原发性牙齿萌出障碍病因的研究进展

    原发性恒牙萌出障碍（primary failure of eruption，PFE） 在1981年被提出，定义为没有固连的牙齿因萌出机制异常导致牙齿部分或全部不能萌出，它是造成开的病因之一。PFE患者没有系统性的全身疾病，身高体重、颅骨锁骨发育、激素水平都在正常范围内，也不存在干扰牙齿萌出的局部因素，易被忽视或误诊。
    回顾相关文献，可将PFE临床表现归纳为如下特征。1） 好发于后牙，其中第一恒磨牙最易受累，其他磨牙与前磨牙也可发生，患牙远中的牙齿都会受到不同程度的影响；2） 可累及恒牙列或乳牙列；3） 患牙冠方萌出道正常；4） 患牙可完全埋伏也可部分萌出；5） 正畸牵引无效且会使患牙固连；6） 具有家族聚集性，散发病例可用基因突变解释。
    Frazier-Bowers等将PFE分为三型。Ⅰ型：所有患牙都在同一时段内发生萌出障碍，开的程度基本相同；Ⅱ型：患牙在牙根发育到某一阶段停止萌出，其萌出潜力因牙根发育时间的不同而不同，产生开的程度也不一致；Ⅲ型：Ⅰ、Ⅱ型同时出现在同一患者的不同象限，约占所有PFE病例的24%。
    PFE作为一类临床发病率低、诊疗难度大的罕见病，明确其病因有利于为临床工作者诊断和治疗PFE提供坚实的理论基础及新的思路。本文从基因异常、局部血运障碍、牙周膜结构异常、牙根发育异常、牙齿固连5个方面对PFE病因研究的进展作一综述。
    1.基因异常
    Proffit等提出，PFE的发病离不开基因的异常。Decker等通过基因测序和对数优势记分法明确了一个家系中所有PFE患者均携带有甲状旁腺激素1受体（parathyroid hormone 1 receptor，PTH1R）基因突变位点，Frazier-Bowers等排除了在牙齿发育过程中起到重要作用的四种PFE候选致病基因。
    随后陆续有多位学者对PFE家系进行了基因学研究，进一步证实了PTH1R基因为PFE致病基因，并提出PFE为常染色体显性遗传，具有高度外显率及不一致的表现度。PTH1R基因位于人的第三号常染色体的短臂上（3p22-21.1），其编码的是甲状旁腺激素受体1（PTHR1） 或称甲状旁腺激素相关蛋白受体（parathyroid hormone associated protein receptor，PPR），一种B类G蛋白偶联受体，其配体为人甲状旁腺激素（parathyroid hormone，PTH） 和甲状旁腺激素相关蛋白（parathyroid hormone related protein，PTHrP）。受体与配体结合后可转导cAMP和Ca2+，激活第二信使信号系统：腺苷酸环化酶/蛋白激酶A通路和磷脂酶C/蛋白激酶C通路。
    PTH的主要功能为调节血液中的钙磷浓度，一些PTH1R基因变体导致的氨基酸取代会使细胞对PTH的反应性降低。PTHrP与PTH同源，在牙胚的发育过程中主要由牙囊中的星网状层细胞分泌，含有PTHrP的牙囊细胞可分化为牙周膜成纤维细胞、成牙骨质细胞，成骨细胞。PTHrP-PPR的自分泌信号调节是牙齿萌出及牙根形成的关键，参与主要信号通路Wnt/β-catenin和转化生长因子-β/骨形态发生蛋白，调控牙骨质形成及牙周膜附着。
