韓安鵬魯方麗陸玉平李強(qiáng)陳棟

1.鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院 河南省口腔醫(yī)院口腔科，鄭州450052；

2.南寧市柏樂口腔醫(yī)院有限公司，南寧530022；

3.鄭州頤和醫(yī)院口腔科，鄭州450047；

4.蘭州大學(xué)口腔醫(yī)院口腔科，蘭州730000

遺傳性牙本質(zhì)發(fā)育缺陷是一類表現(xiàn)為牙本質(zhì)礦化障礙及結(jié)構(gòu)異常的常染色顯性遺傳病，發(fā)病率約為1/100 000～1/6 000[1]。Shields將其分為牙本質(zhì)發(fā)育不全（dentinogenesis imperfecta，DGI）和牙本質(zhì)發(fā)育不良（dentin dysplasia，DD），其中DGI分為DGI-Ⅰ、DGI-Ⅱ、DGI-Ⅲ三型，DD分為DD-Ⅰ、DD-Ⅱ兩型[2]。DGI-Ⅱ亦稱遺傳性乳光牙本質(zhì)（hereditary opalescent dentin），是臨床較為常見的牙本質(zhì)發(fā)育異常類疾病，患牙呈藍(lán)灰色半透明，釉質(zhì)易剝脫，暴露的牙本質(zhì)易磨損，影像學(xué)顯示牙齒呈球形牙冠，頸部縮窄，髓腔及根管變窄或完全消失。DD-Ⅰ臨床中較為罕見，患牙牙冠基本正常，牙根短小呈錐形或鈍形，根柱或變長(zhǎng)，髓腔部分或完全閉塞呈現(xiàn)“新月形”，部分患牙根尖周有不明原因的弧形低密度透射影。本課題組在臨床接診中通過牙齒表型和影像學(xué)檢查確診了來自同一地區(qū)的DGI-Ⅱ和DD-Ⅰ2個(gè)家系，經(jīng)家系調(diào)查明確均為常染色體顯性遺傳（圖1、2）。目前，已發(fā)現(xiàn)DGI-Ⅱ的致病基因主要與牙本質(zhì)涎磷蛋白基因（dentin sialophosphoprotein，DSPP）突變有關(guān)[3]，DD-Ⅰ已報(bào)道的致病基因有SMOC2[4]、VPS4B[5]和SSHU2[6]。Micro-CT為一種高分辨率、非破壞性的影像學(xué)檢查手段，邊界、根管顯影清晰，其分辨率最高可達(dá)1μm，能夠直接、準(zhǔn)確地反映牙齒內(nèi)外結(jié)構(gòu)的精細(xì)變化，研究礦物密度、體積、礦化模式等[7-8]。目前，大多數(shù)研究[9]集中于遺傳性牙本質(zhì)發(fā)育異常的家族和臨床表型分析，很少有關(guān)于牙本質(zhì)發(fā)育缺陷患牙的三維結(jié)構(gòu)模型研究報(bào)告，由于該疾病的發(fā)病率低，也很難在體外獲得患牙。因此，本研究應(yīng)用Micro-CT技術(shù)對(duì)收集到的DGI-Ⅱ、DD-Ⅰ家系患者下頜第三磨牙進(jìn)行掃描和三維重建，對(duì)牙體不同硬組織部位進(jìn)行礦物質(zhì)密度計(jì)算，旨在探索2個(gè)家系的患牙硬組織礦化的差異性，進(jìn)而為遺傳性牙本質(zhì)發(fā)育缺陷的病理特征提供理論基礎(chǔ)。

圖1 DGI-Ⅱ家系圖譜Fig 1 The pedigree of DGI-Ⅱ

圖2 DD-Ⅰ家系圖譜Fig 2 Thepedigree of DD-Ⅰ

1 材料和方法

1.1 標(biāo)本收集

DGI-Ⅱ家系先證者（Ⅲ-3），女，21歲，患牙呈琥珀色，釉質(zhì)剝脫，牙齒中度磨耗，X線顯示牙齒呈球形牙冠，頸部縮窄，冠部髓腔變窄甚至閉鎖，根管完全閉鎖（圖3a、c）。DD-Ⅰ家系先證者（Ⅲ-5），男，21歲，上、下前牙部分缺失，牙冠顏色、外形、質(zhì)地基本正常，X線顯示牙根短小畸形甚至缺如，呈圓錐形，15，16，37，46根尖周見不明原因低密度透射影，17，37髓腔部分閉塞呈“新月形”，其余患牙髓腔及根管閉鎖（圖3b、d）。收集DGI-Ⅱ和DD-Ⅰ兩個(gè)家系先證者拔除的下頜第三磨牙，去除周圍牙周膜后放入2.5%戊二醛溶液中固定，4 h后保存于70%乙醇中，標(biāo)記備用。正常對(duì)照牙為門診同齡因正畸需要拔除的下頜第三磨牙，樣本牙齒完好，色澤正常，無齲壞，X線顯示牙根發(fā)育正常。研究對(duì)象均已簽署知情同意書。

