种植体周结缔组织附着的研究进展

2020-01-06付齐月李尊泰齐晓爽韩春雨张慧彦张震阳孟维艳

口腔医学 2020年5期

付齐月，李尊泰，齐晓爽，韩春雨，张慧彦，张震阳，孟维艳

种植义齿被称为人类的第三副牙齿，已逐步成为牙列缺损或缺失患者首选治疗方案，前些年人们一直致力于种植体骨结合方面的研究，而近年来种植体周围软组织结合的研究逐渐成为热点。因为维持种植体长期临床稳定性除了需要具有良好的骨结合外，还要在种植体穿龈处形成良好的软组织封闭，以作为防止口腔细菌侵入和预防种植体周围组织感染的生物屏障。种植体周围软组织封闭包括上皮附着与纤维结缔组织附着。上皮附着是阻止细菌侵入的第一道屏障，但其具有沿种植体表面向根端迁移的特性，细菌可随之向根方侵入，而上皮附着下方稳固、健康的纤维结缔组织能够阻止结合上皮(junctional epithelium，JE)向根方迁移，维持稳定的种植体-软组织界面。但大量研究显示种植体周结缔组织中的胶原纤维平行于种植体表面排列，而非类似于天然牙中垂直并插入牙骨质表面，因此，种植体周结缔组织附着强度远弱于天然牙。为加强结缔组织附着强度，对种植体颈部改性处理成为近年来研究热点，本文将从种植体周结缔组织附着及影响结缔组织附着的影响因素两方面进行综述。

1 生物学宽度与生物防御

生物学宽度被首先提出于天然牙中，定义为牙槽嵴顶距龈沟底的距离，恒定约为2.04 mm，由JE及JE根方与牙槽嵴顶之间的纤维结缔组织构成[1]。与天然牙类似，种植体周围也存在生物学宽度这一概念，即从种植体周围黏膜顶端到种植体-骨结合位点(位于牙槽嵴顶根方)之间约3～4 mm的较为恒定的距离，组织学构成上与天然牙有所不同，其额外纳入了种植体周围龈沟上皮[1-2]，这可能是由于JE最冠方难以确定。

无论是在天然牙中还是在种植体周围，生物学宽度存在的最大意义就是形成软组织屏障抵御外界刺激，包括物理刺激与细菌侵入，而JE与结缔组织在生物防御作用方面又存在差异。JE通过基底膜和半桥粒与种植体表面紧密结合[3-4]，其生物防御作用主要表现在上皮屏障、组织代谢更新、免疫活性细胞、后天获得性免疫反应四方面[5-7]。JE下方的结缔组织能够支持JE，防止JE向根方迁移。成纤维细胞是结缔组织中的主要细胞，负责组织更新，当细菌突破JE后，细胞在细菌及其产物的刺激下分泌细胞因子与趋化因子等，局部招募免疫细胞启动先天性免疫应答,促进炎性细胞聚集；与此同时合成分泌相关因子，促进胶原合成，参与组织改建和伤口愈合[8-9]。简单来说，JE是阻止细菌侵入的第一道防线，主要有物理屏障、免疫监视及促炎作用，而结缔组织主要是支持上皮、组织修复、免疫保护及促炎作用。

2 种植体周结缔组织附着

2.1 种植体周结缔组织的组成

种植体周围纤维结缔组织是指结合上皮根端与牙槽嵴顶之间的结缔组织，是构成种植体周生物学宽度的一部分，与种植体表面氧化层紧密附着，主要由胶原纤维、细胞、血管和细胞外基质等组成。成纤维细胞是主要细胞成分，但含量较少，且在不同部位，各种组成成分的占比差异也较大。靠近种植体表面的400～800 μm区域是结缔组织附着区，又分为内外侧两个区域。内侧区贴近种植体表面，宽约40～100 μm，类似于瘢痕组织，特点是无血管，胶原纤维细小，大量的成纤维细胞位于胶原纤维之间，且成纤维细胞平行于胶原纤维和种植体表面；外侧区与内侧区呈横向连续，富含血管结构，细胞含量较少，胶原纤维多而粗大[10-12]。

