牙周上皮剩余的研究进展
发表时间：2011-07-08 浏览次数：665次
作者：席巧玲，陈 智，张 露 作者单位：口腔生物医学工程教育部重点实验室，武汉大学 湖北 武汉 430079
【摘要】 牙周上皮剩余作为牙周膜中的正常结构已成为目前研究的热点。早先认为牙周上皮剩余为非功能性细胞，但近来的研究发现牙周上皮剩余与牙周膜宽度的维持和牙骨质的形成等有关。本文就牙周上皮剩余的来源、组织结构特点、蛋白表达特征及其可能的功能作一综述。
【关键词】 牙周上皮剩余，上皮根鞘，牙骨质
AResearch advances on periodontal epithelial rest XI Qiao-ling, CHEN Zhi, ZHANG Lu. (Key Laboratory ofOral Biomedical Engineering of inistry of Education, Wuhan University, Wuhan 430079, China)
[Abstract] The cells of periodontal epithelial rest are the only odontogenic epithelial cells presenting in periodontal ligament, but the exact function of periodontal epithelial rest is still unknown. It has been speculated that they have no physiological significance but only a pathological role in periodontal ligament. However, more recent investigations have shown that periodontal epithelial rest has been involved in the maintenance of the periodontal ligament space and cementum formation. The following discussion of embryological origins, morphological characteristics, protein expression and possible roles of periodontal epithelial rest was presented in this review.
[Key words] periodontal epithelial rest; epithelial root sheath; cementum
早在1817年，Serres首次采用“成釉器残余”一词描述了牙周膜中牙周上皮剩余(periodon-tal epithelial rest)这一结构，并认为这些上皮细胞逐渐凋亡，在成年牙周组织中几近消失。1885年，由Malassez首次描述了牙周上皮剩余细胞及其分布，并从成年人牙的横向及纵向切片上发现牙周上皮剩余成围绕牙根的网状结构，于是这一结构被命名为Malassez上皮剩余(epithelial cell rests of Malassez，ERM)[1]。现在国家科技名词委员会将其更名为牙周上皮剩余。牙周上皮剩余作为牙周膜中的正常结构，终身存在于靠近牙骨质的牙周膜中。作为牙周膜中唯一的牙源性上皮细胞，牙周上皮剩余在维持牙周膜宽度及促进牙骨质形成方面的作用值得关注。
1 牙周上皮剩余的胚胎来源
牙周上皮剩余形成于牙根发育过程中，是上皮根鞘(epithelial root sheath，ERS)的残余。当牙冠形成后，成釉器的内釉上皮和外釉上皮在颈环处融合，继而根向伸长，形成双层细胞构成的套筒样结构，即ERS，随后沿着未来的牙本质牙骨质界增殖，牙根开始发育。ERS由连续的基底膜包裹，当牙乳头细胞穿过ERS内层基底膜与内层上皮细胞接触后，被诱导分化为成牙本质细胞，开始分泌牙本质基质。一旦最外层的牙本质基质开始矿化，相邻的ERS的连续性即遭破坏，外层细胞首先离开牙根面并发生断裂，使外侧牙囊中的间充质细胞穿过裂解后的空隙，与新形成的牙本质外层接触，接着成牙骨质细胞被分化出来，在根部牙本质表面形成牙骨质。随着ERS的裂解，一些来自于ERS残余片段的细胞再次被基底膜包绕，形成牙周上皮剩余。