    当PTH1R基因发生杂合突变时，PPR单倍体剂量不足将导致PFE的发生，其只在牙齿中显示出表型，而患者身体其他骨骼元件均正常，缺乏全身性的可识别征象。继确定PTH1R基因为PFE致病基因后，多位学者就变异位点与临床表型的关系进行了探究。Grippaudo等总结了PFE患者的几种PTH1R基因变体：内含子剪接、同义变体、错义变体、无意变体、移码突变，其中后两者更易致病，并决定了PFE好发于后牙、远中牙齿受累、牙槽嵴高度不足等特性。
    结合国内学者的统计分析可知，突变发生在外显子组的患者数量最多，临床表现相对严重，其牙列受累范围更广，多伴骨性III类错及明确的家族史。这与外显子的突变多为影响蛋白质或酶的功能性突变有关，内含子组和SNP组则无明显特点。但由于PTH1R基因突变产生的PFE临床表型太过广泛，二者之间的联系尚未完全明确。另外，多项研究表明PTH1R基因突变的致病机制可能为影响牙周组织的发育。
    Tokavanich等持续对比PFE模型小鼠与正常小鼠牙根的锥形束CT （cone beam CT，CBCT）图像后发现，自小鼠出生后第25天起，患牙萌出速率和萌出高度显著低于对照组，根间牙槽骨高度也低于正常水平。小鼠牙周组织于出生后第25天开始生长发育，故Tokavanich等推测PTH1R基因异常通过影响小鼠牙周组织的发育干扰牙齿萌出。Takahashi等发现，PTHrP-PPR的自分泌调节会通过抑制Mef2c的过早表达来抑制牙囊干细胞中骨或牙骨质基质蛋白的上调，从而防止干细胞过早分化为成牙骨质细胞。
    而一旦PTHrP-PPR信号传导中断，则会导致牙骨质过早形成，牙周附着缺陷、牙根畸形和牙齿萌出失败。Ono等发现间充质细胞PTHR1的完全丧失会使牙萌出失败，伴牙根明显截短、牙周膜缺失；Cui等通过实验发现PTH1R基因敲除小鼠的牙周膜纤维排列紊乱。以上研究强烈提示PTH1R基因异常对牙周发育有着重要影响。目前已发现的与PFE相关的PTH1R基因突变位点多达50 余个，但并非所有PFE患者均有PTH1R基因异常，提示可能还有其他致病基因存在。
    Assiry等对一个PFE家系中的个体进行了外显子测序，发现受试者均携带有KMT2C基因突变位点（c.1013-2 A>G）。KMT2C是一种组蛋白甲基转移酶，其家族的另一个成员KMT2D参与调控牙齿的发育，模块结构工具测得KMT2D与KMT2C的蛋白域结构高度相近。结合计算机致病性预测分析，Assiry等认为，KMT2C基因是与PFE相关性最强的候选致病基因，并提出KMT2C通过对WNT基因缺陷的组蛋白修饰来影响牙发育，其突变后的致病机制与WNT基因突变导致牙齿发育异常的机制相似。
    2.局部血运障碍
    基于PFE可发生在单侧、累及单颗牙这些特性， 多位学者认为PFE的病因与局部血运障碍有关。研究发现，牙齿从破龈至到达平面不是一个连续过程，而是表现为生物周期性特征，萌出只发生在晚上8时至午夜1时，此时儿童全身生长激素水平最高，在高激素水平作用下，萌出牙根尖周血管局部血运变得尤为丰富，促进牙齿萌出。
    Cheek等将光栅连接在8位儿童的在萌牙上，分别于根尖区域注射1.8 mL的2%利多卡因及1.8 mL的2%利多卡因+2%肾上腺素，使根尖周血管舒张或收缩，使用分辨率为0.5 μm·h-1的显微镜及光纤录像机追踪观察牙齿的萌出过程并记录2个下午及2个晚上共4个周期的萌出数据，结果发现：1） 局部注射使组织压力增大，牙齿受压后会从牙槽窝中萌出；2） 根尖区血管舒张使牙齿在注射后有一快速萌出期，平均时长持续170 s；3） 血管发生收缩的牙齿萌出速率变慢，甚至表现为嵌入。由此得出结论：牙周膜内局部血流的变化对牙齿萌出有直接影响，当血流更丰富时，牙齿的萌出速度更快，反之亦然。
