牙的发育

1牙的发育牙及其支持组织是从上下颌突和额鼻突的外胚层间充质发育而来，牙的发育是一个长期、复杂的生物学过程，包括细胞与细胞、上皮与间充质的相互作用，细胞分化、形态发生、组织矿化和牙萌出。所有牙的发育过程是相似的。乳牙从胚胎第2个月开始发生，到3岁多牙根完全形成。以乳中切牙为例，从开始发生到牙根完全形成，约需要2年左右的时间。而恒牙胚的发育晚于乳牙胚，如恒中切牙则需10年左右的时间才能完成。牙的发育是一连续过程，包括牙胚的发生，组织形成和萌出。这一过程不仅发生在胚胎生长期，而且可持续到出生之后。为了叙述方便，本章分为牙胚的发生、牙体组织的形成和牙的萌出三节。第一节牙胚的发生和分化在胚胎的第5周，覆盖在原口腔的上皮由两层细胞组成，外层是扁平上皮细胞，内层为矮柱状的基底细胞。在未来的牙槽突区，深层的外胚层间充组织诱导上皮增生，开始仅在上下颌弓的特定点上，上皮局部增生，很快增厚的上皮相互连接，依照颌骨的外形形成一马蹄形上皮带，称为原发性上皮带（primaryepithelialband）。在胚胎的第7周，这一上皮带继续向深层生长，并分裂为两个：向颊（唇）方向生长的上皮板称前庭板，位于舌（腭）侧的上皮板称为牙板（dentallamina）。在胚胎的第8~10周，前庭板继续向深层生长，与发育的牙槽嵴分开，前庭板表面上皮变性，形成口腔前庭沟。牙板向深层的结缔组织内伸延，在其最末端细胞增生，进一步发育成牙胚。牙胚有三部分组成：①成釉器（enamelorgan），起源于口腔外胚层，形成釉质；②牙乳头（dentalpapilla），起源于外胚层间充质，形成牙髓和牙本质；③牙囊（dentalsac），起源于外胚层间充质，形成牙骨质、牙周膜和固有牙槽骨。牙胚的发生是口腔上皮和外胚间充质相互作用的结果。2一、成釉器的发育在牙胚发育中，成釉器首先形成。成釉器的发育是一个连续的过程，可分为三个时期：（一）蕾状期蕾状期（budstage）在胚胎的第8周，在牙板的20个定点上上牙板最末端膨大，上皮细胞迅速增生，形成圆形或卵形的上皮芽，形状如花蕾，这是乳牙早期的成釉器（彩图2-3）。其构成细胞类似基底细胞，呈立方或矮柱状。在上皮下方和周围的外胚间充质细胞增生，密集在一起包绕上皮芽，但未见细胞的分化。在牙弓的每一象限内，最先发生的成釉器有四个，即乳切牙、乳尖牙、第一乳磨牙和第二乳磨牙。所有的乳牙牙胚在胚胎的第10周发生，而所有的恒牙胚在胚胎的第4个月形成。（二）帽状期帽状期（增殖器）（capstage）在胚胎发育的第9-10周，上皮芽继续向外胚层间叶中生长，体积逐渐增大。在长入的上皮周围，外胚层间充质细胞密度增加，形成细胞凝聚区。长入上皮的基底部向内凹陷，形状如帽子，覆盖在球形的外胚层间充质细胞凝聚区上。该上皮具有形成釉质的功能，称为帽状期成釉器。成釉器分化为三层细胞，即外釉上皮层（outerenamelepithelium）、内釉上皮层（innerenamelepithelium）和星网状层（stellatereticulum）。成釉器下方的球形细胞凝聚区称为牙乳头，将来形成牙本质和牙髓。包绕成釉器和牙乳头边缘的外胚层间充质细胞，密集成结缔组织层，称为牙囊，将来形成牙支持组织。在牙发育的这一阶段，已能见到形成牙及其支持组织的成分。成釉器、牙乳头和牙囊共同形成牙胚。（三）钟状期钟状期（bellstage）在胚胎的第11-12周，成釉器长大，上皮凹陷更深，其周缘继续生长，形似吊钟，称为钟状期成釉器（组织分化和形态分化期）。此期成釉器进入成熟期，其凹陷的形状已被确定。如前牙成釉器的3凹面为切牙形态，后牙则为磨牙的形态。相似的上皮细胞团分化为形态和功能各不相同的细胞成分，这时细胞分化为四层：1．外釉上皮层成釉器的周边是一单层立方状细胞，称外釉上皮，借牙板与口腔上皮相连。外釉上皮细胞胞浆少，含有游离核糖体和少量的粗面内质网以及线粒体和少量散在的微丝，细胞间有连接复合体。