2 牙周上皮剩余的特点
2.1 分布特点
牙周上皮剩余位于牙周膜中靠近牙骨质，其三维空间结构呈鱼网状围绕着整个牙根分布，多集中在牙颈部及根分叉区。在根尖部细胞性牙骨质形成过程中，有一部分牙周上皮剩余细胞被包入牙骨质中，研究发现这部分牙周上皮剩余细胞处于凋亡状态[2]。从根颈、根中和根尖3处测量牙周上皮剩余与牙骨质之间的平均距离分别为41、33、21 μm，呈现出自根尖向牙冠远离根面的趋势[1]。Becktor等[3]在对人第三磨牙牙周膜中牙周上皮剩余分布的研究中发现牙周上皮剩余在牙根未完全形成时的数量较多，牙根完全形成后减少。Wesselink等[4]曾报道小鼠磨牙牙周膜中牙周上皮剩余的数量随着年龄的增长而逐渐减少。
2.2 组织学及超微结构特点
光镜下牙周上皮剩余表现为由单个或多个圆形或卵圆形细胞组成的团块或条索状结构，细胞核浓染，细胞质少，细胞核细胞质比例大。透射电镜下可观察到牙周上皮剩余外侧由基底膜包裹将其与周围组织分开，牙周上皮剩余细胞与细胞间为桥粒连接，细胞核不规则，内有浓缩的异染色质和1～2个不发达的核仁。细胞质中有大量的张力丝，富含线粒体，而粗面内质网较少，提示牙周上皮剩余细胞处于静止期。通过张力丝和桥粒连接可以将牙周上皮剩余与牙周膜中的成纤维细胞和成牙骨质细胞区分开来。Cerri等[5]通过电镜观察发现在有些正常牙周上皮剩余细胞的中心可看到圆形或卵圆形的凋亡小体，小体中含有形状各异的微小不透光团块，结合苏木精-伊红染色及末端转移酶标记技术标记发现，发育中和成年大鼠的牙周上皮剩余细胞具有典型的凋亡特性。
2.3 蛋白表达特点
牙周上皮剩余可以表达许多不同类型的蛋白，而蛋白大致分为以下几类：细胞角蛋白(cytokera-tin，CK)、神经肽、细胞外基质以及细胞表面蛋白。对人、猴和牛等的牙周上皮剩余的研究发现，牙周上皮剩余能够表达多种CK，比如CK-1、CK-5、CK-8、CK-10等[6-7]。Luan等[8]通过建立CK-14的转基因小鼠模型发现在牙根表面及牙周组织结构中仅ERS和牙周上皮剩余细胞表达CK-14转基因，其他如根部牙本质、牙槽骨、牙髓、成牙本质细胞及牙周膜成纤维细胞均不表达，提示CK-14是ERS和牙周上皮剩余的标记物。牙周上皮剩余表达的神经肽主要包括降钙素基因相关肽(calcitonin gene-related peptide，CGRP)、P物质(substance P，SP)、血管活性肠肽(vasoactiveintestinal peptide，VIP)、酪氨酸激酶受体A(tyro-sine receptor kinase A，TRKA)和甲状旁腺激素相关蛋白(parathyroid hormonerelated protein，PTHrP)等[9-11]。同时牙周上皮剩余也能表达大量的细胞外基质蛋白、生长因子和细胞因子等，比如釉原蛋白(amelogenin)、釉蛋白(enamelin)、骨桥蛋白(osteopontin，OPN)、骨形态发生蛋白(bonemorphogenetic proteins，BMP)-2和-4等[12-14]。
3 牙周上皮剩余的功能
目前对牙周上皮剩余的确切功能认识还不深入。已有研究表明，牙周上皮剩余可能引起牙根部及颌骨的囊肿和肿瘤。近年来学者们通过对人或猪牙周上皮剩余的体外分离培养[13-15]，建立大鼠牙骨质修复模型[16]，去除大鼠前牙槽神经[17]等方法，对牙周上皮剩余的细胞形态变化和蛋白表达等进行了研究，发现牙周上皮剩余仍有较强的功能性活动，在防止牙根表面吸收，维持牙周膜宽度，防止牙与牙槽骨粘连以及调控成牙骨质细胞分化等方面起重要作用。
3.1 形成囊肿和肿瘤
牙周上皮剩余的增殖可导致牙源性的囊肿和肿瘤的发生。炎症性牙源性囊肿如根尖周囊肿主要是由于牙周上皮剩余受到炎症刺激后的增殖导致。根尖周炎中，由宿主细胞释放的炎症介质和促炎细胞因子诱导原本静止状态下的牙周上皮剩余增殖[18]。增殖的上皮团块中心部分由于营养障碍，液化变性，渗透压增高吸引周围组织液，进而发展成囊肿等一系列病理过程。而对发育性牙源性囊肿如牙源性角化囊肿和牙周上皮剩余来源的肿瘤如成釉细胞瘤和牙源性鳞状细胞瘤等的发病机制认识尚不深入。Grachtchouk等[19]研究认为，由牙周上皮剩余来源的角化囊肿的发生可能与hedgehog(Hh)信号通路的异常有关。
