​​文献循证-牙齿与骨形成蛋白（BMP）的关系

牙齿的医用价值，受到骨基质 BDM 及 BMP 的骨诱导性研究的启示,一些学者联想到了牙齿这一机体内与骨组织在组织形态学及形成过程最为接近的组织器官,那么牙齿是否也有这种诱导骨组织或牙本质形成的特性呢?牙齿内是否也含有与BMP类似的物质?这种物质与牙齿的生长发育有何关系呢?

Kawai及 Urist等人认为,从牙本质中提取出来的这种牙本质骨形成蛋白(DBMP)其实就是骨形成蛋白（BMP）,就如同从骨肉瘤中提出的BMP与骨组织中提取的BMP基本相同一样。

 

国外医学口腔医学分册 1992 年 第19卷第6期

牙齿与骨形成蛋白（BMP）的关系

作者单位:

第四军医大學口腔医学院

金岩综述、杨连甲审述

 

【摘 要】

本文回顾总结了多年来对于牙本质的骨诱导性的研究发现及发展过程,以及这种骨诱导性与骨形成蛋白(BMP)的关系,从而提出了牙本质骨形成蛋白(DBMP)这一概念。发现 DBMP 在牙齿及其发育形成过程中都有一定量的分布，体内、外实验中，DBMP 对牙乳头和牙髓中的未分化间充质胞都具有诱导分化并形成牙本质或(和)骨样牙本质的作用,从而提出了牙齿发育中诱导分化的新设想， BMP 在其中的作用,进一步提出了微环境学说在 BMP 诱导未分化问充质细胞分化中的作用及其意义。

自1965年以来, Urists等不仅发现脱钙骨基质具有骨诱导性,而且还发现部分骨肉瘤、骨软骨肉瘤等骨疾患中也具有在异位诱导骨组织生成的特性。经过长期的研究,终于从这些组织中提取出了一种具有高效骨诱导性的酸性多肽,即骨形成蛋白( bone morphogenetic protein,BMP）。BMP可以在软组织以及骨缺损中诱导未分化间充质细胞转化为软骨及骨母细胞,并进一步形成软骨及骨组织。目前已利用BMP的这一特性,将其用于临床修复患者的颌骨缺损、颌骨囊肿以及牙槽骨缺损等获得成功。受到骨基质 BDM 及 BMP 的骨诱导性研究的启示,一些学者联想到了牙齿这一机体内与骨组织在组织形态学及形成过程最为接近的组织器官,那么牙齿是否也有这种诱导骨组织或牙本质形成的特性呢?

牙齿内是否也含有与BMP类似的物质?这种物质与牙齿的生长发育有何关系呢?

 

【牙齿的骨诱导现象】

1957年，Schaffert首次将牙本质及牙骨质颗粒植入到狗及猴子的牙槽骨缺损区,证实了在植入颗粒的表面有骨组织沉积,他还发现颗粒小的植入物表面沉积的新生骨组织比颗粒大的要多。

1967年，Yeomans及 Urist一起将脱钙的牙本质分别植入到兔的下颌骨缺损、腹直肌及拔牙后牙槽窝,发现植入物可以诱导这些区域的血管周围未分化间充质细胞分化并形成软骨及骨组织。

1972年，Register等人将同种脱钙牙本质植入到患者的牙齦乳头中观察到了骨与骨样组织的生成现象。证实牙本质具有骨诱导能力。

1977年，Butter等人参照从骨基质中提取BMP的方法,将胶原及其它一些高分子量蛋白质从脱钙的牙本质中除去后,可得一种粗制的不溶性非胶原蛋白质,将这种蛋白质称之为牙本质基质蛋白(dentin matrix protein,DMP)或牙本质骨形成蛋白(DBMP)。

1986年，Inoue等人发现将同种牙本质脱钙后，在多个不同部位都可诱导出软骨和骨的形成。它發現以肌肉的反应最快且诱导生成的软骨和骨组织最多，其次是皮下组织、骨髓腔，最後是牙周韧带。