    有学者测量发现，尖牙的萌牙牙根周围区域的组织压力会比方大，遂推测根周组织压力增加有助于牙齿的萌出，关于这种压力的调控机制。Picton认为，牙周膜中大量的血管通过调节蛋白聚糖和液体成分的聚集来改变牙周组织的渗透压及局部血运，从而调节根尖区流体静学压力，影响牙齿的萌出。因此，PFE患牙的发病机制可能与根尖局部血运障碍导致牙齿萌出动力不足有关。
    3.牙周膜结构异常
    牙周膜是连接牙骨质与牙槽骨的致密结缔组织，其正常的结构是牙齿移动与萌出的先决条件，不少学者也从牙周膜的角度着手探究PFE的可能病因。牙周膜纤维结构随着牙齿的萌出而改变。牙齿萌出分为3个阶段，即萌出前期、萌出期和萌出后期。萌出前期，牙胚移动方向上的牙槽骨发生改建；萌出期牙根生长伴萌出道形成；萌出后期牙齿抵达平面，为适应颌骨的生长和牙根发育继续向移动约1cm。
    牙周膜形成早期，胶原纤维的排列杂乱无章，发育至萌出后期开始成熟，空间中的纤维数量增多，其排列方向在咬合力的作用下发生功能性改建，最后形成起自牙槽骨、成45°根向斜行埋入牙骨质的网状结构。正常牙周膜通过成纤维细胞内的收缩性细丝与外部纤维结构相连，将收缩力传递至牙根表面，产生与牙周膜纤维方向一致的牵引力以抵抗软组织压力及咬合力，促进牙齿萌出。
    Moxham等用阻止胶原纤维交联的山黧豆素对动物和人类进行实验，观察到牙齿的萌出速率显著降低甚至停滞，证实了牙周膜为萌出后期的牙齿提供萌出动力。值得注意的是，Proffit等认为只有当胶原纤维束的方向成功改建为支持咬合力的方向时，纤维的交联和收缩才能为牙齿萌出提供潜在动力。而PFE患牙均低于平面，由于缺乏咬合力的重塑作用，其纤维方向可能与正常牙有所差异，此种情况下牙周膜纤维收缩产生力的方向会发生何种变化，能否使牙齿继续向移动还需进一步研究。
    研究发现，PFE患牙具有方移动困难、侧方有限移动的特性，笔者指出这种移动选择性与牙周膜纤维的方向异常有关。正常结构的牙周膜可将咬合力转化为牵引力分散至牙槽骨中，使牙齿具备219.52~669.34 N力的牙周潜力。当牙周膜纤维的力学性质不变，只有方向相反时，理论上可使牙承受与咬合力等大反向的力。正常情况下伸长牙齿所需力值仅为0.343~0.588 N，远小于此时需克服的阻力，不能移动牙齿。如果为了移动牙齿而施加持续的重力，会破坏牙周膜结构，使其变性坏死。而当牙水平移动时，张力区主要集中在没有斜行组纤维分布的牙颈部、根尖区，患牙对水平方向的牵引力正常响应，可发生一定程度的侧向移动。
    4. 牙根发育异常
    已有报道中多数PFE患牙的牙根发育是正常的，Hanisch等统计的109例患者中只有11例伴有牙根问题。有学者用金属人工牙替换牙囊内天然牙，观察到在无牙根生长的情况下人工牙可继续萌出；Berkovitz等将16只小鼠右侧下颌切牙的牙根截断，发现其中11只小鼠的切牙继续萌出至牙槽嵴。以往研究表明，牙根的生长非牙齿萌出的必需因素，而近年来一些研究结果则显示：牙根生长与牙齿萌出相互作用。
    Sarrafpour等通过有限元分析得牙根形成与颌骨生长相结合可使牙根方产生静水应力，使牙在适当的发育阶段萌出。另外，牙根形成与牙萌出的分子机制通过间充质干细胞耦联，促进牙根形成的牙间充质干细胞可以直接和间接地调节牙齿萌出。