圖3 2個(gè)家系先證者口內(nèi)像及全口曲面體層片F(xiàn)ig 3 Intraoral photographsand radiographsof 2 pedigreeprobands

1.2 樣本掃描

將3份牙齒樣本分次固定于Micro-CT（SCANCO Medical AG，瑞士）配套的操作臺(tái)上。通過Micro-CT掃描對(duì)樣本進(jìn)行三維定位，使紅外線光軸與牙齒長(zhǎng)軸重合。掃描參數(shù)：電壓90 kVp，電流278μA，分辨率12.0μm，掃描時(shí)間隔每層

0.62°，旋轉(zhuǎn)360°。3份樣本各獲得TIF格式的700～800張樣本的二維橫斷面圖像。

1.3 樣本的數(shù)據(jù)分析

將3份樣本的二維橫斷面圖像導(dǎo)入Mimics 17.0軟件（Materialise，比利時(shí)）中，三維重建后觀察3份樣本的三維結(jié)構(gòu)，并截取矢狀面和橫斷面觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

1.4 牙齒礦物質(zhì)密度的計(jì)算及礦化模式的觀察

在3份樣本截取的二維結(jié)構(gòu)中隨機(jī)選擇釉質(zhì)、冠部牙本質(zhì)、根部牙本質(zhì)各8個(gè)區(qū)域，分別計(jì)算各區(qū)域的平均灰度值，比較3份牙齒硬組織的礦化密度；成礦模式表示為灰度-距離圖，沿著每顆牙齒的橫截面，劃出通過釉質(zhì)、牙本質(zhì)的一條線，計(jì)算此線周圍的灰度值，分析此類疾病的礦化模式。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 21.0軟件分析灰度值相關(guān)數(shù)據(jù)，采用單因素方差分析，數(shù)據(jù)均用±s表示，P＜0.01為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 樣本三維結(jié)構(gòu)重建

成功構(gòu)建出DGI-Ⅱ、DD-Ⅰ下頜第三磨牙的釉質(zhì)帽、牙本質(zhì)核和牙髓腔的三維精細(xì)模型。與正常對(duì)照牙（圖4）相比：DGI-Ⅱ患牙牙冠外形基本正常，牙根長(zhǎng)度基本正常，釉質(zhì)表面可見有凹陷孔隙，牙本質(zhì)表面不光滑，牙髓腔稍變小，根管變窄（圖5）；DD-I患牙牙冠外形基本正常，牙根缺如，釉質(zhì)表面較光滑，牙本質(zhì)表面稍顯粗糙，根尖處可見凹凸不平的結(jié)構(gòu)，且無根部（圖6）。

圖4 正常牙齒三維結(jié)構(gòu)模型Fig 4 Three-dimensional structural model of normal tooth

圖5 DGI-Ⅱ患牙三維結(jié)構(gòu)模型Fig 5 Three-dimensional structural model of DGI-Ⅱaffected tooth

圖6 DD-Ⅰ患牙三維結(jié)構(gòu)模型Fig 6 Three-dimensional structural model of DD-Ⅰaffected tooth

2.2 矢狀面和橫斷面觀察牙齒結(jié)構(gòu)

分別從矢狀面和橫斷面截取DGI-Ⅱ、DD-Ⅰ患牙影像與正常對(duì)照牙（圖7）相比較，結(jié)果顯示：DGI-Ⅱ患牙根管內(nèi)存在不規(guī)則的鈣化物，礦物密度比根管周圍牙本質(zhì)低，而根管髓周牙本質(zhì)密度較高（圖8）；DD-Ⅰ患牙的牙本質(zhì)與髓腔異常鈣化物間的界限不清晰，且鈣化物之間可見“月牙形”或“點(diǎn)狀”間隙，牙根缺如（圖9）。

