張 靜 綜述，張 勤劉 紅 審校

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基質(zhì)金屬蛋白酶及其抑制劑與正畸源性牙根吸收的研究進展

張 靜1綜述，張 勤2劉 紅2審校

（1.新疆醫(yī)科大學中醫(yī)學院 新疆 烏魯木齊 8300002；2.新疆醫(yī)科大學附屬中醫(yī)醫(yī)院口腔科 新疆 烏魯木齊 830000）

基質(zhì)金屬蛋白酶是廣泛存在于全身各組織中的高度保守的內(nèi)切酶,在細胞外基質(zhì)降解中發(fā)揮重要作用。近年來越來越多研究證實其參與了正畸源性牙根吸收。本文就牙根吸收的分子生物學基礎(chǔ)以及基質(zhì)金屬蛋白酶及其抑制劑與正畸源性牙根吸收關(guān)系的研究進展做一綜述。

基質(zhì)金屬蛋白酶；基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑；正畸源性；牙根吸收；研究進展

正畸治療是指牙齒與頜骨接受矯治后，牙周膜、牙槽骨在機械力誘導下發(fā)生一系列生物學反應包括生理、生化的生物特征性變化，牙周組織會發(fā)生更新與改建，使牙齒得以移動到新的位置，最終實現(xiàn)矯治目的[1]。然而，正畸治療的并發(fā)癥卻是不容忽視的,例如導致牙根吸收，引起牙齒松動度增加，牙齒疼痛，牙髓炎癥反應性疼痛，齒槽嵴高度降低等副作用[2]，其中最嚴重的是引起不同程度的牙根吸收[3]。牙根吸收可能涉及很多因素，關(guān)于根吸收細胞因子方面的研究逐漸增多。有研究證實，破牙骨質(zhì)細胞是引起牙根吸收最主要的細胞，它分泌的基質(zhì)金屬蛋白酶(matrixmetallo-proteinase，MMPs)通過溶解牙骨質(zhì)中的非鈣化有機質(zhì)導致牙根吸收[4]。MMPs屬于含有鋅離子的內(nèi)肽酶，其活性被蛋白酶抑制劑所抑制，本研究就二者與正畸性牙根吸收的相關(guān)性以及其在此過程中發(fā)揮的作用，試圖為臨床防治牙根吸收提供新思路。

1 正畸性牙根吸收

正畸性牙根吸收(root resorption associated with orthodontic force,RRAOF)是伴隨正畸牙移動而產(chǎn)生的牙根外部從根尖部分開始發(fā)生的外形永久性喪失，屬于一種比較常見的、不可預知的并發(fā)癥[5]。有大量研究證實牙根吸收有20%～100%[6]的發(fā)病率，其中重度牙根吸收為1.3%，且92.6%在上前牙中發(fā)生[7]。單純的牙根表面吸收（即牙骨質(zhì)吸收）對牙齒無不良影響，如果吸收超過牙骨質(zhì)的修復能力，就會發(fā)生牙根吸收。但如果吸收侵及根部牙本質(zhì)，會出現(xiàn)牙根尖部變圓鈍，牙根變短，即牙根尖部吸收，這種根吸收的危害較大，致使牙根長度縮短，冠根比例失調(diào)，穩(wěn)定性降低，造成不可逆的損害，而進行性根吸收甚至會導致牙齒松動和脫落。

在正畸治療過程當中，牙周膜細胞、骨組織細胞以及細胞因子是牙齒移動、牙周組織發(fā)生改建的主要始動因子[8-9]。牙齒矯正施力將牙周膜分為受壓側(cè)與張力側(cè)，在牙周膜壓力側(cè)存在循環(huán)障礙，形成無細胞透明帶，破骨細胞分化發(fā)揮功能，致牙槽骨吸收；張力側(cè)血管擴張，成骨細胞分化發(fā)揮功能，使得牙槽骨增生，正畸移動牙齒就是利用該特性使錯合畸形的牙齒得到矯正[10-11]。牙周膜包繞在牙根表面，它是連接牙齒與周圍骨組織的特殊組織，同時也為牙骨質(zhì)與牙槽骨的分界線。牙周膜細胞負責骨形成，骨吸收,膠原纖維的合成與降解，和牙骨質(zhì)的形成和吸收。牙周膜的完整性遭到破壞會影響牙根吸收，可能是牙根喪失了牙周膜的保護能力導致[12]。發(fā)生在根尖部的牙骨質(zhì)破壞不可再生，而表面的牙骨質(zhì)卻是可以修復的[13]。Sasaki[14]認為正畸力引發(fā)的牙根吸收是一系列無菌性炎癥過程,類似于骨吸收，是一個由各種細胞和多個因子共同參與并且協(xié)調(diào)作用的相對復雜的過程。有研究結(jié)果表明，炎癥因子白介素-1、白介素-6、腫瘤壞死因子等均在牙根吸收組織中表達，并證實它們促進牙根吸收[15]。另有資料證實，在破骨細胞性骨吸收過程中，MMPs是溶解骨膠原的關(guān)鍵酶[16]。

