降钙素基因相关肽对种植体周围神经、血管再生及骨结合的作用

　　降钙素基因相关肽对种植体周围神经、血管再生及骨结合的作用

　　向琳陈晖璐袁影 张勤辛娜 宫苹

　　口腔疾病研究国家重点实验室国家口腔疾病临床医学研究中心

　　四川大学华西口腔医院种植科成都610041

　　[摘要] 降钙素基因相关肽( CGRP)系一类主要由感觉神经释放的生物活性神经肽类物质。近年来，CGRP在币p植体骨结合过程中的调节作用已受到该领域的广泛关注：CGRP阳性神经纤维存在于种植体周的骨组织中：CGRP与种植体周微血管的分布相关联，提示CGRP与局部以微循环为主的血管再生可能存在某种联系;此外，CGRP能够促进周同神经再生，CGRP阳性神经纤维在种植体周呈规律性分布变化。本文就CGRP对牙种植体骨结合和以微循环改建为主的血管再生以及周围神经再生的研究进展作一综述。

　　[关键词]牙种植;降钙素基因相关肽;骨结合;微循环;周围神经

　　[中图分类号] R 783.6 [文献标志码]A 【doiJ 10.7518/gjkq.2018.05.003

　　Research progress on calcitonin gene-related peptide on peripheral nerve, vascular regeneration and osseointegration around implants Xiang Lin, Chen Huilu, Yuan Ying, Zhang Qin, Xin Na, Gong Ping. (State Key Laboratory of　Oral Diseases & National Clinical Research Center for Oral Diseases & Dept. of Implantology, We.st China Hospital of　Stomatology, Sichuan University, Chengdu 610041, China)

　　This study was supported by National Natural Science Foundation of China (81701007), Sichuan Science and Technology

　　Program (2018R20087), the Fundamental Research Funds for the Central Universities (201 7SCU12056, 201 8SCUH0006),Project funded by China Postdoctoral Science Foundation (2018M631091) and Youth Science Foundation of West China　Hospital of Stomatology of Sichuan University (201 6- 1 1).

　　[Abstract] Calcitonin gene-related peptide (CGRP) is a class of biologically active neuropeptide substances mainly　released by the sensory nerve. In recent years, the role of CGRP in osseointeration around implants has received wide　attention: CGRP positive nerve fibers are present in the bone tissue around the implant; CGRP is associated with　the distribution of the capillary vessels around the implant, which suggests that CGRP may have a link with local　revascularization on the base of microcirculation. In addition, CGRP could promote the peripheral nerve regeneration, and　CGRP positive nerve fibers show regular changes in implant circumference. This paper will make a review ofthe research　progress of CGRP on peripheral nerve, vascular regeneration and osseointegration around implants.

　　[Keywords] dentalimplant; calcitoningene-relatedpeptide; osseointegration; microcirculation; peripheralrierve

　　种植体与颌骨组织形成良好的种植体.骨界面是种植义齿成功的关键，同时也是牙种植体行使功能的重要基础。种植体周围的骨改建存在于其行使功能的整个时期，而植体周同神经、血管再生也贯穿这一过程始终，种植体周成骨、成血管及周围神经再生之间的相互作用已成为该领域的一大研究热点。与此同时，随着近年来生物化学技术的迅速发展，种植体表面的生物化学改性已受到国内外学者的广泛关注。它是指将某些特殊蛋白、酶或肽等外源性生物分子固定在植体表面，或是将前述生物分子直接引入到种植体一骨界面，期望通过这些生物分子诱导局部相关细胞的募集、分化和组织重建，在整体上调控植体周同的组织再生与重建。既往文献报道，促进牙种植体骨结合的有效途径之一即为外源性引入某些特定生物分子至种植体周。近年来，降钙素基因相关肽( calcito-nin gene-related peptide，CGRP)对种植体周骨代谢的调控作用已引起广泛关注;CGRP阳性神经纤维在种植体周呈规律性的分布变化，并与局部微血管的分布相关联，由此提示CGRP可能与种植体周以微循环为主的血管再生存在某种联系;此外，CGRP能够促进周罔神经再生，CGRP阳性神经纤维在种植体周呈现出规律性的分布变化，将其应用于植体周围，有望改善种植体的骨感知能力。鉴于CGRP具有前述潜在生物学效应，其已成为牙种植领域国内外研究的热点。1CGRP及其受体的结构与分布CGRP是Amara等l1 J于1982年在甲状腺髓样癌组织中借助基因_J：程手段发现的一类生物活性神经肽类物质，主要由感觉神经释放，其来源主要是背根神经节的神经元细胞，并经由轴浆运输至神经末梢，在胞浆中以分泌颗粒的形式储存[2-3]，广泛分布在周围神经和中枢神经系统[4]。CGRP包括C、B两个亚型，aCGRP能够刺激骨形成，而3CGRP在这一过程中并不发挥重要作用[5]。CGRP的受体系Ⅱ型跨膜G蛋白偶联受体，由降钙素受体样受体( calcitionin receptor-like receptor，CRLR)、受体活性修饰蛋白(receptor activity moaifyins protein，RAMP)及受体成分蛋白(re-　ceptor component protein, RCP)结合形成3类CGRP受体[6-7]。多种细胞表面表达CGRP受体，Russell等[s]的研究表明，CGRP作用于有关细胞、产生系列生物学效应的一大前提是其与细胞表面的相应受体结合，进而激发多种细胞生物学行为，参与调节组织的修复再生。

