聶玉寧 湯曄 綜述 陳黎明△ 審校

(1.遵義醫(yī)科大學口腔醫(yī)學院，貴州 遵義 563000；2.貴陽市口腔醫(yī)院，貴州 貴陽 550002)

氟斑牙是發(fā)育中的牙齒暴露于過量的氟化物導致牙釉質發(fā)育礦化缺陷，使釉質的結構和外觀發(fā)生不良改變的一種牙體硬組織疾病。研究發(fā)現，與正常釉質相比氟斑牙釉質中的孔隙增多，存在較多的有機質成分，而這是由于牙釉質基質的釉原蛋白降解延遲和清除障礙。多數研究表明，在釉基質蛋白降解及清除障礙與氟斑牙關系的研究中，基質金屬蛋白酶(MMPs)及基質金屬蛋白酶抑制劑(TIMPs)有著一定的功能。目前，MMPs和TIMPs在氟斑牙發(fā)生發(fā)展過程中的作用及機制尚未完全闡明，且始終缺乏對MMPs和TIMPs家族與氟斑牙關聯(lián)性的系統(tǒng)報道?；趯鴥韧庋芯砍晒纳钊敕治?，本文將從MMPs及TIMPs的生物學特征及各自與氟斑牙的關系展開論述。

1 MMPs和TIMPs的生物學特征

1.1MMPs種類、特點和功能 基質金屬蛋白酶(MMPs)是編碼細胞外基質(Extrocelluar Matrix，ECM)的內肽酶， 是一類依賴Zn2+和Ca2+的蛋白水解酶，其活性部位涉及金屬離子，主要是鋅，還包括其他金屬，如鈷、錳或鎳。目前已分離鑒別出26個成員，分別命名為MMP1-26 。根據結構域及作用底物的不同，MMPs通常被分為6類[1-2]：膠原酶(MMP-1、 MMP-8、MMP-13和MMP-18)，明膠酶(MMP-2和 MMP-9)， 間質溶解素 (MMP-3、 MMP-10 和 MMP-11)，基質溶解因子(MMP-7 和 MMP-26)， 膜型MMPs(membrane-typeMMPs，MT-MMPs) (MMP-14～17、MMP-24和 MMP-25)，其他MMPs(MMP-12、MMP-19～23、MMP-27和MMP-28。MMPs的失調可影響許多生理過程，如形態(tài)發(fā)生、血管生成、組織重塑(如心血管重塑)、胚胎發(fā)育、細胞生長和死亡的調節(jié)以及傷口愈合[3-4]。MMPs同時也在口腔的生理和病理過程中都起著重要作用。它們已經從齦溝液、牙釉質、唾液以及牙周組織的標本中分離出來。一些研究表明[5-6]，MMPs在口腔組織形成和修復過程中對牙體硬組織和頜骨的有機基質地重塑有著具體作用。

1.2TIMPs種類、特點和功能 TIMPs是一種分泌型金屬蛋白酶抑制劑，廣泛分布于脊椎動物和無脊椎動物中，TIMPs是MMPs主要內源性抑制因子，能特異地抑制MMPs。TIMP家族有四個同源成員[7-9],分別命名為TIMP-1、-2、-3、-4。然而，MMPs抑制的效果因各TIMPs而異。例如[10]，TIMP-1是許多MMPs的強抑制劑，除了一些膜型MT-MMPs，包括MMP-14、-15、-16、-19和-24[8-9]。同樣，TIMP-1、-3都與MMP-9相關，而TIMP-2、-3和-4能夠與MMP-2相互作用。但是Lu等學者表明[11]，TIMP-2對MMPs家族所有成員都有抑制作用，且能阻礙所有被激活的MMPs的水解活性，然而有待進一步驗證。TIMPs的表達在發(fā)育和組織重塑中受到調節(jié)，對MMPs有特異性強效抑制作用。

2 MMPs與TIMPs的動態(tài)平衡

在大多數的人體組織中，MMPs保持在相當低的表達水平，MMPs和TIMPs之間的平衡維持ECM平衡[12]。TIMPs以1∶1的比例與MMPs結合，可抑制MMPs酶原活化，MMPs/TIMPs 比率通常用以確定蛋白質降解和組織重塑的程度 。然而，隨著炎癥和重塑活動的某些需求，MMPs表達增加，導致MMPs和TIMPs水平失衡[4,12]，平衡向MMPs傾斜導致蛋白水解增加，而平衡向TIMP傾斜導致蛋白水解減少。

3 MMPs與氟斑牙的關系

MMPs對牙齒發(fā)育、分化、生長、成形和凋亡有著重要作用[13]。在釉質發(fā)育過程中，90%的釉基質蛋白是釉原蛋白，是釉質分泌期的主要蛋白。釉原蛋白和釉基質蛋白酶是由成釉細胞合成的。成釉細胞分階段形成牙釉質。隨著牙釉質成熟，釉原蛋白被多種蛋白酶水解，如基質金屬蛋白酶。它與激肽釋放酶相關肽酶4(KLK4)及其底物膠原蛋白V、聚集蛋白聚糖、釉原蛋白一起[14-15]，經歷釉原蛋白的裂解，為晶體礦物的生長提供空間。而氟化物引起的蛋白酶活性的變化可能會導致釉原蛋白去除延遲，從而導致釉質基質礦化延遲，形成的釉質晶體孔隙較大[16-17]，而這就是氟斑牙的病理特征。在礦化之前，MMPs可能參與牙釉質和牙本質有機基質的形成，或者它們可能通過控制蛋白多糖的周轉來調節(jié)礦化。氟化物對蛋白酶的影響可能是減少釉質基質中蛋白酶總量，或改變正在發(fā)育的釉質基質內蛋白酶的活性。氟和MMPs之間相互作用的其他證據已經被觀察到。有證據表明，MMPs不僅可能參與了氟斑牙和成骨不全癥的病因，而且在齲病的進展中起著一定的作用，MMPs在齲病中牙本質膠原蛋白的分解中起著關鍵作用[18]，此外，MMP-13基因多態(tài)性rs478927與巴西亞馬遜地區(qū)兒童齲齒發(fā)生和釉質發(fā)育缺陷有關[19]。國內目前MMPs在氟中毒領域的研究多集中于動物實驗和體外細胞實驗，在人體中變化特點的研究較為少見[20]。目前，MMPs家族中與氟斑牙相關聯(lián)的主要是MMP-2、MMP-9、MMP-13與MMP-20。