圖7 正常牙齒三維重建結(jié)構(gòu)Fig 7 Normal tooth three-dimensional reconstruction structure

圖8 DGI-Ⅱ患牙三維重建結(jié)構(gòu)Fig 8 DGI-Ⅱaffected tooth three-dimensional reconstruction structure

圖9 DD-Ⅰ患牙三維重建結(jié)構(gòu)Fig 9 DD-Ⅰaffected tooth three-dimensional reconstruction structure

2.3 牙齒各結(jié)構(gòu)灰度值比較

DGI-Ⅱ、DD-Ⅰ患牙和正常對(duì)照牙的釉質(zhì)、冠部牙本質(zhì)、根部牙本質(zhì)的灰度值比較見表1。結(jié)果顯示：DGI-Ⅱ、DD-Ⅰ患牙釉質(zhì)、冠部牙本質(zhì)及根部牙本質(zhì)灰度值較正常對(duì)照組低（F值分別為23 483.52、448.19、757.75，P＜0.01）；DGI-Ⅱ、DD-Ⅰ兩組相比，DD-Ⅰ組根部牙本質(zhì)的灰度值較低（P＜0.01），釉質(zhì)、冠部牙本質(zhì)灰度值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

表1 3組牙齒釉質(zhì)、冠部牙本質(zhì)和根部牙本質(zhì)的灰度值比較Tab 1 Comparison of grayscale values of enamel，crown dentin and root dentin in three groups of teeth ±s

表1 3組牙齒釉質(zhì)、冠部牙本質(zhì)和根部牙本質(zhì)的灰度值比較Tab 1 Comparison of grayscale values of enamel，crown dentin and root dentin in three groups of teeth ±s

注：*為DGI-Ⅱ組、DD-Ⅰ組與正常對(duì)照組相比，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）；#為DGI-Ⅱ組與DD-Ⅰ組相比，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）。

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2.4 釉質(zhì)牙本質(zhì)的灰度-距離

DGI-Ⅱ、DD-Ⅰ和正常對(duì)照牙的礦化模式相似，但DGI-Ⅱ、DD-Ⅰ在一定的距離中，灰度值較正常對(duì)照牙低（圖10）。

圖10 釉質(zhì)牙本質(zhì)的灰度-距離圖Fig 10 Grayscale-distancemap of the enamel and dentin

3 討論

遺傳性牙本質(zhì)發(fā)育缺陷是一組以牙本質(zhì)結(jié)構(gòu)異常為主要表現(xiàn)的常染色體顯性遺傳病，分為DGI和DD兩大類。目前針對(duì)遺傳性牙本質(zhì)發(fā)育異常疾病患牙的超微結(jié)構(gòu)研究，主要是通過光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡等儀器進(jìn)行觀察[10-11]，但是這些研究方法需要對(duì)標(biāo)本進(jìn)行破壞性處理，失去了牙齒的完整性。Micro-CT又稱為微型CT，其成像具有高分辨率、高精度、無創(chuàng)和重復(fù)性好等優(yōu)勢(shì)，分辨率可達(dá)1μm，廣泛應(yīng)用在各種領(lǐng)域，尤其適于小鼠等活體樣本及骨細(xì)微結(jié)構(gòu)和骨密度測(cè)量方面的研究[12]。在口腔醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域，Micro-CT主要應(yīng)用于牙齒三維數(shù)字化模型的重建、測(cè)量以及牙根管系統(tǒng)的研究等，通過閾值的調(diào)整可將釉質(zhì)、牙本質(zhì)、髓室形態(tài)清晰地顯現(xiàn)出來，還能準(zhǔn)確分析牙齒鈣化的情況[13-14]。近幾年來Micro-CT技術(shù)已成為牙齒硬組織無創(chuàng)研究的重要和極有價(jià)值的工具，其高分辨率對(duì)揭示正常釉質(zhì)和牙本質(zhì)以及礦化障礙組織具有重要三維信息[15]。Olejniczak等[16]應(yīng)用Micro-CT首次提出了牙釉質(zhì)帽和牙本質(zhì)核的三維形態(tài)概念。也有學(xué)者[17]應(yīng)用Micro-CT成功重建了人下頜第一磨牙及其牙周膜的三維模型。因此，本實(shí)驗(yàn)通過收集DGI-Ⅱ、DD-Ⅰ患者及健康人拔除的下頜第三磨牙，首次采用Micro-CT評(píng)估遺傳性牙本質(zhì)發(fā)育缺陷類疾病患者的牙齒礦物結(jié)構(gòu)。

