上頜竇底黏膜在上頜竇底提升術后竇底空間成骨中的作用

陳松齡， 朱雙喜

中山大學附屬第一醫院口腔科，廣東廣州（510080）

牙種植修復已成為臨床上解決患者牙缺失的理想修復方法。但是，上頜后牙區牙缺失后常引起該區垂直向骨量不足，是該區域進行牙種植的常見問題［1］。目前，上頜竇底提升術是解決上頜后牙區垂直向骨量不足的關鍵技術，在臨床上得到了廣泛的應用。Boyne 等［2］在1980 年首次提出了上頜竇底提升術，以牙種植體應用為目的，又稱為上頜竇開窗式提升術。此后，又產生了經牙槽嵴入路的上頜竇底提升術［3］。早期傳統的觀點認為，當上頜后牙區牙槽嵴嚴重萎縮、剩余牙槽骨高度為1～6 mm 時采用開窗式上頜竇底外提升術；經牙槽嵴上頜竇底內提升法適用于剩余牙槽骨高度為7～9 mm 時，尤其是單顆上后牙缺失［4］。近期的觀點已有了很大的變化，相當多的人認為，當剩余的骨量高度低于6 mm 時，釆用側壁開窗上頜竇底提升術；骨量高于6 mm 時，釆用經牙槽嵴上頜竇底提升術。但也有不少的觀點認為，低于6 mm 的高度時，只要植入時種植體的初期穩定性許可，都可以行經牙槽嵴上頜竇底提升牙種植術［5?7］。

上頜竇底提升后的成骨機制一直是學者關注的問題，因為上頜竇底提升技術的變化必然是以上頜竇底提升后空間成骨的理論基礎為根據。上頜竇黏膜是上頜竇底提升后竇底空間成骨過程中不可或缺的生理結構，近年來人們對它的關注逐漸增多，有關它的研究成為熱點。本文將從上頜竇底黏膜與上頜竇底提升成骨的關系、上頜竇底黏膜的屏障和成骨功能、參與竇底空間成骨的成骨細胞來源、上頜竇黏膜干細胞成骨分化的分子調控機制作一闡述，為更好地認識上頜竇黏膜在上頜竇底提升術后空間成骨中的作用提供參考。

1 上頜竇底黏膜與上頜竇底提升成骨的關系

上頜竇底提升術剝離上頜竇底黏膜，術后可在竇底黏膜下方形成新骨?，F階段，研究表明這個成骨過程與提升的上頜竇黏膜和周圍骨壁形成的密閉空間有關［8?9］。植入空間維持裝置或骨移植材料等都可達到維持上頜竇底提升術后竇底空間的目的，穩定的竇底空間維持，是上頜竇底成骨的重要因素［10?11］。植入材料吸收越慢，竇底形成的空間越穩定，成骨效果就越好［12］。在密閉的空間里，竇底成骨的過程相當于引導骨再生過程，周圍骨壁和上頜竇黏膜有效地阻擋軟組織的上皮細胞和纖維細胞等進入，允許成骨細胞的進入［4］。因而，保持竇底空間的穩定性和密閉性非常重要。

保持空間穩定性的方法主要還是在竇底空間內植入骨移植材料［13］。雖然植入材料的種類很多，但目前應用的材料主要有3 種：自體骨、異種骨和同種異體骨。自體骨是成骨能力強，成骨效果快的材料，但卻有吸收快的缺點，因而，在臨床應用中最常用的是異種骨和同種異體骨移植材料，這兩種材料由于吸收慢，維持空間穩定，其最后的成骨效果不亞于自體骨，甚至超越自體骨，并且由于不需開辟第二手術區而廣泛使用［14］。Scala 等［15］行猴子開窗式上頜竇底提升同期牙種植，術中不植入骨移植材料，發現早期愈合過程中竇底空間的維持效果較差，種植體根部在愈合后1 月未見新骨形成，表明維持竇底空間在上頜竇底提升術后是非常必要的。有實驗報道，在開窗式上頜竇底提升術中將上頜竇黏膜上抬，縫合于側面骨窗保持成骨空間，同期牙種植，結果發現負載12 個月種植體存留率達100%［8］。

保持竇底空間的密閉性也是成骨的重要因素，可有效阻止上皮細胞和纖維細胞等的進入，使空間能有效地成骨［10］。經牙槽崤上頜竇底提升無疑是能夠保持竇底空間密閉性的方法［10］（圖1）。應用開窗式上頜竇底提升術形成的空間密閉性則由于有骨窗的存在可能受到影響［16］。如何處理骨窗以保持竇底空間密閉性，對保障空間成骨具有重要意義。許多的臨床和動物實驗研究報道，開窗式上頜竇底提升的骨窗采用骨片復位或屏障膜封閉骨窗口，其成骨的效果指標優于不封閉骨窗口的指標［17?19］。這些研究為開窗式上頜竇底提升時采用封閉窗口的方法提供了實驗基礎（圖2）。