　　2 aCGRP对种植体骨结合的影响

　　骨组织是与牙种植体广泛接触的组织，牙种植学基本理论——骨结合，即植入骨内的种植国际L』腔医学杂志篼45卷5期201 8午9门 www.目kqyxzz.cn体与骨组织之间的直接连接，探讨种植体骨组织界面的物理现象、组织细胞现象以及分子现象之间的内在联系，对于深入了解种植体植入后骨结合界面改建的机制具有重要意义。

　　在骨吸收与骨形成的动态平衡过程中，骨组织细胞包括成骨细胞、破骨细胞、骨髓间充质干细胞、骨衬细胞和骨细胞均发挥着各自的作用，其中破骨细胞与成骨细胞是日前研究较集中的2种骨改建相关细胞。成骨细胞通过骨保护素( osteo-protegerln，OPG)和核因子KB受体活化因子配体( receptor activator of nuclear factor KB ligand,RANKL)通路调控破骨细胞的成熟。破骨细胞使无机质脱矿，同时分泌多种溶酶体酶，可吸收种植手术备洞后产生的坏死骨质及骨折碎片，适当的破骨细胞性骨吸收是必不可少的。随后，成骨细胞分泌骨基质形成新骨，完成种植体的骨结合。而作为骨组织中数量多的骨细胞，不仅是骨的主要支柱，同时能够感受骨内的机械刺激信号或微小损伤，启动破骨细胞性骨吸收，继而成骨细胞分泌骨胶原及骨蛋白纤维，并利用钙、磷进行沉淀结晶，形成新的骨组织。、有趣的是骨细胞内检测到神经源性标志物以及神经递质相关受体，骨细胞是否属于神经成骨网络中一员，这一猜想引起了学者的广泛关注，开拓了从骨细胞的神经源性表达物出发、探索骨细胞感应刺激并协调成骨、破骨细胞活性的全新视角，而神经系统有望通过作用于骨细胞等骨代谢级联细胞启动并调控骨的改建过程。多项研究【o一.z]显示，CGRP通过调肖成骨细胞分化和抑制破骨细胞形成从而发挥其对成骨效应的促进作用。现有研究[-，]发现，CGRP影响骨吸收过程中的OPG/RANKL通路。Notoya等『14l发现，aCGRP通过作用于破骨细胞卜的降钙素刺激样受体抑制破骨细胞性骨吸收。另有研究『15-16j发现，CGRP通过调控成骨细胞内Ca2+、蛋白激酶C( pro-tein kinase C.PKC)的浓度促进其增殖、分化。此外，CGRP长期作用于骨改建相关细胞、进而产生各种生物学效应的基础是其与细胞表面的相应受体结合，从而激发一系列细胞生物学行为。Ler-ner[5J在研究CGRP受体在骨改建细胞表面的表达情况时得出，CRLR的mRNA表达于成骨早期的成骨细胞和成骨细胞系，多核破骨细胞中也可检测到其mRNA的表达。徐格等[17]的研究表明，成骨细胞及骨髓间充质干细胞表面均检测到CGRP受体存在。本课题小组的前期研究结果也显示，种植体周骨组织中有CGRP阳性神经纤维存在，CGRP可促进小鼠骨髓间充质干细胞( bone marrow-derivedmesenchymal stem cell.BMSC)迁移及成骨向分化，并可实现对小鼠成骨细胞的骨向诱导。Zhou等[1 8]通过测量与Wnt通路相关的部分mRNA和蛋白的表达，发现CGRP通过Wnt通路促进BMSC成骨向分化。本课题组进一步采用CGRP基因敲除小鼠模型研究CGRP对种植体骨结合的作用，发现敲除CGRP基因后，小鼠骨生成量减少，该结论与Liu等[19]的研究结果，即缺乏CGRP会抑制种植体周骨生成是一致的，表明CGRP对种植体骨结合具有重要的生理意义。因此，CGRP有望作为研究神经肽类物质调控种植体骨结合的新突破点，Zhang等[zo]发现，骨植人体所含有的可降解镁能促进骨外周皮层和背根神经节分泌大量CGRP，从而促进骨折愈合，这也为CGRP在种植体周的应用提供了一类思路。而CGRP能否通过级联调控成骨前体细胞、成骨细胞、破骨细胞以及骨细胞进而实现对骨改建各个环节的有效调控，目前的研究尚未能揭示这一级联反应调控程序，其中涉及的分子信号通路研究还不完善，尚待进一步探究。