在钟状期晚期，当釉质开始形成时，平整排列的的上皮形成许多褶，邻近牙囊的间充质细胞进入褶之间，内含毛细血管，为成釉器旺盛的代谢活动提供丰富的营养。2．内釉上皮层由单层上皮细胞构成，并整齐排列在成釉器凹面的基底膜上，与牙乳头相邻，以半桥粒将细胞固定在基底板上。从牙颈部到牙尖，细胞分化程度各异。内釉细胞开始是矮柱状或立方状，胞核大而居中，高尔基复合体分布邻近中间层的胞浆中，线粒体分布在胞浆得其他部分。随着成釉器的发育，内釉细胞开始分化为成釉细胞（ameloblast），该细胞呈高柱状，高达40um，直径4-5um。细胞与中间层细胞以桥粒相连。在分泌活动开始前，细胞器重新定位，即细胞核远离基底膜；高尔基复合体体积增大，从细胞的近端向基底膜端移动，大部分位于细胞核的侧面和细胞体的中部；粗面内质网数量明显增加；线粒体集中在细胞的邻近中间层的一端，少数分散在细胞其他部位。在相邻的内釉细胞之间，有一特化的附着结构，即一种细胞连接复合体（junctionalcomplex）在细胞的近中和远中包绕细胞。含有肌动蛋白的细丝由连接复合体进入细胞的胞浆中，在近中和远中形成终棒（terminalweb）。这种细胞连接复合体在釉质形成中起重要作用。这时为釉质的形成作好了准备。内釉上皮与外釉上皮相连处，称颈环（cervicalloop）。在颈环处柱状的内釉上皮细胞向立方状外釉上皮细胞移行，在近内釉上皮细胞侧有无细胞区，内有少量胶原原纤维，最终在该处形成牙本质。颈环在上皮根鞘的发生中起重要作用。3．星网状层位于内外釉上皮之间。细胞为星形，有长的突起，细胞之间以桥粒相互连接成网状，故称星网状层。星形细胞含有通常具有的细胞器，但数量稀少，并以桥粒与外釉细胞核中间层细胞相连接。在钟状期，成釉器中央的4细胞持续合成氨基葡萄糖（glycosaminoglycans）并分泌到上皮细胞间的细胞外空间。由于该糖为亲水的，而将水带到成釉器中，使细胞外间隙增大。随着细胞间液体增加，体积增大，占成釉器体积的大部。细胞间充满富有蛋白的黏液样液体，对内釉上皮细胞有营养核缓冲作用，以保护成釉器免受伤害。当釉质形成时，该层细胞萎缩，外釉细胞层与成釉细胞之间距离缩短，便于牙囊中的毛细血管输送营养。4．中间层（stratumintermedium）在内釉上皮核星网状层之间由2~3层扁平细胞，细胞核卵圆或扁平状，称为中间层。在钟状期早期，细胞核居中，高尔基复合体、粗面内质网、线粒体核其他细胞器数量不多。到晚期，细胞间隙增大充满微绒毛，上述细胞器增多，酸性粘多糖及糖原沉积。该层细胞具有高的碱性磷酸酶活性，与釉质形成有关。5．釉结（enamelknot）、釉索（enamelcord）和釉龛（enamelniche）在帽状期和钟状期牙胚可出现一些暂时性的结构如釉结、釉索和釉龛。这些结构不是每个牙胚必须存在的或同时出现的。釉结是在牙胚中央，内釉上皮局部的增厚，它在牙形态发生中有重要作用，可能是调节细胞分化和牙形态发生的信号中心。许多与胚胎发育相关的基因在釉结中都有表达，从而使釉结成为调节牙早期形态发生的重要结构，如BMP-2、4、6、7，TGFβ-1、2、3，Fgf-4、Msx、Shh等。其中BMPs有多种作用，BMP-2和BMP-7在釉结中的表达限于非增殖细胞，并早于Fgf-4的表达。BMP-2、4通过刺激homeobox转录因子来调节牙的早期发育。BMP-4在釉结的表达较晚，BMP-6调节上皮-间充质的相互作用。Shh在釉结的表达可能与釉结细胞的凋亡有关，并通过调控Fgf-4的表达来调节细胞增殖和参与牙冠形态发生。釉索是由釉结向外釉上皮走行的一条细胞条索，似乎将成釉器一分为二。这两种结构的功能尚不清楚。在牙冠形态发生时，这两种结构可能参与决定牙尖的早期位置。釉龛是由于片状的牙板向内凹陷形成腔隙，其内充满结缔组织。在组织切片上，表现出有两个上皮条索与口腔上皮相连。5二、牙乳头牙乳头细胞为未分化间充质细胞，有少量微细的胶原纤维分散在细胞外间隙。在钟状期，被成釉器凹陷部包围的外胚间充质细胞更多，并出现细胞的分化。