Figure 2 The stability and tightness of the sinus floor space after lateral window sinus floor elevation are conducive to osteogenesis圖2 側壁開窗上頜竇底提升竇底空間的穩定性和密閉性有利于成骨

近年來，上頜竇底提升同期牙種植不需要在竇底空間植入骨移植材料，同時獲得成功的研究報道不少［20］。有研究將卷尾猴分為2 組，上頜竇底提升時使用自體骨材料組和不使用自體骨材料組，同期進行牙種植體植入，結果兩組的骨種植體接觸率和骨質量無明顯差異［21］。還有許多臨床應用報告上頜竇底提升術不植骨同期牙種植也能獲得很高的種植體存留率，且行使正常的咀嚼功能，這無疑很鼓舞人心［22?23］。分析這些臨床報道，可發現報道的病例多為經牙槽嵴上頜竇底提升病例，竇底空間具有極好的密閉性，植入的種植體長度一般都不長或提升的空間高度有限，一般不超過4 mm，這樣較低高度的空間容易維持。良好的空間穩定性和密閉性促進了即使不植入骨移植材料也能保證竇底空間的成骨進程，在臨床上獲得種植體存留和成功。但盡管如此，筆者在研究中仍發現，不植骨的竇底空間獲得的成骨高度不能超過種植體的頂部，多數都在種植體頂部以下，最高也只能與種植體頂部持平（圖3、圖4）。

Figure 3 New bone formation did not exceed the level of the top of the implant圖3 經牙槽嵴上頜竇底提升不植骨同期牙種植

Figure 4 Experimental study on osteogenesis after sinus floor elevation and simultaneous dental implantation in dogs with or without bone grafting圖4 犬上頜竇底提升不植骨和植骨同期種植的成骨實驗研究

上頜竇底提升術同期牙種植是否進行骨移植或替代材料填充，必須根據上頜竇底空間成骨的原理來進行綜合分析，即要注意保持空間的穩定性，如果不植骨不能維持空間，則要考慮植骨。但是，一些嚴格維持上頜竇的空間穩定（如植入骨移植材料）和空間密閉性（經牙槽嵴上頜竇底提升，或封閉側壁上頜竇底提升的骨窗口）的臨床病例也有不少的失敗結果，有人認為是竇底空間的成骨能力不足。對于一些竇底骨板缺損、骨板連續性中斷，上頜竇底骨質患有慢性炎癥的病例顯然是可以由于竇底空間的成骨細胞來源不足，而引起成骨受限甚至不成骨，導致種植失敗。對于這類病例顯然選用自體骨作為植入空間的材料，成功的系數會更高。但也應當注意，植入自體骨并不一定成功，上頜竇底空間周圍組織的條件（血運、成骨細胞和感染）以及全身情況（年齡、糖尿病及其他慢性病等）也有決定性意義。

在上頜竇底提升過程中，要充分考慮保持竇底空間的穩定性和密閉性，其中妥善處理上頜竇黏膜起到了極其重要的作用。避免黏膜的穿孔破裂，屏障側壁開放的骨窗，才能保證竇底空間的密閉性。植入的骨移植材料推薦選用慢吸收的材料，以維持竇底空間較長時間的穩定。行經牙槽嵴上頜竇底提升同期不植骨牙種植時，必須考慮到過高的黏膜提升（如超過4 mm 或更高）可能由于沒有植入材料的支撐，造成黏膜的塌陷，不能維持良好的空間。

2 上頜竇底黏膜在上頜竇底提升中的屏障和成骨功能

上頜竇底提升術后成骨的理論基礎是手術造成竇底空間，在空間內發生類似引導骨組織再生的新骨形成［24］，例如典型的側壁開窗式上頜竇底提升術是在竇底空間植入材料，形成和保持竇底空間，并利用生物屏障膜或復位的骨板覆蓋頰側骨窗維持所需的空間，使增殖速度較慢的成骨細胞生長，防止增殖較快的上皮細胞和成纖維細胞長入，新骨形成與同期植入的種植體形成良好的骨結合［25］。因此，上頜竇底黏膜在竇底空間成骨過程中至少也是起到了生物屏障膜的作用。

Li 等［26］對比格犬行開窗式上頜竇底提升同期牙種植時，使用生物屏障膜覆蓋頰側骨窗，結果發現竇底空間只有新生骨的形成，而沒有應用生物屏障膜覆蓋頰側骨窗的竇底空間有部分纖維組織長入（可能由于剝離的骨膜損傷以及開窗過大過低），實驗表明竇底空間除了由骨窗口可讓軟組織長入外，上頜竇底黏膜雖然含有軟組織成份，但并沒有從上頜竇底黏膜來源的軟組織長入，這說明了上頜竇底黏膜是起到屏障膜的作用。上頜竇底黏膜在維持成骨空間中起到天然的生物屏障膜作用的同時，其本身是否具有成骨能力呢？這對于理解上頜竇底提升術的成骨具有重要的意義。

