骨髓间充质干细胞成骨分化在口腔医学中的应用

Application of Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells to Osteogenic Differentiation in Stomatology

摘要: 来源于中胚层的骨髓间充质干细胞(BMSCs)，能够进行自我更新，从而实现多种不同的发育方式。由于其易于体外扩增和外源基因导入等优点，在骨缺损修复中具有广阔的应用前景。近年来，随着组织工程学理论和技术的不断进步，将BMSCs应用于颌骨缺损修复中取得了卓越的成果，改善了颌骨缺损的治愈效果。基于此，本文对骨髓间充质干细胞在口腔医学领域的应用和疗效作一综述，以期为临床医生提供更加科学的理论依据。

Abstract: Bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) deriving from the mesoderm can self-renew and achieve a variety of different development modes. Because of its advantages of easy in vitro expansion and foreign gene introduction, it has a broad application prospect in bone defect repair. In recent years, with the continuous progress of tissue engineering theory and technology, the application of BMSCs in jaw defect repair has achieved excellent results and improved the healing effect of jaw defect. Based on this, this paper reviews the application and efficacy of bone marrow mesenchymal stem cells in stomatology, in order to provide more scientific theoretical basis for clinicians.

1. 引言

BMSCs拥有良好的自身分化潜力，在特定的条件下，可以向成骨细胞，网状细胞，成纤维细胞等间质细胞进行分化，可用于骨缺损疾病的修复治疗[1]-[3]，然而此过程需要复杂的技术支撑，仍面临着许多挑战。BMSCs拥有良好的再生能力，已成为骨缺损修复领域重要的种子细胞[4] [5]，可被用于体内外的治疗。如何进行牙周组织再生、如何干预颞下颌关节紊乱性疾病、如何进行颌面部骨缺损组织修复等问题正日益受到关注。如今在临床上任何形式的创伤、颌骨发育不足及遗传学疾病均可造成颌骨不同程度的缺损，及时有效地处理缺损的骨组织并恢复患者的各项生理功能非常重要。传统的口腔颌面部软组织缺损多以皮瓣移植为主，但易造成供体组织的损伤，BMSCs作为组织缺损修复领域的重要种子细胞，在医学各个领域都涉及大量研究和应用[6]，本文主要阐述BMSCs组织工程在口腔医学领域的最新应用，以期为口腔软硬组织修复与再生提供新的理论依据。

2. BMSCs分离培养鉴定及成骨诱导

2.1. BMSCs的分离培养

根据发现，骨髓中的干细胞体系包括造血干细胞、非造血系统的多向分化干细胞[7] [8]。研究表明，骨髓间充质干细胞在一定条件下可分化为间充质组织细胞群，如成骨细胞、网状细胞、成纤维细胞等，它们都是紧贴着细胞壁生长的，被称为骨髓基质干细胞[9]。BMSCs在骨髓中含量仅占骨髓单核细胞的0.001%~0.01%，且存活率低[10]。因此目前常用的细胞分选技术主要是全骨髓贴壁法、密度梯度离心法、流式细胞分选法等[11] [12]。

2.2. BMSCs的鉴定方法

国际细胞治疗学会(ISCT)于2006年提出了一系列关于BMSCs的最低定义标准[13]，包括：① BMSCs具有良好的贴壁黏附特征；② BMSCs必须表达CD73、CD105、CD90等细胞抗原，不表达造血和内皮细胞标志CD45、CD34、CD14、CD11b；③ BMSCs可被诱导进行体外细胞分离，通过流式细胞术进行细胞分选，这样有助于更好地与造血干细胞区分[14] [15]。另外，还可以通过体外实验证实BMSCs具有多向分化的能力[16]。

2.3. BMSCs成骨诱导

成骨诱导培养基成分包括地塞米松(Dex)、β-甘油磷酸钠(β-GP)和维生素C (VitC)，这些都可以有效促进BMSCs的成骨分化[17]。地塞米松(Dex)是一种新发现的具有促成骨作用的药物，其主要作用是通过调控成骨细胞中类胰岛素的分泌，促进胶原蛋白的合成，进而促进碱性磷酸酶阳性细胞聚集数量的增加[17]；β-丙三醇磷酸钠还可以通过活化碱性磷酸酶，促进钙盐的沉积，从而实现成骨细胞的成骨分化。它能够有效地促进成骨细胞的增殖和分化，从而促进骨再生，提高骨密度。目前最大的骨诱导因子骨形态发生蛋白、碱性成纤维细胞生长因子、血管内皮生长因子等均可以BMSCs为靶点，诱导BMSCs分化为软骨、成骨细胞，具有成骨作用[18]。其它的可以利用中药的提取物进行分化[19]，物理的分化[20]和基因的作用分化。

2.4. BMSCs成骨分化鉴定

通过光学或扫描电镜对液体培养基中的BMSCs进行形态学研究[21]；碱性磷酸酶(ALP)是调控成骨细胞分化的关键因子，其活性与ALP呈正相关，通过ALP染色法[22] [23]可鉴定；研究表明采用Gomori钙钴染色、Von-Kossa染色、钙结节等方法观察BMSCs成骨分化的能力[18]。