3.1MMP-2、MMP-9、MMP-13 MMP-2為一種Zn2+依賴性蛋白水解酶，其功能主要為分解細胞外基質(Extrocelluar Matrix，ECM) 和基底膜(Basement Menbrane，BM)。MMP-13 又被稱為膠原酶-3，其底物豐富，包括膠原蛋白、明膠、蛋白聚糖、基底膜蛋白多糖和纖維黏連蛋白等，MMP-13 主要與礦化骨基質有關，與組織蛋白酶-K和MMP-9協(xié)同，在骨基質I型膠原蛋白的降解中發(fā)揮重要作用[21]。近年來遲波學者和黃華學者研究顯示[22-23]：檢測氟暴露人群的血清樣本中MMP-2、MMP-9、MMP-13的活性，得到結論，氟可能通過誘導MMP-2、MMP-9、MMP-13活性，影響骨代謝，與氟骨癥地發(fā)生發(fā)展有相關。賈志紅等學者[24]，觀察慢性氟中毒與大鼠骨組織破骨細胞中MMP-9、mRNA表達及骨細胞分化成熟過程的相關影響，得出慢性氟中毒影響大鼠骨組織破骨細胞中MMP-9蛋白、mRNA的表達，并通過調節(jié)二者的表達水平影響破骨細胞的分化、成熟過程。

Priscilla等學者研究中[25]，選擇并評估了MMP-2與MMP-9基因多態(tài)性，在基因多態(tài)性rs243865中，遺傳變異與MMP-2的下調有關，其中等位基因A與氟斑牙有邊緣性關聯(lián)。在此研究中，Gln-Gln基因型在氟斑牙組中的比例較低，并且也是邊緣相關的。這可能是這兩個遺傳多態(tài)性，MMP-2的rs243865和MMP-9的rs17576在更大的樣本中可能與氟斑牙有關。提示我們，在今后的研究中需要多種族多地區(qū)多樣本量來證實。

3.2MMP-20 MMP-20作用于釉原蛋白，對釉質具有特異性。在牙釉質形成中，它的主要功能是促進有機基質與礦物質的有序替換。在國外一些基因敲除實驗中，在MMP-20缺失的情況下，有機基質不能被礦化，從而阻止了釉質分泌期晶體的增厚。在咀嚼的壓力下，變弱的晶體會崩裂，牙釉質碎片也會從牙冠上脫落。MMP-20緩慢降解琺瑯質蛋白質，這些蛋白質分離分泌階段的薄晶體帶，使晶體能夠分離。張雪莉等學者[26]通過建立氟斑牙動物模型，得出了過量氟抑制MMP-20的表達，使MMP-20/TIMP-2 的表達失衡，成釉基質蛋白清除延遲，蛋白儲留，導致釉質礦化不良，形成氟斑牙，褪黑素對氟斑牙的形成無拮抗作用。

4 TIMPs與氟斑牙的關系

TIMPs對MMPs活性的抑制作用是MMPs活性的重要調節(jié)機制。國外Küchler EC學者[27]等在里約熱內盧市招募481名6～18歲的受試者，一個公共水供應加氟的城市，評估了脫落的恒牙，采用實時熒光定量PCR技術分析TIMP-1和TIMP-2基因的遺傳多態(tài)性，得出TIMP-1 rs4898可能與氟斑牙相關，Logistic回歸分析顯示，TIMP-1 rs4898與氟斑牙相關，過量的氟化物會破壞MMPs/TIMPs的平衡，導致釉質成熟過程中釉質原蛋白去除和礦化延遲。

5 總 結

上文中我們系統(tǒng)性地總結了基質金屬蛋白酶及其抑制劑各自的構成與功能，且闡述了它們與氟斑牙之間的關系。從結果可以知道，基質金屬蛋白酶及其抑制劑與氟斑牙有著密切地關系。由于氟斑牙的形成與地城環(huán)境因素、人類種族、飲食習慣等等有著密不可分的關系，可能很難得出明確的結論。目前，我們無法找到任何來自國人的公開研究。因此，今后的研究需要采用更豐富的多地區(qū)大樣本，不局限于單個基因和氟斑牙相關性的研究，而是綜合考慮基因-環(huán)境相互作用以及基因-基因相互作用，利用生物數據庫和生物信息學分析，從而更好地了解氟斑牙病因，對氟斑牙的易感性進行早期評價，這將有助于對氟斑牙的早期預防、診斷和治療。但我們可以更進一步觀察到的是，基質金屬蛋白酶及抑制劑在牙齒硬組織發(fā)育不全的相關性，特定啟動子區(qū)域的多態(tài)性可以影響相關疾病的易感性，希望未來在分子水平上對氟斑牙病因地探索能夠更進一步。所以要將研究成果與實際應用結合起來，我們還得進一步地走入國內氟斑牙高發(fā)地區(qū)進行靶向調研，這樣的研究結果才能更好地指導我們國內特殊地區(qū)人民的口腔健康預防工作。