在内釉上皮的诱导下，牙乳头外层细胞分化为高柱状的成牙本质细胞（odontoblast）。这些细胞在切缘或牙尖部为柱状，在牙颈部细胞尚未分化成熟，为立方状。牙乳头在牙发育中有重要作用。现已证明，牙乳头是决定牙形状的重要因素。例如，将切牙的成釉器与磨牙的牙乳头重新组合，结果形成磨牙；与此相反，切牙的牙乳头与磨牙成釉器重新组合，结果形成切牙。牙乳头还可以诱导非牙源性的口腔上皮形成成釉器。三、牙囊在成釉器的外周，外胚间充质组织呈环状排列，更多的胶原纤维充满在牙囊成纤维细胞之间，并环绕着成釉器和牙乳头底部。牙囊中含有丰富的血管，以保证组织形成所需的营养。在乳牙胚形成后，在牙胚舌侧，从牙板游离缘下端形成新的牙蕾，并进行着上述相同的发育过程，形成相应的恒牙胚。所有乳牙除第二恒磨牙外，达到着一发育期越需要10周。恒牙胚的形态发生需2~4周才能完成。所有恒牙的牙蕾在胚胎第4个月形成。在乳磨牙牙胚形成之后，牙板的远中端继续向远中生长，牙板后方的游离端向远中生长形成第一磨牙的成釉器。牙板向远中增长延长，与上下颌弓的长度相协调，并对下颌升支的发育和上颌结节处的恒牙胚的发生起重要作用。第一恒磨牙的牙胚是在胚胎的第4个月性策划能够；第二恒磨牙的牙胚在出生后一年形成；第三恒磨牙牙胚的形成是在4~5岁。牙胚的活动期从胚胎发育的第6周开始，持续到出生后第4年，整个活动期约5年的时间。四、牙板的结局6在帽状期时牙板与成釉器有广泛的联系，到钟状期末牙板被间充质侵入而断裂，并逐渐退化和消失，成釉器与口腔上皮失去联系。有时残留的牙板上皮，以上皮岛或上皮团的形式存在于颌骨或牙龈中。由于这些上皮细胞团类似于腺体，又称Serre上皮剩余。婴儿出生后不久，偶见牙龈上出现针头大小的白色突起，即为上皮珠，俗称马牙，可自行脱落。在某些情况下，残留的牙板上皮，可成为牙源性上皮性肿瘤或囊肿的起源。第二节牙体组织的形成牙硬组织的形成从生长中心开始。前牙的生长中心位于切缘和舌侧隆突的基底膜上，磨牙的生长中心位于牙尖处。釉质和牙本质形成过程中有严格的规律性和节拍性，交叉进行。成牙本质细胞先形成一层牙本质并向牙髓中央后退，紧接着成釉细胞分泌一层釉质并向外周后退，如此交叉进行，层层沉积，直达到牙冠的厚度。一、牙本质的形成在钟状期的晚期，牙本质首先在邻近内釉上皮内凹面（切缘和牙尖部位）的牙乳头中形成，然后沿着牙尖的斜面向牙颈部扩展，直至整个牙冠部牙本质完全形成。在多尖牙中，牙本质独立地在牙尖部呈圆锥状一层一层有节律的沉积，最后互相融合，形成后牙冠部牙本质。牙本质的形成是由成牙本质细胞完成的。在牙本质形成前，牙乳头细胞和内釉上皮之间有一层无细胞区。这时的牙乳头细胞属于未分化间充质细胞，细胞体积小，核居中，胞浆含有少量细胞器，分散在含有少量细的胶原纤维的基质中。当成釉细胞分化成熟后，对牙乳头发生诱导作用。邻近无细胞区的未分化间充质细胞迅速增大，先分化为前成牙本质细胞（preodontoblast），然后分化为成牙本质细胞。随着成牙本质细胞的分化和增大，无细胞区逐渐消失。7成牙本质细胞的组织学变化反映了细胞的功能。在镜下可见成牙本质细胞呈两种功能状态，即分泌型成牙本质细胞（secretoryodontoblast）和静止型成牙本质细胞(restingodontoblast)及两者间的过渡型细胞。分泌型细胞是一大的和丰满的细胞，胞核位于细胞基底，细胞顶部细胞器增多，粗面内质网形成大的池，有发达的高尔基复合体、核糖体和分泌颗粒。这时细胞已具备合成蛋白质的功能。此外在这些细胞之间，还形成广泛的连接复合体和间隙连接。在成牙本质细胞远端，连接复合体有三种连接方式，即桥粒样连接、中间连接和紧密连接。由细胞骨架构成的终棒与连接复合体一起包绕细胞的周围，把相邻细胞连在一起。这一结构有控制细胞外物质如钙磷离子进入细胞内的作用。细胞胞膜有碱性磷酸酶活性，可能与无机离子及其他物质运输到细胞内有关。静止型细胞为一小的扁平细胞，胞浆少，无高尔基器。胞核位于细胞顶端