3.2 维持牙周膜宽度
早期对猪牙周上皮剩余的体外研究发现牙周上皮剩余细胞分泌地诺前列酮和骨吸收因子，提示牙周上皮剩余可能通过抑制骨性结合的发生来维持牙周膜宽度[20-21]。Fujiyama等[17]通过切断大鼠前牙槽神经发现牙周上皮剩余团块的分布及大小于术后开始减少，相应部位的牙周膜宽度也变窄，破骨细胞与破牙骨质细胞明显减少，而术后10周伴随牙周上皮剩余的再生，相应部位的牙周膜宽度又增加，提示牙周上皮剩余的减少可能导致牙周膜中抑制骨化的因子减少，从而使得相邻的牙槽骨不断向牙周膜方向生成，最终导致牙周膜宽度丧失，牙与牙槽骨粘连。
另外在实验性牙再植中，在再植牙成活的牙周膜区域都会发现牙周上皮剩余的存在;相反，如果再植牙的牙周膜中没有牙周上皮剩余，牙周膜就会变窄，提示牙周上皮剩余在维持牙周膜宽度中起一定作用[22]。
3.3 促进牙骨质的形成
到目前为止，牙骨质的发生机制尚存在较大分歧。当牙骨质形成时，ERS上皮细胞和牙囊间充质细胞都位于牙根表面，因此就出现了两种牙骨质来源学说。传统观点认为牙骨质来源于间充质，牙囊间充质细胞穿过ERS后分化为成牙骨质细胞，开始分泌牙骨质基质;另一观点则根据釉质与牙骨质蛋白免疫学上的相似性认为牙骨质来源于上皮[23]。作为ERS的残余，牙周上皮剩余一方面可能通过分泌一些骨或牙骨质相关蛋白直接参与牙骨质形成和修复，另一方面有可能发生上皮-间充质转化(epithelial-mesenchymal transfor-mation，EMT)来间接参与牙骨质的形成与修复。
研究人员对釉质基质蛋白和牙骨质形成之间的关系进行了研究，发现牙骨质的形成与釉质基质蛋白有关。体内研究证实，ERS细胞表达釉原蛋白mRNA[24]，并且还分泌釉蛋白[25]，提示ERS可能通过分泌釉质基质蛋白来诱导牙骨质发育。Fong等[12]通过原位杂交及免疫组织化学方法发现牙周上皮剩余也可以表达釉原蛋白和釉蛋白，但是有一定的区域限制。位于细胞性牙骨质和牙本质分界处的牙周上皮剩余细胞表达釉原蛋白，而不表达釉蛋白;位于细胞性牙骨质基质中的牙周上皮剩余细胞既表达釉原蛋白又表达釉蛋白;而位于细胞性牙骨质表面的牙周上皮剩余细胞二者均不表达。通过体外分离培养牙周上皮剩余细胞证实人牙周上皮剩余细胞强烈表达釉原蛋白，碱性磷酸酶(alkaline phosphatase，AKP)和OPN，且opn mRNA的表达量明显高于成纤维细胞。猪牙周上皮剩余细胞也表达opn mRNA，但是不表达AKP[13-15]。Hasegawa等[16]发现在实验性牙骨质修复早期阶段，牙周上皮剩余表现为OPN和成釉蛋白(ameloblastin)免疫阳性。这些结果提示牙周上皮剩余可能通过表达一些骨或牙骨质相关蛋白来参与牙骨质的形成。
近来一些研究发现，ERS细胞可能发生了上皮-间充质转化，分化为成牙骨质细胞的前体细胞。Sonoyama等[26]将转化生长因子(transforminggrowth factor，TGF)-β1诱导的ERS细胞植入小鼠皮下，发现该区有牙骨质样组织形成，其机制可能是TGF-β1通过磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B通路使ERS细胞由上皮向间充质转化而形成了牙骨质细胞。Mouri等[14]通过体外培养发现人牙周上皮剩余细胞表达BMP-2和BMP-4，Hasegawa等[16]也在研究中发现靠近牙根吸收处的牙周上皮剩余细胞BMP-2表达阳性，这表明牙周上皮剩余细胞可能与周围的未分化间充质细胞相互作用来参与牙骨质修复。在牙骨质修复早期阶段，牙周上皮剩余细胞增殖细胞核抗原(proliferating cellnuclear antigen，PCNA)表达强阳性，提示牙周上皮剩余细胞增殖，但是没有观察到细胞数量的增加，说明增殖的牙周上皮剩余细胞可能发生了上皮间充质转化，间接参与了牙骨质的修复。
4 结束语
综上所述，在体外和体内研究中都表明牙周上皮剩余具有较强的功能性活动，尤其在维持牙周内环境的稳定以及牙骨质的形成和修复方面发挥重要作用，对牙周组织再生有着重大意义。但是这些功能仍然需要从分子生物学和细胞生物学等方面来进一步验证，其功能发挥的具体机制也需要进一步研究，从而为组织再生工程提供理论依据。
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