2.2 牙龈成纤维细胞与种植体表面的结合方式

成纤维细胞与种植体表面不是直接连接，而是通过细胞外基质(extracelluar matrixc, ECM)粘附于种植体表面。根据成纤维细胞膜与ECM表面之间的距离，连接方式分为三种：粘着斑连接、紧密连接和ECM连接[13]。粘着斑：细胞膜与ECM之间间隙<15 nm，是成纤维细胞与种植体表面之间的主要连接方式，位于肌动蛋白微丝束的膜下终末位点，胞内粘连蛋白(粘着斑蛋白等)将细胞骨架(肌动蛋白丝等)与跨膜转运蛋白(整合素等)连接在一起，整合素与ECM中的纤连蛋白(fibronectin,FN)等成分结合形成粘着斑[13-14]。粘着斑不仅为细胞粘附到细胞外基质提供了机械结合位点，也是粘附相关信号转导开始的位点[15]。紧密连接：细胞膜与ECM之间间隙约30～50 nm，通常位于粘着斑周围；ECM连接：细胞膜与ECM之间间隙>100 nm，是无胞内粘连蛋白存在的、由细胞外蛋白物质链连接细胞膜与ECM的连接方式[3]。

2.3 胶原纤维与种植体表面的附着与排列方向

由于种植体表面缺乏牙骨质存在且光滑，导致胶原纤维的附着位置与排列方向均与天然牙有极大不同。天然牙颈部的结缔组织附着，类似于牙周膜组织，其胶原纤维起于牙骨质，止于牙槽骨骨膜或口腔上皮组织，相互交织成束状、网状走行，多垂直于牙齿表面。光滑种植体周围的胶原纤维多呈束状起始于牙槽嵴顶，平行或斜行于种植体表面排列，通过种植体表面约20 nm厚的糖蛋白(纤连蛋白)粘附于种植体表面[11,16]。

3 影响结缔组织附着的因素

3.1 表面粗糙度

表面粗糙度是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷的不平度，轮廓的算术平均差(Ra)是最常用的粗糙度指标，Ra值越小，则表面越光滑。不同粗糙度的种植体表面对成纤维细胞的粘附、增殖以及胶原沉积产生不同影响。Kunzler等[17]通过控制喷砂、酸蚀的时间获得梯度粗糙度表面，研究发现Ra=5.7 μm的表面有利于成纤维细胞早期粘附，Ra=2.0 μm的表面成纤维细胞增殖率最高。Nothdurft等[18]实验结果表明人牙龈成纤维细胞在粗糙表面(Ra=1.5 μm)的粘附与增殖明显高于光滑表面(Ra=0.07 μm)。Thomas等[19]认为粗糙度能够改变细胞的生长方向且增强细胞附着强度。有文献报道成纤维细胞生长的最佳表面粗糙度范围是0.1～0.15 μm[20]，但有研究显示成纤维细胞接种在亚微米级粗糙度(Ra=0.106 μm)表面4 h后，形成粘着斑量显著低于光滑表面[21]，粗糙表面抑制成纤维细胞初始粘附，因此关于适宜成纤维细胞生长的粗糙度值尚无定论。此外，对于不同材料，细胞对粗糙度的反应也有所不同，对于钛合金，粗糙表面较光滑表面更有利于成纤维细胞的增殖，而对于氧化锆，结果则与之相反[22]。Mehl等[23]通过在不同级别粗糙度的二硅酸锂、氧化锆与钛表面上培养牙龈成纤维细胞，结果表明最光滑的机械加工表面有利于细胞粘附。总之，由于材料差异、制备方法不同等，关于粗糙度对成纤维细胞粘附与增殖的影响尚难以下定论。