1989年，Kawai证实具有骨诱导性的牛DBMP的分子量介於15~28Kda(生物学中蛋白质的分子量单位)之间，其骨诱导的生成率为83%，而由下頜骨中提取的BMP其骨诱导生成率则为56%。因此可見再牙本質基質內的DBMP要比骨组织的BMP活性高。

1989年，Kawai及Urist 等人认为，从牙本質基質中提取出来的DBMP其实就是BMP，就如同从骨基质中提出的BMP基本相同一样。而从未萌出牙的硬组织中(包括脱钙的牙釉质、牙本质以及牙骨质)提取的DBMP具有最高的骨诱导生成率(83%),并且具有最高的骨生成量，而相比萌出牙的硬组织提取的DBMP的新骨生成率则为(71%)。这结果显示再牙齿发育形成过程中，牙胚组织中含有的丰富且具有高活性的DBMP。

1989年,第四军医大学口腔医学院杨连甲、金岩等人首次成功的制备了抗牛骨形成蛋白生物活性位点的单克隆抗体(bBMP-McAb),将bBMP-McAb作为第一抗体, 利用免疫组织化学的方法，观察牙齿发育中BMP在组织和细胞中的分布，从而阐明BMP与牙齿发育的关系。

【 DBMP 与 BMP 】

Kawai及 Urist等人认为,从牙本质中提取出来的这种DBMP其实就是BMP,就如同从骨肉瘤中提出的BMP与骨组织中提取的BMP基本相同一样。

杨连甲及金岩等人于1989年于国内外首次成功的制备了抗牛骨形成蛋白生物活性位点的单克隆抗体(bBMP-McAb),将bBMP-McAb作为第一抗体,用免疫组织化学染色观察,可以显示正常骨组织、骨肉瘤、软骨肉瘤等正常及异常状态下的BMP,将bBMP-McAb与BMP混合后再植入于小鼠肌肉陷凹内,发现bBMP-McAb可以封闭BMP的生物活性位点而抑制其骨诱导作用。

这些实验证实,bBMP-McAb是一种有效的检测BMP的标记及显示物。其后,他们又用 bBMP-McAb对牙齿及牙胚进行了观察,发现在萌出牙齿的牙本质中,尤其是前期牙本质、管周牙本质中含有丰富的BMP在未萌出的牙胚的造釉细胞、造牙本质细胞中都含有一定量的BMP。

他们认为,按照从骨基质中提取BMP的方法从牙本质中提取出的这种蛋白质(DBMP),具有与BMP相同的生物学特性及相近的分子量,用bBMP-McAb可以直接显示牙本质中的DBMP,以及牙齿形成过程中与成骨细胞具有类似功能的造釉及造牙本质细胞中的DBMP,因而这种DBMP与BMP在本质上是相同的,只是由于种族以及贮存部位的不同而使得分子量稍有差别。可以预测,今后如果能提取到纯度相对较高或单一的DBMP,并进一步进行氨基酸分析，有可能最终确定DBMP与BMP的关系。

【DBMP与牙齿发育的关系】

牙齿的发育以至形成,其实是一个复杂的以及连续的生物学过程,其中最主要的内容即细胞的诱导和分化。迄今为止人们对于这一诱导分化过程仍不是十分清楚。近年来, Nakashima等人证实了脱钙牙本质基质在牙髓露髓处可以诱导生成修复性牙本质以及骨样牙本质。

Kawai与Urist证实,用同样的提取方法从萌出牙的牙髓中提取出的蛋白无骨诱导性;在未萌出牙的牙髓(牙乳头)以及牙齿周围的软组织可以诱导较少量的骨形成,骨生成率为5%~18%,而从未萌出牙的硬组织中(包括脱钙的牙釉质、牙本质以及牙骨质)提取的DBMP具有最高的骨诱导生成率(83%),并且具有最高的骨生成量,相比萌出牙的硬组织提取出的DBMP的新骨生成率则为71%。结果显示牙齿发育形成过程中,牙胚组织中含有丰富且具有高活性的DBMP。