      3 aCGRP对种植体周微循环改建的作用

      微循环的主要功能是实现组织液与血液之间的物质交换，即：排出CO，和代谢废物，输送0.和营养物质。微循环能否正常、有效运行，是评估机体健康状态的一类重要标志。种植体局部发生微循环障碍，可导致成骨相关细胞对养料摄取不足，同时代谢产物持续在细胞中堆积，从而引起血管内皮细胞的损伤，后者结构的改变一方面导致种植区域微循环障碍，而微循环障碍又可直接造成组织缺血损伤，阻碍骨结合进程。种植体周丧失天然牙周膜供血，其局部微循环薄弱于天然牙周组织。种植体周软组织内血流量也显著低于天然牙[21]。Nakamoto等【221发现，前牙区口腔种植伴同期植骨患者的种植体周软组织血流量显著低于不伴植骨患者，并提出可能与前牙区口腔种植失败高发密切相关。多项研究表明，合并微循环障碍的患者，种植失败风险增加。Fiorellini等的1项回顾性研究显示，糖尿病患者的种植平均成功率(约为85.6%)明显低于健康缺牙患者。微循环障碍影响种植区域血供，导致种植骨质生成减少。王洪亮等的研究表明，糖尿病状态下微血管损伤的通路环节可能在于PKC的激活，PKC激活后会对种植局部微血管功能产生影响。基于此，微循环在种植体周组织修复再生过程中发挥着至关重要的作用。作为当前已知的强扩血管物质之一，CGRP对外周血管有明显扩张作用，可保护受损血管内皮，有效改善微循环。循环系统中的CGRP主要来源于血管壁上感觉神经末梢的不断释放，血管内皮细胞自身也能合成部分CGRP，内皮源性CGRP可能作为神经源性CGRP的补充，通过旁分泌和自分泌方式维持微循环(微动脉、微静脉和毛细血管)的结构和功能。多种疾病包括动脉粥样硬化、高血压、偏头痛等的发生均与CGRP水平变化密切相关。Li等[z，】在研究CGRP防治动脉粥样硬化的疗效时发现，CGRP作用的靶环节可能是保护损伤的血管内皮细胞。Mai等[zs]发现aCGRP基因敲除小鼠的平均血压升高，而Smillie等fz。]发现在aCGRP基因敲除小鼠和野生型小鼠的基础血压没有显著差异，上述2个实验提示CGRP能扩张血管，增加组织灌注，这可能对血管紧张素Ⅱ引起的外周血管收缩从而导致的高血压起预防作用f 7】。Meleagros等[30]和Tang等[3l]报道，CGRP还与微循环障碍时的炎症反应密切相关，缺血会引起大鼠肠释放CGRP，从而产生一种类炎症反应，增加组织再灌注，有效改善微循环。由此可见，CGRP对改善微循环具有非常重要的生理意义。本课题小组前期研究CGRP在种植体周的表达及分布时发现，CGRP阳性神经纤维在种植体骨结合进程中出现规律性的分布变化，同时观察到其与局部微血管的分布关联性，由此提示，CGRP作为感觉神经的一种代表性神经肽，其在种植体周的分布与局部微循环的正常运行存在某种联系。 对骨代谢的新研究发现，微血管的发生、发育，对于骨小梁管腔内膜和皮质骨哈维斯系统发生的骨改建以及软骨及软骨下骨表面的动态平衡维持起着至关重要的作用。现有研究[。z]表明骨改建过程中，各级骨相关细胞均可分泌成血管相关因子。Tuo等[33]研究发现，CGRP可刺激人脐静脉内皮细胞增殖活性、迁移能力及分泌血管内皮生长因子( vascular endothelial growth factor,VEGF)，从而促进微血管的生成。王钊等【3t】在探究CGRP通过BMSC促进血管生成的机制时发现，CGRP可促进BMSC早期迁移至损伤局部发挥生物学效应，并可上调VEGF的表达、促进局部微血管的发生，为成骨相关细胞提供营养。Bo等[”]通过探究成骨细胞与内皮细胞共培养体系发现，CGRP对成骨、成血管有协同效应。同时，新生血管的形成也有利于CGRP血管舒张作用的发挥，通过调节损伤局部血流、加速血运重建共同促进骨组织及神经组织的修复。廉凯和杜靖远[36]jf2道，CGRP的扩微小血管作用可加速骨损伤部位的血液循环，促进组织再生相关前体细胞的迁移、聚集和增殖。因此，种植体周微循环能否正常运行关系到骨代谢级联细胞功能的发挥和骨组织结构的恢复重建。