3. BMSCs在口腔颌面部骨缺损修复中的应用

3.1. BMSCs治疗颌面部骨缺损

景彩霞[24]等人为使比格犬下颌骨缺损，并将其与骨髓间充质干细胞联合移植至骨缺损处。结果提示BMSCs可能作为一种成骨诱导因子，调控其成骨能力促进成骨，以达到骨缺损的修复与重建。Osugi [25]等学者发现，将含细胞因子的细胞培养基转移到骨缺损所在部位会出现更多的BMSCs，其可促进骨缺损的修复。由此可见，骨损伤必然伴随骨量缺失。通常，正常的骨组织具有较强的自愈能力，可以在自身分泌的骨生长因子及其它细胞因子、激素等的协同效应下，促进新骨的生成，最终实现对损伤的骨组织的结构与功能的恢复。尽管已有大量将BMSCs运用在治疗骨缺损的基础研究，但是仍需进一步增加对这种治疗方法的研究数量和样本量，以便更好地了解它的具体机制。

3.2. 牙槽骨缺损

BMSCs具有重要的组织工程学意义，它不仅能够提供骨髓细胞，还可以有效改善软骨损伤的症状。孙琦[26]等学者研究发现在6周的干预期，模型组与BMSCs组牙槽骨缺损部位的骨密度(BMD)增加，TRAP蛋白表达降低(P < 0.05)，这说明BMSCs可以有效促进牙槽骨缺损部位的再生修复，从而提高牙槽骨缺损患者的治愈率。Jiang [27]等将大鼠上颌磨牙拔除后，将BMSCs-Bio-Oss-bFGF复合物种植于术区，结果显示手术后的BMD显著高于其它组，以上结果表明，BMSC-Bio-Oss-bFGF复合体对牙槽窝修复有较好的促进作用，并对骨组织有较好的保护作用。

Behnia [28]等在牙槽突缺损处植入BMSCs-HA-TCP复合物混合血小板衍生生长因子(PDGF)，骨量提高到51.3%，取得较为满意的成果[29]。通过实验结果可以得出结论，含有PDGF的骨髓间充质干细胞(BMSCs)可以更好地促进成骨，从而实现牙槽骨缺损修复的效果，这对于牙槽骨缺损治疗具有重要意义。

3.3. 牙周组织再生

牙周炎可造成牙周组织进行性损伤，临床上常用的治疗方法有：龈上洁治、龈下刮治以及系统应用抗生素等，这些方法达到保持治疗效果的目的。牙周炎最好的疗法是获得新生牙骨质和牙槽骨。Gomez等[30]将BMSCs作为种子细胞，在达到修复牙周骨缺损的同时，可有效地促进牙周组织的再生。Liu [31]等利用水凝胶技术，将BMSCs源性小细胞外囊泡(BMSC-sEVs)注入实验性牙周炎大鼠模型中，研究显示，BMSC-sEV可以调控巨噬细胞极化，并上调TGF-β1的表达，从而影响OPG-RANKL-RANK通路，有效调节了破骨细胞功能，进一步减轻了牙周炎病变，有效促进牙周组织再生。毫无疑问，组织工程学是具有可行性和前景的牙周组织再生的有效策略。

3.4. 种植体周围的骨再生

为了更好地治疗严重缺损的人牙槽骨，Yamada [32]等学者将BMSCs与血小板血浆(PRP)作为种子细胞的研究，将两者复合物植入骨缺损部位，并在其表面包覆一层可诱导骨再生的薄膜，最终在成骨后植入种植体。研究显示由于BMSCs和PRP复合物在种植体周围的作用可引起骨高度增加、非透射区增加。刘茜[33]等研究者对PRP如何促进种植体周围的骨组织再生进行了深入地探究。通过Micro CT及硬组织切片得出BMSCs膜片与PRP联合使用可以促进β-TCP种植体周围骨组织的再生，加强骨结合能力。这为种植学学在恢复口腔功能方面的应用提供有力的依据。

3.5. 颞下颌关节紊乱病

TMJD是临床上的常见病，目前以保守治疗为主。Jose [34]等利用支架材料与BMSCs，成功构建出与正常髁突组织形态相似的骨–软骨复合体。研究显示BMSCs可通过分泌生长因子或供给营养来促进TMJ的修复，Du等[35]认为BMSCs可通过自身或旁分泌的小分子物质促进损伤组织修复。

4. 结语

综上所述，近年来有关BMSCs的研究和应用取得了很大的进步，其特点是移植简便，成本低廉，不易产生免疫排异反应，因此在临床实践中具有广阔的发展前景。大量的临床试验证明，骨髓间充质干细胞是一种极具潜力的骨缺损修复材料。BMSCs能通过体内外与支架材料共培养及通过调控骨髓间充质干细胞外泌体有关信号通路等方式可治疗颌骨缺损、牙槽骨缺损、牙周组织再生、种植体周围的骨再生及颞下颌关节紊乱病，这对有关口腔医学的研究有一定的启示。但其具体作用机理尚不明确，仍有待进一步研究，以利于进一步开展功能分析、临床试验和长期随访。

NOTES

^*通讯作者。