2 基質(zhì)金屬蛋白酶

基質(zhì)金屬蛋白酶是含有鋅離子高度保守的內(nèi)切酶，廣泛分布于全身各種組織中，參與降解牙周膜組成成分之一的細胞外基質(zhì)[17]，也是一與牙周組織破壞有關(guān)的蛋白質(zhì)。人體許多生理和病理過程都有基質(zhì)金屬蛋白酶的參與,例如牙周炎，根尖周炎，類風濕，組織的修復和發(fā)育、傷口的愈合、癌癥的發(fā)生發(fā)展、炎癥反應等。

2.1 基質(zhì)金屬蛋白酶分類：迄今為止，已經(jīng)檢測到24種不同的蛋白酶，其中23種在人類中表達[18]。將基質(zhì)金屬蛋白酶依據(jù)底物的特異性分成以下幾組。1）膠原酶：MMP-1，MMP-8，MMP-13.2）明膠酶：MMP-2和MMP-9.3）溶基質(zhì)素：MMP-3和MMP-10.4）溶基質(zhì)蛋白酶樣基質(zhì)金屬蛋白酶：MMP-7，MMP-11和MMP-12.5)膜型基質(zhì)金屬蛋白酶：MMP-14，MMP-15，MMP-16和MMP-17[19]。

2.2 基質(zhì)金屬蛋白酶與牙根吸收的關(guān)系：目前對于基質(zhì)金屬蛋白酶與正畸源性牙根吸收的研究主要集中在膠原酶、明膠酶。牙根吸收與膠原酶的關(guān)系較為密切。中性粒細胞產(chǎn)生膠原酶，它破壞牙周組織的Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型膠原，導致基質(zhì)發(fā)生降解[20]。MMP-1，MMP-8，MMP-13屬于膠原酶。其中目前研究最多的是MMP-1，其次是MMP-13，其對牙周結(jié)締組織基質(zhì)中I型膠原的降解起關(guān)鍵作用，許多MMPs均需通過MMP-1降解I型膠原[21]。謝永建[22]等用小型豬建立牙根吸收模型，檢測MMP-1及TIMP-1的表達情況，得出細胞外基質(zhì)的代謝活動有MMP-1以及TIMP-1的參與，從而推斷兩者在根吸收過程中起著重要作用。而Takahashil等[23]則證實在牙齒移動時MMP-1，MMP-8，MMP-13表達水平出現(xiàn)瞬時增加。其中MMP-8作用于膠原蛋白的特定基因位點，使它裂解成兩個片段從而使得膠原降解[24]。焉妍等[25]選取正畸患者中拔除上頜第一前磨牙者并隨機分組、施加不同大小的力，測定加力前后MMP-13在齦溝液中的含量，測得其含量和施加力的大小以及力的作用時間緊密相關(guān)，由此推斷MMP-13可能與矯正牙的移動和牙槽骨改建相關(guān)。而張志菲[26]等采用雄性大鼠建立正畸性牙根吸收動物模型，應用免疫組化方法檢測不同加力組MMP-13含量表達差異，結(jié)果顯示其表達高于其他其他正常組織，提示MMP-13可能參與了正畸源性牙根吸收的過程。

MMP-2、MMP-9屬于明膠酶。MMP-2 在生理或病理狀態(tài)下，主要參與細胞外基質(zhì)的合成代謝，它像其MMPs 一樣，雖然存在于多種正常的細胞中，如膠原纖維細胞，單核巨噬細胞等，但它在未被激活的組織細胞中是不易檢測到的。MMP-2不僅直接降解細胞外基質(zhì)，還可以激活其他細胞產(chǎn)物，例如通過酶解激活MMP-9[27]。MMP-9主要由中性白細胞和巨噬細胞產(chǎn)生，其與MMP-2主要降解變性，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型膠原、Ⅳ型膠原、Ⅳ型膠原、纖維粘連蛋白、彈性蛋白[28]。Cantarella[29]等在上頜左側(cè)尖牙施加力,在齦溝液提取MMP-1、MMP-2并檢測其含量，發(fā)現(xiàn)受力牙齒的壓力側(cè)與張力側(cè)，齦溝液中MMP-l、MMP-2的含量在受力早期就出現(xiàn)升高，說明MMP-2在正畸牙移動的早期發(fā)揮重要作用。也有一些研究者報道，在根吸收區(qū)與破牙骨質(zhì)細胞相鄰接的膠原纖維細胞，成牙骨質(zhì)細胞中均有MMP-2的表達，而在破骨細胞與破牙骨質(zhì)細胞均為檢測到其表達[30]。也有研究證實，MMP-9在破骨細胞中高表達，在骨吸收的過程中起著重要作用[16]。莊麗等[16]等用小型豬的下頜第一乳側(cè)切牙建立牙根吸收動物模型，施加300g過大拉力后，提取齦溝液，結(jié)果顯示兩組齦溝液MMP-9的表達水平有顯著差異，從而推斷在齦溝液中MMP-9參與正畸源性牙根吸收。

