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干細(xì)胞在口腔醫(yī)學(xué)中的研究與應(yīng)用特點(diǎn)
摘要背景：牙髓干細(xì)胞、骨髓基質(zhì)干細(xì)胞和牙周膜干細(xì)胞屬于口腔中的成體干細(xì)胞，具有成體干細(xì)胞的兩大特征：較強(qiáng)的自我更新能力和分化潛能。通過對口腔中多種干細(xì)胞的深入研究，有助于人類更加深入地揭示牙齒硬組織形成過程與誘導(dǎo)機(jī)制，進(jìn)而指導(dǎo)臨床相關(guān)治療與預(yù)防。目的：總結(jié)各類口腔成體干細(xì)胞的特點(diǎn)及在臨床中的應(yīng)用前景。結(jié)果與結(jié)論：隨著研究的深入，口腔特有的成體干細(xì)胞將會逐漸被發(fā)現(xiàn)，從而建立完整的干細(xì)胞庫，為口腔各組織的組織工程研究提供可能的細(xì)胞來源。
關(guān)鍵詞：干細(xì)胞;牙髓干細(xì)胞;骨髓基質(zhì)干細(xì)胞;牙周膜干細(xì)胞;口腔醫(yī)學(xué);綜述文獻(xiàn)
0 引言
干細(xì)胞根據(jù)其來源不同可以分為4種[1]：①成體干細(xì)胞：在胎兒、兒童和成人組織中存在的多能干細(xì)胞統(tǒng)稱為“成體干細(xì)胞”。成體干細(xì)胞是指那些組織或器官特異性干細(xì)胞，主要用于保持細(xì)胞功能的穩(wěn)態(tài)。②胚胎干細(xì)胞：是指在受精卵植入子宮壁之前取自于囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)的胚胎干細(xì)胞，胚胎干細(xì)胞具有多向分化能力，能自我復(fù)制，但這項(xiàng)研究會引起倫理上的爭議。③胎兒干細(xì)胞：妊娠大約3個月時胎兒器官形成，妊娠6個月時胎兒器官逐漸增大并可獨(dú)立于胎盤行使的能力，胎兒生長迅速，所以包括腦在內(nèi)的所有組織中均含有干細(xì)胞，同樣對于胎兒干細(xì)胞的研究也存在著強(qiáng)烈的倫理爭議。④核移植干細(xì)胞：核移植干細(xì)胞與成體干細(xì)胞具有的遺傳信息完全相同，而且能夠產(chǎn)生身體所有組織的替代細(xì)胞。相當(dāng)于自體移植，因而避免了干細(xì)胞在移植中的免疫排斥問題。
目前，成體干細(xì)胞是干細(xì)胞領(lǐng)域研究的新熱點(diǎn)。近來有研究表明，皮膚、乳腺、肌肉、甚至神經(jīng)組織等成熟組織器官中都存在成體干細(xì)胞[2-4]。因此，本文就口腔中各類成體干細(xì)胞的特點(diǎn)及應(yīng)用前景做一綜述。
1 資料和方法
1.1 資料來源
由第一作者于2008-01/2009-05進(jìn)行檢索。檢索時限為1999-01/2009-04。檢索
1.2 入選標(biāo)準(zhǔn)
納入標(biāo)準(zhǔn)：干細(xì)胞在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域里的基礎(chǔ)研究及臨床應(yīng)用方面的文獻(xiàn)。
排除標(biāo)準(zhǔn)：①較陳舊的文獻(xiàn)。②重復(fù)研究。
1.3 數(shù)據(jù)的提取
共收集到80篇關(guān)于各種口腔干細(xì)胞的特點(diǎn)及其臨床應(yīng)用方面的文獻(xiàn)，排除發(fā)表時間較早、重復(fù)及類似研究，納入19篇符合標(biāo)準(zhǔn)的文獻(xiàn)。
2 結(jié)果