　　4 aCGRP对种植体周围神经再生的影响

　　随着对骨组织修复细胞及生化机制研究的深入，发现多种细胞因子、神经生长因子在骨改建过程中发挥着极其重要的作用。据报道[37-38]，骨折患者合并有中枢神经系统损伤时，其骨折愈合的时间明显短于正常骨折愈合时间，而合并有周围神经损伤的骨折患者，其骨折的愈合时间明显延长。感觉神经和白主神经广泛分布于正常骨组织及软组织，神经纤维在骨髓腔、干骺端及骨膜等代谢活跃的区域分布较多，且常与血管结构伴行，参与调节骨组织损伤后的修复再生[，9]。以上发现引起了诸多国内外学者的关注，神经系统有可能参与了骨组织的修复再生。牙齿缺失后，牙周膜中的Ruffini小体丢失，种植手术过程也会损伤颌骨内及周围软组织中的神经纤维。

　　20世纪90年代，Branemark教授提出了“骨感知”的概念，至2005年由多位学者达成共识，完善定义：1)来源于骨锚式修复体，通过肌肉、关节、黏膜、皮下和骨膜内等机械感受器传导的机械性刺激;2)中枢神经系统在该过程中发生适应性改变[40-41]。即患者可通过外周神经和中枢神经系统感受到种植体接受的刺激。Lambrichtsc42]在即刻种植后，观察到种植体周的神经组织。Wang等[43]同时也发现牙种植体周的神经纤维密度随时间增加。由于神经纤维再生困难，种植体对于咬合压力的敏感阈值为天然牙的1 0倍左右。如何有效促进种植体周围神经再生、改善种植体的骨感知能力以及相关影响和机制已受到越来越多的关注。

　　本研究小组前期工作发现，神经在骨改建过程中发挥重要调节作用，其神经末梢分泌的神经肽在局部骨组织和神经系统之间起着十分重要的桥接作用，参与调控骨代谢相关细胞的生物学行为。

　　新近研究发现，生理状态下CGRP阳性感觉神经纤维约占全部感觉神经的50%，而神经轴突损伤后CGRP的表达量显著增加，超过90%的再生轴突中有CGRP表达。Toth等[删证实，损伤轴突局部合成的CGRP能够通过作用于雪旺细胞进而促进周围神经纤维再生。Sample等[45]的研究也证明了神经肽CGRP神经分布和骨形成关系密切，因此，CGRP可能促进种植体周围神经再生[舶]。然而，CGRP促进神经再生的机制尚未明确。由生长因子调控的外周神经再生与成骨、成血管的交互作用已成为牙种植领域的研究热点，CGRP可能具有促微血管发生、促进成骨及促进骨感知的多向潜能，但其作用环节及具体机制尚未阐明。

　　5展望

　　种植成功率受诸多因素影响，且因处于口腔环境而有其特殊性和复杂性，种植体周的成骨、成血管及神经再生三者间存在某种关联：成骨与成血管在该过程中相辅相成，微血管的发生、发育，在种植体周骨组织及神经组织生长、重建、修复过程中起着至关重要的作用，植人种植体初期，局部微血管数目增加，血管扩张、充血，内皮细胞增生，有利于清除坏死细胞、搬运坏死组织，种植体周良好的微循环是促进局部组织修复再生、启动种植体骨结合的关键因素;此外，血管与神经常常伴行，CGRP作为感觉神经的一类代表性神经肽，参与周围神经再生、调节血流变化及骨代谢，但从总体上来看，目前关于CGRP对种植体周同神经、血管再生及骨结合交互作用的阐释相对较少，有待后续深入探究。而有关CGRP对种植体周骨代谢关键细胞的支配作用，和经CGRP介导的周围神经结构对成骨、成血管的调控，以及植体周同神经、血管再生与骨结合i者作用关系的研究，对于进一步完善种植体骨结合和骨感知理论，提高牙种植体的生理功能和成功率具有重要意义。

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