對(duì)DGI-Ⅱ患牙的組織學(xué)研究中，很多學(xué)者發(fā)現(xiàn)其牙本質(zhì)結(jié)構(gòu)異常而釉質(zhì)剝脫，髓腔變窄甚至閉塞。本實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用Micro-CT重建三維結(jié)構(gòu)顯示DGI-Ⅱ患牙不僅牙本質(zhì)有異常增生鈣化，而且釉質(zhì)表面也有凹陷孔隙，提示DGI-Ⅱ患牙的釉質(zhì)剝脫與異常牙本質(zhì)和釉質(zhì)有關(guān)。矢狀面和橫斷面發(fā)現(xiàn)髓腔變窄，根管不完全鈣化，其原因可能是由于釉質(zhì)的早期剝脫加劇了反應(yīng)性牙本質(zhì)過度沉積，從而導(dǎo)致髓室逐漸喪失，根管部分或完全消失[18]。

DD-Ⅰ患牙的組織學(xué)研究中可見牙本質(zhì)表面不光滑且牙本質(zhì)礦化能力降低等牙本質(zhì)結(jié)構(gòu)異常的表現(xiàn)。牙根短小畸形是最主要病變，其中病變發(fā)生時(shí)期不同，受累牙的牙根形態(tài)也各不相同，若發(fā)生在牙根發(fā)育早期，牙根幾乎缺如；如果發(fā)生在牙根發(fā)育晚期，可以形成各種短根畸形[19]。本實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用Micro-CT重建三維結(jié)構(gòu)顯示DD-Ⅰ患牙牙根缺如，提示其牙根發(fā)育早期便出現(xiàn)缺陷；根尖可見凹凸不平的髓腔鈣化物，牙本質(zhì)表面不光滑，進(jìn)一步驗(yàn)證了此類型牙齒牙本質(zhì)結(jié)構(gòu)異常的特點(diǎn)；矢狀面和橫斷面顯示牙本質(zhì)與髓腔鈣化物界限不明顯，可能是因?yàn)榈谌パ赖淖儺愋远嗉安∽儼l(fā)生在早期有關(guān)；髓腔呈現(xiàn)典型的“溪流圍繞圓石”特征，其原因可能是周期性的成熟前期牙本質(zhì)細(xì)胞的死亡，新成牙本質(zhì)細(xì)胞的募集，牙本質(zhì)的沉積和成牙本質(zhì)細(xì)胞的死亡[20]。

為進(jìn)一步研究此類疾病牙齒硬組織的礦化情況，本實(shí)驗(yàn)對(duì)3組牙齒各結(jié)構(gòu)的灰度值及釉質(zhì)牙本質(zhì)的灰度距離圖進(jìn)行比較，分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)遺傳性牙本質(zhì)發(fā)育缺陷患者牙齒礦化模式與正常對(duì)照牙相似，DGI-Ⅱ、DD-Ⅰ患牙的釉質(zhì)、冠部牙本質(zhì)及根部牙本質(zhì)的灰度值均減少，提示DGI-Ⅱ、DD-Ⅰ患牙硬組織的礦物密度降低，礦化能力下降；DD-Ⅰ根部牙本質(zhì)的灰度值比DGI-Ⅱ低，提示DD-Ⅰ牙本質(zhì)異常礦化能力較DGI-Ⅱ更嚴(yán)重。

Micro-CT以高分辨率、高精確度、無創(chuàng)的優(yōu)點(diǎn)增加了研究此類疾病牙齒超微結(jié)構(gòu)的方法，且能從三維角度進(jìn)行觀察硬組織結(jié)構(gòu)，對(duì)牙體不同硬組織進(jìn)行礦物質(zhì)密度估值。本研究應(yīng)用Micro-CT初步探索了遺傳性牙本質(zhì)發(fā)育缺陷患牙硬組織礦化的差異性，結(jié)果顯示DGI-Ⅱ、DD-Ⅰ患牙的牙本質(zhì)礦化密度均降低，其中DD-Ⅰ患牙降低更顯著，髓腔內(nèi)均有異常鈣化物質(zhì)，根管狹窄甚至閉塞。這些研究結(jié)果進(jìn)一步為遺傳性牙本質(zhì)發(fā)育缺陷疾病的病理特征提供了理論資料。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。