杨连甲等人用免疫组化的方法直接显示出了在牙胚发育过程中BMP的分布以及含量情况,结果显示,在牙板、帽状期冠部的内釉细胞、以及其后钟状期的造釉细胞、外釉细胞、造牙本质细胞中都含有丰富的BMP,并发现随着牙本质的形成,BMP直接沉积在前期牙本质中。同时发现,造釉细胞中的BMP含量总是较造牙本质细胞丰富,并在相对部位的造牙本质细胞出现前胞浆中就有BMP的存在。现在已可以肯定的是,在牙齿发育中生长中心处的造釉细胞先出现,以后由造釉细胞诱导相应部位的牙乳头表面的未分化间充质细胞转化为造牙本质细胞,并进一步形成牙本质。

杨连甲等人根据他们所观察到的实验结果推测,冠部(即生长中心处)的内釉细胞、尤其是成熟的造釉细胞首先合成及分泌BMP(或称DBMP),这种BMP在造釉细胞诱导造牙本质细胞形成的过程中起着相当重要的作用。

Lesot等人在体外实验中发现,将从牙本质基质中提取出的DBMP加入牙乳头培养皿中后,其中的未分化间充质细胞可以分化为造牙本质细胞样的细胞。高玉好等人也进一步证实了上述发现,他们将纯化的200μg牛BMP作为盖髓剂加入狗的牙髓露髓点处,3周后的组织学观察显示在盖髓处的牙髓可以形成牙本质及牙本质样组织。Smith在动物实验中也证实了上述的发现。

现在可以推测,造釉细胞具有合成及分泌BMP的功能,分泌出的BMP扩散至相应部位的牙乳头表面,并诱导牙乳头中的未分化间充质细胞分化为造牙本质细胞,成熟的造牙本质细胞也具有合成及分泌BMP的功能,造牙本质细胞在形成牙本质基质的同时也将其胞浆中的BMP分泌出来并沉积在牙本质基质中,这部分BMP对于今后牙齿形成及萌出后修复牙本质的损伤具有重要的作用。

 

【微环境学说】

BMP在肌肉组织、骨缺损区等组织及部位可以诱导未分化间充质细胞形成骨母细胞并产生出新生的与机体骨骼一致的骨组织,那么为什么在牙髓及牙乳头中可以诱导未分化间充质细胞形成造牙本质细胞并形成牙本质呢?目前尚不能清楚的解释这一现象。

Chalmers等人在观察了软组织中的骨诱导过程后,总结出了骨诱导过程能顺利完成所必需的三个条件,即:

1. 导物质(如BMP或其它骨基质、牙本质基质等诱导物质);
2. 未分化的具有潜在骨生成活性的受体细胞-靶细胞(靶细胞可能来自于分布在全身各部位的未分化间充质细胞);
3. 一个可以允许骨生成的良好环境(如肌肉、骨髓腔而不是肝、脾等)。对于这个环境因素, Chalmers认为,局部环境对于骨诱导过程可能具有一个从促进到抑制的影响范围。

Nathanson等人认为,不同的结缔组织细胞(即间充质细胞)都可以在诱导下进行基因表达而形成骨和软骨,但这种表达及转化并不是一个公式化的模式而可能要依赖或取决于局部条件。

Inoue等人发现,不论是在体内还是在体外实验中,骨诱导的成功非常有赖于局部微环境的作用,即允许一些调节因子在宿区或植入区发挥作用。

根据近年来国内外学者对于BMP骨诱导过程以及BMP的分布的观察结果.作者认为,未分化问充质细胞在特定的微环境中,在受到BMP诱导分化的同时,还受到其它因子或因素的作用。即这种微环境可以提供特定的一些未知因子影响骨诱导过程,使得未分化间充质细胞在不同的微环境状况下受到BMP诱导而向不同的方向转化,因而出现在牙髓及牙乳头中向造牙本质细胞转化,在牙周组织环境中向造牙骨质细胞及骨母细胞转化而形成牙骨质和牙槽骨的固有层等等。此外，作者还认为在这种微环境中，除了这些未知的调节因子外,其它因素如微循环、局部的解剖结构以及局部组织与细胞间、细胞与细胞间、基底膜与细胞间的相互接触都可以影响BMP的骨诱导过程。这些也应是今后的研究方向。

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