恒牙因各種原因出現(xiàn)缺損缺失，需要以人工修復(fù)體來恢復(fù)口腔功能和面容美觀。目前治療措施有填充材料、種植牙、烤瓷牙等，但所有這些都不是最理想的治療方法，干細(xì)胞的研究將有利于改善這些情況。以下將描述幾種干細(xì)胞在口腔醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。
2.1 牙髓干細(xì)胞(dental pulp stem cells, DPSCs)
牙髓干細(xì)胞是一類來源于成年機(jī)體牙髓組織，具有自我更新和多向分化潛能的未分化細(xì)胞，2000年Gronthos等[5]首次提出這一概念，為顱頜牙科研究開創(chuàng)了新領(lǐng)域。正常情況下，DPSCs處于靜息狀態(tài)，維持牙髓中細(xì)胞的新老交替和功能的穩(wěn)定，當(dāng)牙髓組織受到外界刺激或損傷時，該細(xì)胞能分化為成牙本質(zhì)細(xì)胞，參與牙髓的修復(fù)重建。目前，對牙髓干細(xì)胞的研究，主要通過體外誘導(dǎo)牙髓細(xì)胞，通過檢測牙本質(zhì)特異性蛋白(DSPP)、堿性磷酸酶活性等相關(guān)標(biāo)記物的變化，可鑒定其分化能力。同時，DPSCs表達(dá)基質(zhì)細(xì)胞抗原和CD146這兩種早期間充質(zhì)干細(xì)胞的表面標(biāo)志[6-7]。通過研究表明牙髓干細(xì)胞在未分化狀態(tài)下，不表達(dá)牙本質(zhì)特異性蛋白，在牙髓中牙本質(zhì)特異性蛋白被認(rèn)為是成牙本質(zhì)細(xì)胞特有的標(biāo)志物, 而牙髓干細(xì)胞在礦化誘導(dǎo)液的作用下，牙本質(zhì)特異性蛋白明顯表達(dá)[8]。這說明牙髓干細(xì)胞在礦化誘導(dǎo)液的作用下，具有向成牙本質(zhì)細(xì)胞分化的功能。劉宏勝等[9]從人類的年輕恒牙中分離、培養(yǎng)得到牙髓間充質(zhì)細(xì)胞，此細(xì)胞具有較高的增殖能力和間充質(zhì)干細(xì)胞表面特征,在體外誘導(dǎo)下能分化為成骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞和神經(jīng)元, 具有多向分化的潛能。Gluhak等[10]的研究，證實(shí)細(xì)胞外基質(zhì)磷酸糖蛋白與細(xì)胞分化相關(guān), 當(dāng)DPSCs分化后，DSP上調(diào)，細(xì)胞外基質(zhì)磷酸糖蛋白下調(diào)，細(xì)胞外基質(zhì)磷酸糖蛋白是礦化的抑制劑。這一研究表明在研究成牙本質(zhì)分化時，細(xì)胞外基質(zhì)磷酸糖蛋白也可以作為監(jiān)測DPSCs的指標(biāo)。但對牙髓干細(xì)胞的來源、鑒定、定位尚缺乏明確認(rèn)識。在乳牙牙髓干細(xì)胞體外誘導(dǎo)成骨細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)研究中，得出人的牙髓干細(xì)胞呈集落狀生長，有細(xì)胞克隆形成, 細(xì)胞表型呈現(xiàn)多樣性[11]。cDNA微降分析結(jié)果表明，在超過4 000個已知的人類基因，DPSCs和骨髓基質(zhì)干細(xì)胞有相似的基因表達(dá)水平。但在某些與礦化相關(guān)蛋白的基因表達(dá)上也存在差異，說明DPSCs和骨髓基質(zhì)干細(xì)胞這兩種前體細(xì)胞在形成礦化基因表達(dá)模式上是不相同的。Iohara等[12]將狗的DPSCs聯(lián)合骨形成蛋白2回植到己行牙髓切斷術(shù)的牙后，有修復(fù)性牙本質(zhì)形成。這些實(shí)驗(yàn)初步展示了，在牙髓里一大群定向分化的前體細(xì)胞中可能存在著一小部分具有高度增殖能力，能夠自我更新的多能干細(xì)胞即牙髓干細(xì)胞[13]。
