的平衡，以此促进破骨细胞生成、乳牙根吸收和恒牙萌出。原癌基因（junB）是PTHrP作用于CB关键的调控因子，最终调控着CB的增殖和活性[9]。
3PTH和PTHrP对牙槽骨细胞的作用
牙槽骨OB的鉴定，主要根据OB的特异性分泌蛋白，例如碱性磷酸酶（alkaline phosphatase，AKP）、骨钙蛋白、Ⅰ型胶原蛋白以及OB体外矿化的功能特征。其功能主要表现为合成和分泌骨基质，产生独特的矿化结节，促成基质矿化形成骨组织。OB还参与调节破骨细胞性骨吸收，例如大剂量、持续地给予OB一定的PTH，可促进骨吸收；间歇地给予OB小剂量的PTH，则促进骨形成[10]。Locklin等[11]发现：用PTH刺激C57BL/6小鼠来源的骨髓细胞间隙以及连续4 d刺激其骨髓细胞，间隙刺激组OB分化核心结合因子-α1、AKP、Ⅰ型胶原蛋白增加，连续组则见大量破骨细胞；胰岛素样生长因子-1虽然在间隙刺激前后没有明显的增加，但仍明显高于连续组；而且，连续刺激组RANKL增加，OPG降低，RANKL与OPG的比值是间隙刺激组的25倍。他们还发现，给予间隙PTH，不但具有直接刺激OB分化增殖的作用，还可间接地通过增加骨内胰岛素样生长因子-1的mRNA的质量分数来促进OB分化。
Misiorowski[12]认为，小剂量的PTH增加骨组织的新陈代谢，可能缘于其对OB的作用较破骨细胞的作用强，进而促进了新骨的形成。即小剂量的PTH对OB的调节机制可能为：1）抑制OB程序性死亡；2）促进OB的分化和增殖；3）调节OB的自分泌与旁分泌。现已证实[13]，PTH活化腺苷酸环化酶（参与活化蛋白激酶A信号转导通路）和磷脂酶C（参与活化蛋白激酶C信号转导通路），而且都是通过与G-蛋白偶联受体结合完成的。Berry等[9]还认为，PTHrP在OB细胞核内是通过转录因子激活蛋白-1作为信号通路起作用的。黄生高等[14]在以RT-PCR检测0、0.01、0.1、1nmol·L－1的PTHrP作用于人成骨样细胞及牵张力作用下PTHrP对人成骨样细胞增殖的影响时发现：随着PTHrP浓度的增加，其促MG-63细胞增殖的作用增强；牵张力可明显地影响人成骨样细胞pthrp mRNA的表达，PTHrP在牵张力环境下较单独牵张力具有更强地促MG-63增殖效应，牵张力作用环境下的PTHrP可能通过c-fos信号传导途径影响OB的增殖。这就提示在正畸治疗时，一定范围内的矫治力配合注射小剂量的PTH或PTHrP，可能有利于牙槽骨的修复改建。
4PTH和PTHrP对牙周膜细胞的作用
4.1PDLF
PDLF是牙周膜中数量最多和功能最重要的细胞，不仅参与胶原蛋白的合成与吸收，还与基质的形成有关。PDLF不仅在牙周再生的再附着过程中具有重要作用，还可分化为OB和CB，具有矿化能力。这与其存在异质性和有多向分化潜能有关。在牙周组织重塑过程中，PDLF的优先迁移及增殖是牙周组织再生成功的首要条件。J覿ger等[15]对牙根吸收后早期修复的细胞内外影响因素的研究中发现：在早期牙根的修复中，具有PDLF表型的细胞起着主导作用，而OB表型细胞的作用则较小；包括PTH在内的多种细胞因子，均可通过不同的生物学机制调控PDLF。李茵等[16]在运用微点阵分析评估和即时PCR对持续24 h施加及未施加生物力时发现，施加生物力后，人PDLF的炎性相关递质如白细胞介素（interleukin，IL）-1β、6、8以及肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α、β，干扰素-γmRNA的表达明显高于对照组。即持续的生物力（如正畸矫治力）可通过调控炎性递质的表达来影响PDLF的重塑。Lossd觟rfer等[17]对牙周膜细胞间歇性地施加PTH刺激，时间分别为0、1、3、6、24 h，48 h为一个周期，连续三个周期。半定量PCR和免疫测定显示：PDLF的合成增加，AKP活性增强，然而钙调蛋白、OPG在转录及翻译水平的量均下降；且在牙周膜细胞合成的前期，PTH减少牙周膜细胞的增殖，但其可增加牙周膜细胞的分化及促进OPG的表达。他们认为，PTH对RANKL几乎没有影响。该结果与PTH作用于成骨样细胞MG-63相近，因此推测PTH不仅对牙周膜内环境的稳定起着调控作用，也可对牙根修复起一定的调节作用。
4.2牙周膜间充质干细胞
牙周膜间充质干细胞（periodontal ligament mesenchymal stem cell，PDLSC）是牙周膜中另一重要的细胞，间充质干细胞是牙周膜中新生细胞的来源。PDLSC可分化为牙骨质、牙槽骨和牙周膜样组织。用发育中的根尖部牙胚条件培养基提供的生物学信号，可诱导PDLSC向成牙骨质样细胞分化，形成牙骨质[18]。Casado-Diaz等[19]通过同剂量不同片段的PTHrP作用于间充质干细胞发现，PTHrP-1～36有促进成骨和抑制成脂肪作用，而PTHrP-107～139则正好相反，有促进成脂肪和抑制成骨作用。这也充分证实了，PTH和PTHrP的N端片段具有成骨性。PTH和PTHrP对间充质干细胞的作用同样与剂量及作用时间有关：间歇性给药有利于骨髓间充质干细胞的增殖，然而连续大剂量给药则抑制骨髓间充质干细胞向OB方向分化。在颌骨发育过程中，PTHrP可以刺激间充质干细胞向OB分化，其在膜内骨化期间可改变从间充质干细胞发育来的OB的分化和增殖[20]。Lossd觟rfer等[21]发现，PTH可诱导PDLSC形成OB，且其对低年龄组的诱导作用更强，随着年龄的增大，其形成OB的作用逐渐减弱。
5展望
PTH和PTHrP对牙根吸收后修复还存在着以下问题：1）现多为PTH和PTHrP对与体内具有相同表型特征的体外单一细胞系研究；2）PTH和PTHrP的双向调节机制，PTH和PTHrP对牙根修复细胞的最适剂量还有待研究；3）PTH和PTHrP对牙根吸收和修复的机制还不清楚。这些问题的解决将有助于PTH和PTHrP应用于正畸牙根吸收后的修复。
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