    综上所述，牙根的生长不是萌出的主要动力，牙根异常作为PFE病因的可能性较小，其更有可能为调控萌出及根发育的某一共同分子机制异常时的另一结果。牙根问题也可能为PFE 的表型而非病因。Marks等观察到当牙根生长速度小于萌出速度时，根尖区会有骨质生长，反之牙囊基底骨质吸收以确保根长与周围牙槽骨相协调，证明牙根生长在牙齿萌出过程中可调控萌出速率及改建牙囊根方骨质。
    White等认为当牙齿萌出受阻时，根尖部的生长会让牙齿整体向相反方向移动，从而导致一些不常发生骨吸收的部位吸收，这种情况可使牙根弯曲变形。而牙根与骨皮质接触后有吸收的可能，由此推测PFE患牙萌出停滞导致牙根生长速度大于萌出速度，根据牙根与牙槽骨接触情况的不同可能产生弯曲或吸收等不同临床表现。最后，Ⅱ型PFE患牙在牙根发育至同一阶段时停止萌出，其萌出潜力和开程度因牙根发育进展不同而产生差异，故有学者认为牙根生长与PFE分型有某种潜在的联系，但具体机制尚不明确。
    5.牙齿固连
    固连是牙骨质与牙槽骨粘连导致的牙齿萌出困难，其病因可为牙周组织发育障碍、牙外伤、超负荷咀嚼力导致牙周膜撕裂，牙槽骨和牙骨质沉积失衡等。与PFE一样，若患者生长发育未停止，固连的牙齿会随周围软组织和邻牙的生长逐渐被牙龈覆盖，表现为“下沉”。固连牙会逐渐失去生理动度，当固连面积大于牙根面积的20%时，患牙因缺乏牙周膜缓冲而产生实性叩诊音。过去临床上把固连归为继发性牙齿萌出障碍，常与PFE相鉴别。但由于二者之间有某些相似的特性，有学者猜测固连与PFE不是完全独立的两类疾病，固连可能为PFE的病因。
    固连好发于多根牙的根间或根分叉区，故后牙比前牙多发。由于PFE常累及后牙，推测其发病机制可能与多根牙牙根的小面积粘连有关。另外，有学者发现一些PFE患者口内同时存在固连牙。Kanno等对一名PFE患者进行长期追踪观察后发现该患者在成年后出现了患牙的自发性再萌，推测其在颌骨生长发育过程中，牙槽骨的改建破坏了固连位点，使萌出阻力消失，从而实现再萌。此外，Ono等发现，缺乏PTH1R基因的小鼠不能产生牙周膜，其牙根会与周围骨质发生粘连。这些现象为固连与PFE的相关性提供了依据。当固连面积很小或只发生在颊舌侧时，X线片的二维性和重叠性会使影像学检查结果出现假阴性，而CBCT对固连的诊断具有假阳性，影像学资料不能作为判断PFE患牙是否固连的标准。
    到目前为止，尚无资料能准确证明PFE患牙中是否有固连的发生。Frazier-Bowers等认为，虽然牙固连的检出率非常低，但小范围的粘连同样可以造成萌出障碍，因此仍应将固连视为PFE的潜在病因。
    6.结语
    通过对已有研究进行回顾，可以明确以下几点：1） 已证实PTH1R为PFE的致病基因，其致病机制可能与影响牙周组织发育相关，有研究表明KMT2C为PFE的最强候选致病基因；2） PFE患牙可能因局部血运障碍影响根尖周组织压力导致萌出动力不足；3） PFE患牙的牙周膜结构异常时会对牙齿的萌出和移动产生双重影响；4） 牙根生长不是萌出的必需因素，牙根异常可能是PFE的表型而非病因，或提示着某种分子机制的异常；5） PFE患牙的牙根可能存在小面积固连，决定了其好发于后牙的特性。多数PFE病因猜想仍处于假说阶段，现有研究的不足主要为牙齿萌出机制未明。
    另外，由于很难观察到未离体PFE患牙的牙周膜纤维走行，有关牙周膜结构异常假说的进一步验证受到了限制。明确病因对PFE的早期诊治具有重要意义，今后还需更多深入的研究。