2.2 骨髓基質(zhì)干細(xì)胞
骨髓基質(zhì)干細(xì)胞是成體干細(xì)胞的一種，具有來源豐富、取材容易、體外培養(yǎng)增殖穩(wěn)定、能表達(dá)成骨細(xì)胞的表型、植入機(jī)體內(nèi)能快速進(jìn)行成骨活動等特點(diǎn)。在特定的條件下可以形成多種間充質(zhì)細(xì)胞，包括成骨細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、脂肪細(xì)施、肌肉細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞等。Modino等[14]的研究表明，成體骨髓基質(zhì)干細(xì)胞可作為牙間充質(zhì)的替代物，與胚胎牙上皮細(xì)胞作用形成牙胚，是目前惟一被證明可以被用于牙組織工程的非牙源性細(xì)胞。同時該細(xì)胞由于其多分化潛能和體外可大量擴(kuò)增的特性，將成為頜骨組織工程最有前景的種子細(xì)胞。
2.3 脫落乳牙牙髓干細(xì)胞 2003年Miura等[15]
從脫落乳牙的牙髓組織中發(fā)現(xiàn)并分離出具有高分化潛能的單克隆干細(xì)胞--人脫落乳牙干細(xì)胞(sem cell from human exfoliatedducidonsteeth, SHED)，這是首次從人類自然可替換的器官乳牙獲得干細(xì)胞，并發(fā)現(xiàn)這種干細(xì)胞與血液中干細(xì)胞相似。在體外SHED顯示出比骨髓基質(zhì)干細(xì)胞更強(qiáng)的增殖、克隆形成率和倍增率，基質(zhì)細(xì)胞抗原和CD146(MUC18)表達(dá)陰性，也主要分布在微血管周圍，體外培養(yǎng)具有分化為神經(jīng)細(xì)胞、脂肪細(xì)胞和成牙本質(zhì)細(xì)胞特性，表達(dá)間充質(zhì)和血管相關(guān)的標(biāo)記，經(jīng)礦化誘導(dǎo)或骨形成蛋白4刺激后，SHED在體外也能形成鈣化結(jié)節(jié)，并且與鈣化成骨，成牙本質(zhì)相關(guān)的蛋白表達(dá)增加，體內(nèi)實(shí)驗(yàn)可在免疫缺陷小鼠皮下成骨和產(chǎn)生牙本質(zhì)樣物質(zhì)，在小鼠腦內(nèi)表達(dá)神經(jīng)細(xì)胞的標(biāo)記物逐漸失去了纖維細(xì)胞樣形態(tài)，表現(xiàn)出膠質(zhì)細(xì)胞的特征。目前，對于脫落乳牙牙髓干細(xì)胞在臨床中的應(yīng)用，有待于進(jìn)一步研究。
2.4 牙周膜干細(xì)胞(periodontalligament stem cells ，PDLSCs)
2004年Seo等[16]采用酶消法將健康成年人牙周膜組織制成單細(xì)胞懸液進(jìn)行體外培養(yǎng)，首次分離出牙周膜干細(xì)胞。同時發(fā)現(xiàn)體外培養(yǎng)的牙周膜干細(xì)胞具有比骨髓基質(zhì)干細(xì)胞、牙髓干細(xì)胞更強(qiáng)的增殖率。有學(xué)者采用膠原酶和Dispase酶聯(lián)合消化法培養(yǎng)人牙周膜干細(xì)胞，該方法分離的人牙周膜干細(xì)胞具有干細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)、細(xì)胞周期及表型特點(diǎn)[17]。還有研究學(xué)者利用家犬下前牙牙周膜作為組織來源，消化法獲得牙周膜細(xì)胞，采用細(xì)胞克隆分離培養(yǎng)的方式，成功分離培養(yǎng)了犬牙周膜干細(xì)胞，該細(xì)胞具有很強(qiáng)的克隆形成能力和多向分化潛能。自體牙周膜細(xì)胞可作為牙周組織工程的種子細(xì)胞[18]，但在牙周病損部位，牙周膜細(xì)胞來源非常有限。
