牙髓干细胞的研究新进展

牙髓干细胞 (dental pulp stem cells, D PSCs) 是指存在于成年机体牙髓组织中具有自我更新和多向分化潜能的未分化细胞或称为前体细胞, 是由美国学者Gronthos等于2000年首次提出。经过“实践~认识~再实践”的过程, 对牙髓干细胞的认识和研究有了更深一步的发展。本文对牙髓干细胞的研究新进展做一综述。

1 牙髓干细胞的命名

牙齿出生后, 若受到轻度刺激可进行牙本质的再生和修复, 此过程是由成牙本质细胞参与形成的。而成牙本质细胞为终止细胞, 一旦分化不能再分裂, 因而推测这种局部修复能力是由能分化为成牙本质细胞的祖细胞群落维系的, 并且这类祖细胞群落就存在于牙髓中。但目前对于这种祖细胞群落知之少, Couble等对发育早期的牙髓进行体外培养, 发现可分化形成成牙本质细胞, 并出现矿化结节, 在实验中加入B~甘油磷酸钠诱导分化后, 牙髓细胞出现极化, 形成突起, 并分泌基质, 而后出现矿化, X~线显微分析表明有钙、磷的沉积, 电子衍射证明矿化中晶体结构的存在, 从而证实了牙髓中存在着能分化为成牙本质细胞的祖系细胞群。Gronthos等利用酶消化的方法, 将人类健康的第三磨牙牙髓制成单细胞悬液并培养, 得到具有形成细胞克隆能力和高度增殖能力的细胞, 将其命名为牙髓干细胞 (DPSCs) 。对DPSCs的研究尚在进行之中, 最近, Miura从脱落乳牙的牙髓中分离到具有多向分化能力的干细胞, 将其命名为SHED (stem cells from human exfoliated deciduous teeth, SHED) 。SHED体外培养时表现的性质与DPSCs有一定的相似性, 因而脱落的乳牙牙髓是否可以成为牙髓中干细胞的又一来源, 尚需进一步的研究证实。

2 牙髓干细胞的性质

2.1 高度的增殖能力

目前骨髓基质干细胞 (bone marrow s troma cells, BMSCs) 研究较为成功, Gront hos借鉴BMSCs的研究方法, 将DPSCs和BM SCs进行了对比研究。在体外培养的细胞中加入溴脱氧尿嘧啶 (Brdu) , 然后检测第一代DPSCs和BMSCs的增殖率, 发现在体外培养中DPSCs的增殖率比BMSCs更高, DPSCs平均约有72%Brdu阳性细胞, 而BMSCs约有46%Brdu阳性细胞, 并且DPSCs在以后的传代中依然保持着较高的增殖能力。研究表明B MSCs可从骨髓抽取液中分离到, 贴附于培养板上, 通过适当的刺激开始增殖可形成克隆, 所获得的每一个克隆来源于一个干细胞。Gron thos将牙髓细胞悬液和骨髓细胞悬液中克隆形成率作了对比, 结果发现成人牙髓细胞具有较高的克隆形成能力, 可以推测牙髓细胞悬液中的干细胞含有率较高。

2.2 自我更新能力

Gronthos从原代DPSCs移植物中分离出基质样细胞, 在体外培养扩增后, 再植入10周龄的免疫缺陷小鼠皮下, 结果又形成了牙本质~牙髓样复合体, 对形成的牙本质进行免疫组化检测, 发现其抗牙本质涎磷蛋白 (dentinsialopho sphoprotein, DSPP) 阳性, 证实DPSCs具有自我更新的能力。

3 牙齿组织工程学

3.1 生长因子对DPSCs的作用

Iohara等研究发现, BMP2能够刺激牙髓细胞分化为表达DSPP的成牙本质细胞。Saito等也发现, BMP2能促进牛和人单层培养和三维胶丸培养的牙髓细胞分化为成牙本质细胞。Keklikoglu等认为, 转化因子AP21家族的成员之一Fos B在成牙本质细胞和牙髓未分化间充质细胞的分化和增生方面有重要作用。贺慧霞等发现, b FGF能显著促进人DPSCs的增生, 且具有浓度和时间依赖性, TGF2β促增生作用较弱, 二者联合应用, 未见显著提高促进增生作用, 而促分化作用显著增强, 细胞形态明显改变, 碱性磷酸酶活性显著提高, DSP和牙本质基质蛋白1 (dentin matrix protein1, DMP1) 阳性表达, DPSCs向成牙本质细胞分化。而据Mo ioli等的研究, TGF2β能诱导DPSCs向成牙本质细胞分化。

3.2 DPSCs的回植

Zhang等将体外培养的人第三磨牙DPS Cs与海绵胶原、多孔陶瓷和纤维钛网3种三维支架复合, 并分为2组, 第1组在诱导成骨的培养基中培养4周, 第2组植入裸鼠皮下6周。结果表明, 在第1组的3种支架材料中均可见丰富的细胞外基质矿化沉积, 并有DSP P的表达, 第2组均可见DSPP阳性的组织形成, 但是此种组织与牙本质不同, 更像结缔组织, 而且仅在多孔陶瓷材料上有细胞外基质矿化。

4 DPSCs与牙髓组织的修复再生

Nakashima等应用电穿孔法将生长分化因子11 (growth differentiation factor11, Gdf11) 基因导入DPSCs, 诱导其分化为成牙本质细胞, 以促进牙本质形成和牙髓修复。结果发现, Gdf11能诱导DPSCs分化, 并表达牙本质涎蛋 (DSP) , 在犬牙髓损伤模型中可形成修复性牙本质。DPSCs的研究仍面临许多问题, 如DPSCs的特异性标志是什么?在牙髓组织中的确切定位如何?如何定向诱导DPSCs的分化?DPSCs的体外培养难以大量扩增等。有些问题还存在争议, 如DPSCs是否表达DSPP。这些问题和争议提示DPSCs应用于临床还有很长的路要走, 但DPSCs在牙髓组织的修复和牙齿组织工程中有广阔的应用前景, 并有可能取代现有的牙齿缺损或缺失的治疗方法, 导致牙体牙髓治疗的革命, 因为恢复天然健康的牙齿是必然的发展方向。

总之, 随着科研新技术的不断应用, 各个组织中干细胞的研究将日趋完善。DPSCs的发展也面临许多问题: (1) 寻找DPSCs特异性标志; (2) 研究DPSCs在牙髓中定位; (3) 探讨调控DPSCs分裂、分化的机制; (4) 进一步研究DPSCs的体外定向分化和增殖的条件。随着这些问题的深入研究和解决, 我们有理由相信牙髓干细胞将具有极其广阔的应用前景, 它在研究与应用方面上的成功, 将在口腔医学史上产生深刻的影响。

摘要：牙髓干细胞是存在于牙髓组织中的一种成体干细胞, 具有高度增殖、自我更新的能力和多向分化的潜能。牙髓干细胞的研究对牙组织工程和牙齿的再生将产生重要的意义。

关键词：成体干细胞,牙髓干细胞,牙组织工程,再生

参考文献

[1] GronthosS, MankaniM, BrahimJ, et al.Postnatal humandental pulp stem cells (DPSCs) in vitro and vivo[J].ProcNatl Acad Sci USA, 2000, 97:13625213630.

[2] 贺慧霞, 金岩, 史俊南, 等.人DPSCs的体外分离、培养及鉴定[J].临床口腔医学杂志, 2004, 20 (9) :515～517.

[3] HaradaH, Kettunen P, Jung H S, et al.Localization of putative stem cells in dental epithelium and their associationith Notch and FGF signaling[J].J Cell B iol, 1999, 147:1052120.