牙周骨组织生物学

牙周骨组织生物学蒋滔“我知道自己几乎一无所知，对这一点也几乎不知道。”苏格拉底牙周组织有再生的可能吗？为什么受压侧骨吸收，牵引侧骨形成？骨整合形成的机理是什么？牙周韧带样结构可行吗？牙周组织(Periodontium)牙周膜(Periodontalligament)牙龈(Gingiva)牙骨质(Cement)牙槽骨(Alveolarbone)“做学问要于不疑处有疑，待人要于有疑处不疑。”胡适牙槽骨组织的生物学特点第一节一、牙槽骨的组织形态特点固有牙槽骨密质骨松质骨（alveolarboneproper）（corticalbone）（spongebone）固有牙槽骨(筛状板、硬骨板）束状骨（bundlebone）束状骨（bundlebone）束状骨（bundlebone）密质骨松质骨牙槽骨牙槽骨牙槽骨二、牙槽骨的生物特征成分无机成分70%有机成分22%水8%羟基磷灰石I型胶原95％蛋白糖原非胶原蛋白形态密质骨松质骨胚胎发育：膜内成骨牙槽骨是高度可塑性组织，也是人体骨骼最活跃的部分。三、牙周其他钙化组织（牙骨质）牙骨质（按有无细胞）无细胞牙骨质有细胞牙骨质（原发性牙骨质）（继发性牙骨质）牙骨质（按纤维来源以及有无细胞分类）无纤维无细胞牙骨质外源纤维无细胞牙骨质混合纤维细胞牙骨质内源纤维细胞牙骨质牙骨质的生物学特征在生理情况下，牙骨质不像骨组织可以不断地改建和重塑，只有新生，不被吸收，只有在病理情况下才会发生吸收。四、牙周膜牙周膜的细胞成纤维细胞、巨噬细胞和未分化间充质细胞成牙骨质细胞和破牙骨质细胞成骨细胞和破骨细胞上皮剩余牙周膜的功能支持功能（supportivefunction）改建功能（remodelingfunction）感觉功能（sensoryfunction）营养功能（nutritivefunction）四、研究骨组织代谢的意义牙周病颜面骨组织缺损牙列缺失和缺损即刻及延期种植口腔正畸颞下颌关节以及根尖病变骨改建的细胞学基础第二节一、成骨细胞（osteoblast）骨祖细胞（osteoprogenitorcell）前成骨细胞（preosteoblst）成骨细胞（osteoblast）骨细胞(ostocyte)骨衬里细胞(bone-liningcell)（不活跃的成骨细胞）活动性成骨细胞的胞浆嗜碱性，并具有蛋白合成的细胞结构，如大量的粗面内质网和发达的高尔基体。非活动性成骨细胞似成纤维细胞，扁平状，类似于内皮细胞。成骨细胞合成与分泌的蛋白主要是I型胶原，其他蛋白有：碱性磷酸酶、骨钙素、骨涎蛋白、骨桥蛋白、蛋白多糖、磷蛋白、激素和骨生长因子等。二、破骨细胞（osteoclast）破骨细胞的来源破骨细胞来源于造血系统的单核细胞，与巨噬细胞有共同的前体，在特定条件下融合成多核细胞破骨细胞的功能吸收骨、牙本质和钙化的软骨破骨细胞吸收骨的过程骨表面附着细胞极性化形成封闭区形成骨吸收陷窝脱离骨面、转移破骨细胞的鉴定标准三、骨细胞（osteocyte）三、成骨细胞与破骨细胞的关系•成骨细胞参与破骨细胞在骨表面附着的调节•成骨细胞合成破骨细胞骨吸收刺激因子•成骨细胞参与破骨细胞分化成熟的调节五、牙周韧带细胞（periodontalligamentcell，PDLC）牙周韧带细胞具有异质性(heterogeneous)。成骨细胞成牙骨细胞牙周韧带细胞“大胆假设，小心求证。”胡适牙周韧带细胞具有异质性牙周韧带细胞可能含有干细胞Figure1:IsolationofadulthumanPDLSCsPDL：牙周韧带；PDLSCs：牙周韧带干细胞；DPSCs：牙髓干细胞；BMSSCs：骨髓基质干细胞：STRO-1：干细胞表面标志；CD146/MUC18：干细胞表面标志；GAPDH：内标；Scleraxis：腱细胞的特征转录子Figure2:Expressionofcementoblastic/osteoblasticphenotypebyPDLSCsALP：碱性磷酸酶；MEPE：基质细胞外蛋白；BSP：骨涎蛋白；OSC：骨钙素；TGFR1：TGF受体；