3 基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑與牙根吸收的關(guān)系

基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑(tissue inhibitor of metallo proteinase，TIMPs)，是大分子蛋白質(zhì)，半胱氨酸殘基12個，6對二硫鍵將其折疊成密度高的三級結(jié)構(gòu)，具有N端和C端兩個功能區(qū)[31]。它可以抑制基質(zhì)金屬蛋白酶活性，一方面通過氨基末端決定簇與基質(zhì)金屬蛋白酶由1:1的比例結(jié)合進而抑制其活性，拮抗基質(zhì)金屬蛋白酶對細胞外基質(zhì)以及膠原蛋白的降解[32]，另一方面與酶原接觸，抑制酶原的激活，從而調(diào)節(jié)其表達。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)4種，即TIMP-1，TIMP-2，TIMP-3，TIMP-4。組織改建過程中，TIMPs控制細胞外局部MMPs的活性，其中TIMP-1阻斷膠原酶活性，而TIMP-2阻斷明膠酶作用較強。

有學者建立牙齒移動的大鼠動物模型，在牙周組織張力側(cè)和壓力側(cè)原位雜交分TIMP1-3 瞬時表達增高[23]，說明TIMP1-3參與了牙齒移動的過程。李永明等[33]的鼠實驗，采用免疫組化的方法檢測到在其正畸牙周組織中TIMP-1的表達也有明顯的時間變化，但受壓側(cè)與牽拉側(cè)變化無明顯差異。蘇哲君等[34]將大鼠建立正畸牙根吸收動物模型后施加不同大小的力，結(jié)果為實驗組牙槽骨中MMP-2的含量表達與TIMP-2含量變化呈現(xiàn)正相關(guān)，得出正畸施力會引起局部牙周組織MMP-2、TIMP-2合成、釋放，因此推斷正畸牙移動早期牙周組織的改建有二者的參與。

4 基質(zhì)金屬蛋白酶與蛋白酶抑制劑的調(diào)節(jié)

TIMPs與MMPs各成員之間相互調(diào)節(jié)，從而使二者保持相對動態(tài)平衡。有資料證實，TIMP-1與活化的膠原酶、基質(zhì)溶解素結(jié)合，拮抗MMPs轉(zhuǎn)錄[35]。TIMP-2通過非共價鍵和活化MMP-2結(jié)合成復合物，有效抑制MMP-2膠原分解以及明膠活性，TIMP-2還可以結(jié)合無活性的MMP-2酶原，并且還可以終止MMPs的水解活性[36]。Deryugina等[37]研究證實，MMP-2、TIMP-2以一定比例存在，少量TIMP-2利于MMP-2酶原活化，大量TIMP-2則抑制MMP-2的活化。TIMP-3、TIMP-4的調(diào)節(jié)作用有待證實。正是以上的有效調(diào)節(jié)維持了二者協(xié)調(diào)平衡，避免細胞外基質(zhì)的降解。

5 結(jié)語

綜上所述，基質(zhì)金屬蛋白酶及其抑制劑在正畸牙移動根吸收中的一些機制及其可能作用已經(jīng)得到證實，但酶的來源、激活與抑制情況以及在牙根吸收中的具體調(diào)控和表達方面還有待進一步研究與完善。隨著今后研究的深入，可以對MMPs/TIMPs有更詳盡和深入的了解，便可通過檢測二者的含量來判斷牙根吸收從而干預抑制正畸源性牙根吸收，以期保證正畸治療效果，提高正畸療效，這對減少甚至避免牙根吸收具有重要臨床意義。

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Matrix Metalloproteinases and Their Inhibitors Orthodontic Induced Root Resorption Progress

ZHANG Jing1,ZHANG Qin2,LIU Hong2
(1.Xinjiang Medical University Institute of Traditional Chinese Medicine,Urumqi 830000,Xinjiang,China; 2.Department of Stomatology,Affiliated Chinese Medicine Hospital,Xinjiang Medical University,Urumqi 830000,Xinjiang,China)

Matrix metalloproteinases (MMPs) are highly conserved endonucleases that are widely distributed in various tissues of the body and play an important role in the degradation of extracellular matrix.In recent years, more and more studies have confirmed that it is involved in orthodontic root resorption.In this paper,we review the molecular basis of root resorption and matrix metalloproteinases and their inhibitors research progress of relationship between orthodontic root absorption.

matrix metalloproteinases;matrix metalloproteinases inhibitors; orthodontic;root resorption

R783.5

A

1008-6455（2017）02-0132-04

2016-10-10

2016-12-20

編輯/張惠娟

新疆醫(yī)科大學附屬中醫(yī)醫(yī)院院級課題（ZYY201535）

張勤，主任醫(yī)師，口腔正畸學方面的研究；E-mail: 1178257715@qq.com

張靜，2014級研究生，口腔正畸方向，新疆醫(yī)科大學；E-mail: zjtingyu@126.com