不同牙周膜干細(xì)胞克隆珠有不同的分化潛能。PDLSCs經(jīng)誘導(dǎo)也可在體外形成礦化結(jié)節(jié)，表達(dá)堿性磷酸酶或骨唾液蛋白，當(dāng)將其移植至免疫缺陷的小鼠，PDLSCs能產(chǎn)生沿牙周膜結(jié)締組織方向走行的牙骨質(zhì)樣結(jié)構(gòu)。經(jīng)過4~6 個月凍存后的牙周組織中也可以分離培養(yǎng)出PDLSCs，這些干細(xì)胞的性質(zhì)與從新鮮組織中分離培養(yǎng)出PDLSCs沒有顯著差異。因此，牙周膜干細(xì)胞的克隆能力、高增殖能力及其形成牙骨質(zhì)牙周膜樣結(jié)構(gòu)的特性都再次表明了其作為一種新的干細(xì)胞的獨(dú)特性。牙周膜干細(xì)胞作為一種新發(fā)現(xiàn)的干細(xì)胞，以其獨(dú)特的性能和與牙周組織密切相關(guān)的特點(diǎn)，為能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上牙周組織的再生與重建發(fā)揮了重要的作用。
2.5 根尖乳頭干細(xì)胞
正在萌出的根尖部有一特殊的的組織--根尖牙乳頭。與相鄰的牙髓組織相比，根尖牙乳頭質(zhì)地較韌，血管較少從其中分離的干細(xì)胞一根尖牙乳頭干細(xì)胞(stem cell from apical papilla，SCAP)比牙髓干細(xì)胞具有更高的增殖活性，在體外SCAP也可橫向分化為牙本質(zhì)細(xì)胞和脂肪細(xì)胞，并能產(chǎn)生比牙髓干細(xì)胞更多的牙髓-牙本質(zhì)復(fù)合物，CD24是SCAP較特異的表面標(biāo)志物，當(dāng)SCAP轉(zhuǎn)化為牙本質(zhì)細(xì)胞后，CD24的表達(dá)水平降低，因此，SCAP的高增殖潛能和分化能力使之被認(rèn)為是牙組織工程中較有潛力的種子來源[19]。學(xué)者以利用SCAP進(jìn)行生物牙根再生。
2.6 唾液腺干細(xì)胞
目前有關(guān)唾液腺干細(xì)胞的研究較少，而且存在爭論，處于未知狀態(tài)，對于其來源存在著兩種不同觀點(diǎn)：一種觀點(diǎn)認(rèn)為，導(dǎo)管上皮是主要來源;另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，具有增殖分裂活性，停留在腺泡，間質(zhì)中的前體細(xì)胞都可能成為組織損傷修復(fù)時干細(xì)胞的來源。經(jīng)研究表明，唾液腺內(nèi)存在具有多向分化潛能的干細(xì)胞。學(xué)者們認(rèn)為，唾液腺干細(xì)胞與同樣起源于內(nèi)胚層的肝臟干細(xì)胞，胰腺干細(xì)胞，在組織定位、特異標(biāo)志物、分化潛能、分化調(diào)節(jié)等方面均有相似之處，這為唾液腺干細(xì)胞的研究提供了方向。
3 討論
目前口腔干細(xì)胞相對于其他組織干細(xì)胞的研究尚有很大差距，對其分離-培養(yǎng)條件鑒定及橫向分化條件等還知之甚少。隨著研究的深入，可能還不斷會有新的口腔干細(xì)胞被發(fā)現(xiàn)，從而建立完整的干細(xì)胞庫，為口腔各組織的組織工程研究提供可能的組織來源，相信口腔醫(yī)學(xué)必定會隨著干細(xì)胞鄰域的突破獲得飛躍式的進(jìn)步。
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