HSP90：assesstheamountofproteinloadedpersampleFigure3:AdipogenicdifferentiationofPDLSCsOilredOpositivelipidclusters：脂肪细胞的特征标志之一PPAR2：脂肪细胞的标志lipoproteinlipase(LPL)：脂肪细胞的标志Figure4:Generationofcementum-likeandPDL-likestructuresinvivobyPDLSCsFigure5:GenerationofcollagenfibresbyPDLSCsinvivoFigure6:PDLSCsinperiodontaltissuerepairinimmunocompromisedrats牙周韧带细胞具有异质性具有纤维细胞表型牙周韧带细胞OBPDLCBODBALP+++++++++ColI+++++++Periostin++++++_Cbfa1+++++++++OCN+++_++++++BSP++_++_PDL：牙周韧带PDL-L2:成纤维表型的PDLCMC3T3-E1：成骨细胞系NIH3T3：成纤维细胞系C3H10T1/2：间充质细胞系影响骨改建的生物学因素第三节一、骨改建影响因素概论全身因素（systemicfactors）局部因素（localfactors）其他因素全身因素钙调节激素甲状旁腺素(Parathormone，PTH)1，25-(OH)2维生素D3(activevitaminD3)降钙素(Calcitonin，CT)性激素雌激素（Estrogen）睾丸激素（Testosterone）其他生长激素（growthhormone）甲状腺激素（Thyroidhormone）皮质醇激素（Cortisol）局部因素生长因子（Growthfactors）白细胞介素Interleukins(IL)肿瘤坏死因子（Tumournecrosisfactors）干扰素（Interferons）集落刺激因子（Colonystimulatingfactors）其他生长因子胰岛素样生长因子Insulin-likegrowthfactors(IGF-I&II)转化生长因子-β家族Transforminggrowthfactors(TGFβs1-3)成纤维细胞生长因子Fibroblastgrowthfactorsacidicandbasic(aFGF&bFGF)血小板衍生的生长因子Plateletderivedgrowthfactor(PDGF)骨形成蛋白BonemorphogeneticproteinsBMPs1-7白细胞介素IL-1βIL-3(MultiCSF)IL-4IL-6IL-8肿瘤坏死因子TNFαTNFβIFNγ干扰素集落刺激因子GM（粒细胞、巨噬细胞）-CSFM（巨噬细胞）-CSF前列腺素Prostaglandins甲状旁腺激素相关肽Parathyroidhormonerelatedpeptide（PTH-RP）降钙素相关肽Calcitoningenerelatedpeptide(CGRP)其他（局部）其他电刺激Electricalstimulus环境因素Environmental温度氧水平酸碱平衡局部应力Localstresses二、第二信使•细胞信号分子包括：短肽、蛋白质、气体分子（NO、CO）以及氨基酸、核苷酸、脂类和胆固醇衍生物等等。•其共同特点是：①特异性，只能与特定的受体结合；②高效性，几个分子即可发生明显的生物学效应，这一特性有赖于细胞的信号逐级放大系统；③可被灭活，完成信息传递后可被降解或修饰而失去活性，保证信息传递的完整性和细胞免于疲劳。•脂溶性信号分子，如甾类激素和甲状腺素，可直接穿膜进入靶细胞，与胞内受体结合形成激素-受体复合物，调节基因表达。•水溶性信号分子，如神经递质、细胞因子和水溶性激素，不能穿过靶细胞膜，只能与膜受体结合，经信号转换机制，通过胞内信使（如cAMP）或激活膜受体的激酶活性（如受体酪氨酸激酶），引起细胞的应答反应。