3.2 表面微观形貌

表面微观形貌如微槽、纳米孔、纳米管等，可以影响细胞的生物学行为[24]。微沟槽能够促进成纤维细胞的粘附及种植体周围结缔组织附着[25]，Lai等[26]认为宽60 μm、深5 μm或10 μm可能是种植体颈部微沟槽的最佳设计，该尺寸的表面上成纤维细胞形态发生改变最明显，细胞不仅位于微槽嵴顶部同时出现在微槽内，长轴与微槽平行，沿微槽方向排列、迁移，FN mRNA表达水平最显著。Yamada等[27]研究发现海绵状纳米表面不仅能够激活并增强成纤维细胞功能，且影响胶原纤维的产生和排列方向，诱导牙周样结缔组织附着。二氧化钛纳米管(直径70～90 nm)表面促进成纤维细胞的粘附、迁移、增殖和分化[28]。已有学者研究证实激光蚀刻(Laser-lok)表面的“微通道”不仅组织成纤维细胞有序排列粘附，还可以形成结缔组织粘连，有效阻止JE下移[29]。有学者认为虽然微米与纳米表面均能影响成纤维细胞粘附，对胶原纤维有导向作用，但微米表面抑制胶原产生[30]。另有研究表明直径100～120 nm的二氧化钛纳米管表面抑制成纤维细胞粘附[31]。这些研究结果的不一致可能与孔隙大小、分布密度有关，但关于微观形貌对成纤维细胞的影响仅从以上文献中难以给出定论。

3.3 表面化学成分

目前临床上广泛应用的种植体基台有钛基台、氧化锆基台和金基台，通过体外实验发现与钛合金相比，成纤维细胞在氧化锆表面上表现出更高的粘附与增殖[18,32]，细胞在材料表面的粘附强度按以下顺序降低：钛、氧化锆、金合金，且金合金有明显的细胞毒性[10]。近年来有学者提出了一种新型植入材料——聚醚醚酮(poly-ether-ether-ketone, PEEK)，且发现PEEK较钛表面牙龈成纤维细胞的粘附和增殖明显增加[33]。除材料本身不同导致化学成分有差异外，表面处理也能够改变表面的化学成分，实验发现成纤维细胞在TiO2-Cu2+涂层上的粘附和增殖以及胶原沉积显著增强，且Cu2+能够通过提高细胞内特殊蛋白(α-SMA和CTGF)含量，加速成纤维细胞向纤维化表型转变并分化为肌成纤维细胞[34]。此外还有Ca2+、Mg2+[35]、Zn2+[36]、Ag2+[31]等离子可以调节成纤维细胞的生物学行为。但应用以上金属阳离子时必须注意引入离子浓度，浓度过高时对细胞反而有杀伤作用。

3.4 生物活性分子

成纤维细胞粘附的基础是钛表面吸附基质中蛋白成分及粘着斑的形成，因而近年来许多学者将相关蛋白质、细胞生长因子、多肽、胶原等生物活性分子固定在材料表面，以刺激成纤维细胞的代谢活力，加速种植体周围软组织的愈合。表皮生长因子可能通过激活细胞膜上的受体，进一步激活MAPK信号通路，上调人成纤维细胞中Ⅰ型、Ⅲ型胶原蛋白和弹性蛋白的表达[37]，促进软组织早期愈合。在微沟槽钛表面固定FN的实验结果说明FN通过刺激FN介导的粘着斑形成和FN原纤维形成(即基质合成)诱导成纤维细胞增殖，及通过调节参与细胞周期进展的特定基因的表达，促进成纤维细胞增殖[38]。精氨酸-甘氨酸-天门冬氨酸(RGD)序列是许多细胞外基质蛋白的粘附位点，通过与细胞表面的整合素受体结合而调控细胞的粘附，有学者将含有RGD序列的多肽固定于钛表面，结果发现(—RGD—)4和(—RGD—)8靶肽促进L929细胞对材料的粘附和细胞扩散[39]。与细胞粘附相关的蛋白种类繁多，因此钛表面生物活性分子修饰还有很大的研究前景。