所以这类信号分子又称为第一信使（primarymessenger），而cAMP这样的胞内信号分子被称为第二信使（secondarymessenger）。•目前公认的第二信使有cAMP、cGMP、三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DG），Ca2+•第二信使的作用：转换和放大的作用。cAMP和IP3均属于G蛋白耦联受体所介导的细胞信号通路激素→G蛋白耦联受体→G蛋白→腺苷酸环化酶→cAMP→依赖cAMP的蛋白激酶A→基因调控蛋白→基因转录cAMP传导途径IP3传导途径胞外信号分子与细胞表面G蛋白耦联型受体结合，激活质膜上的磷脂酶C（PLC-β），使质膜上4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）水解成1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DG）两个第二信使，胞外信号转换为胞内信号（图8-21）三、骨改建的调节因子骨塑形（bonemodeling）和骨改建（boneremodeling）成骨细胞系和破骨细胞系间的交互作用间充质干细胞前成骨细胞前破骨细胞成骨细胞破骨细胞PTHPTH-RPPGCytokineVitaminD3骨基质溶解BMP-2FGFIGF-1IGF-2TGF-β1TGF-β2RANKc－fms•PTH作用的总效应是升高血钙。•PTH具有促进成骨和溶骨的双重作用。实验研究表明小剂量PTH可促进成骨作用，而大剂量则可促进溶骨作用。甲状旁腺素PTH成骨细胞IGF-1FGF-2间充质干细胞前成骨细胞成骨细胞骨衬里细胞PTH-RP刺激成骨细胞功能阻止成骨细胞凋亡Bcl-2Bcl-XLPTHPTHRI1，25-(OH)2维生素D3•1，25-(OH)2维生素D3总的调节效果是使血钙、血磷增高。•对骨亦有溶骨和成骨的双重作用。•作用与PTH相反，其作用是抑制破骨作用，抑制钙、磷的重吸收，降低血钙和血磷。降钙素CT•直接抑制破骨细胞的生成，抑制骨盐溶解、降低血钙、血磷浓度。雌激素•对成骨细胞和破骨细胞均有作用，抑制骨盐溶解，促进成骨。睾丸激素•对骨形成直接的促进作用，并且通过促进肌肉生长间接促见骨形成•可在脂肪细胞里转化为雌激素雌激素破骨细胞雌激素受体TGF-β促使细胞凋亡单核细胞前破骨细胞前破骨细胞雌激素衰竭的骨雌激素富集的骨IL-1βIL-1βIL-1β受体IL-1β受体IL-1β伪受体IL-1β和受体结合促进破骨细胞形成破骨细胞形成雌激素成骨系细胞TGF-β破骨系细胞破骨细胞分化继续阻止破骨细胞分化RANKLOPGRANKL+RANKRANKL+OPG胰岛素样生长因子•促进成骨细胞增值，诱导成骨细胞分化。转化生长因子-β家族•作用比较复杂、多变•促进成骨细胞增值、分化。•抑制IL-1和维生素D3诱导的骨吸收和破骨细胞的成熟分化成纤维细胞生长因子•促进间充质细胞、前成骨细胞增值，不诱导成骨细胞分化。血小板衍生的生长因子•可以增加间充质细胞IGF的合成，对骨作用机理不清骨形成蛋白•目前已知的唯一可以独立在体内异位成骨的生长因子肿瘤坏死因子•通过成骨细胞的介导，具有明显的促进骨吸收的作用。干扰素•可抑制前破骨细胞的增生、分化，从而抑制破骨细胞性骨吸收，是一种多功能的细胞因子，又是骨吸收抑制因子。IL•IL-1α，β是骨吸收的有效的强力刺激因子，它可以刺激成骨细胞产生PGE2，介导骨吸收，还可刺激成纤维细胞与吞噬细胞产生胶原酶，活化破骨细胞而促进骨吸收•IL-2可以通过刺激破骨细胞分泌促进骨吸收•IL-6为多功能的细胞因子，是介导破骨细胞性骨吸收的中心因子，具有显著促进骨吸收的作用。集落刺激因子•M-CSF是破骨细胞分化过程中不可缺少的因子前列腺素•通过增加cAMP含量促骨吸收•几乎所有促进或抑制骨吸收的细胞因子均影响PG的合成。•对成骨细胞的作用具有双向性。四、牙周韧带细胞的调节因子•刺激增殖•诱导分化•刺激蛋白质的合成和分泌•促进附着•改变细胞