Mahler 等［27］對5 例上頜竇底外提升術后感染的患者進行研究，經抗炎、手術清創及植入骨移植材料后，影像學檢查骨移植材料最上方出現“穹頂”高密度影，提示上頜竇底黏膜可能存在成骨的潛力。有臨床病例觀察到在上頜竇囊腫摘除后進行上頜竇底提升術，3 個月愈合后，在頰側骨窗和上頜竇底黏膜之間的空間可見新生骨組織充滿［28］。Jung 等［29］報道通過上頜竇頰側開窗，提升上頜竇黏膜取出該處異位的阻生牙后5 個月發現牙槽窩和上頜竇底新骨形成。這些在臨床上觀察到的現象提示上頜竇底黏膜具有成骨能力。為進一步探索上頜竇底黏膜是否具有成骨能力，Srouji等［30］進行了動物實驗研究，觀察到上頜竇底黏膜含有骨膜樣的細胞層；此后又進行了進一步研究，將上頜竇底黏膜的上皮層與固有層和骨膜樣層分離后，折疊成袋狀移植入裸鼠皮下，可見有大量類骨樣組織形成，同時免疫組化染色結果證實上頜竇底黏膜的骨膜樣層成骨。Gruber 等［31］發現成年豬上頜竇底黏膜的冰凍切片中STRO?1 表達陽性，STRO?1 是間充質祖細胞的標志物；在骨形態發生蛋白?6（bone morphogenetic protein 6，BMP?6）和BMP?7 誘導培養下，豬上頜竇底黏膜來源細胞的STRO?1 和堿性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）活性檢查呈陽性，成骨細胞特異性細胞外基質蛋白骨鈣素（osteocalcin，OCN）的表達水平和細胞外基質的鈣積累量增加。故而認為，豬上頜竇底黏膜含有間充質祖細胞，進而分化形成成骨細胞，它們可以在BMP?6 和BMP?7 誘導下分化成骨。

筆者課題組于2005 年開始對上頜竇底黏膜在上頜竇底提升術中的成骨作用進行研究，在沖頂式經牙槽崤上頜竇底提升同期牙種植的動物實驗研究中發現，當上頜竇底提升高度小于4 mm 時，竇底空間有足夠的新骨形成并與種植體形成骨性結合，提示上頜竇黏膜在竇底空間成骨中至少起到屏障膜的作用，因為竇底空間沒有纖維組織的形成。隨后，收集犬上頜竇底黏膜標本，分離了黏膜骨膜樣細胞層，并從中成功提取了骨原細胞，經誘導分化證實了這些細胞具有成骨能力。并從人的上頜竇底黏膜成功分離并培養了這些骨原細胞，并進行了多分化研究，發現這些細胞的CD105 和STRO?1 表達陽性，與骨髓間充質干細胞（bone mar?row stromal stem cells，BMSSCs）、牙髓干細胞（dental pulp stem cells，DPSCs）、牙周膜干細胞（periodontal ligament stem cells，PDLSCs）一樣具有成骨成軟骨等多分化性能（圖5～圖7），從而將這些間充質干細胞首次正式命名為上頜竇黏膜干細胞（maxillary sinus membrane stem cells，MSMSCs）［32］。

筆者課題組上述的系列研究從組織學水平、細胞學水平至分子生物學水平，充分證實了上頜竇底黏膜在上頜竇底提升的成骨過程中不僅起到屏障膜的作用，并且具有成骨性能。這些研究結果，提高了人們對上頜竇底提升術后竇底空間成骨原理的認識，正是因為上頜竇底黏膜的屏障功能和成骨功能，才能使上頜竇底提升的竇底空間阻止了軟組織上皮細胞和纖維細胞的進入，才能使空間形成了類似于引導骨組織再生的成骨反應過程。這一認識對臨床應用具有重要的現實價值，也必將對進一步深入研究促進上頜竇底提升成骨的機理具有深遠的影響。

3 上頜竇底黏膜是竇底空間成骨細胞的來源

Figure 6 Maxillary sinus membrane stem cells have chondrogenic capacity圖6 上頜竇底黏膜干細胞的成軟骨能力

骨組織的形成和愈合需要有骨原細胞，骨原細胞遷移、分化為成骨細胞，成骨細胞合成和分泌細胞外基質，最終礦化成骨［33］。關于上頜竇底提升術后竇底空間成骨過程中成骨細胞的來源有很多的研究。首先，在上頜竇底提升術后空間成骨過程中骨髓間充質干細胞（bone marrow stem cells，BMSCs）可從下方牙槽骨和周圍的上頜竇骨壁遷移至表面分化為成骨細胞，這是因為竇底黏膜提升后竇底空間下方和周圍骨皮質吸收，進而使骨髓腔暴露、BMSCs 遷移至骨皮質表面而促使新骨產生［34-35］。這種途徑的成骨細胞是竇底空間新骨產生的主要來源。同時，有人認為上頜竇底提升術中產生的骨組織碎片也可能是成骨細胞的來源之一［8］。血液也在上頜竇底提升術后成骨過程中起作用，上頜竇底黏膜提升后局部血液凝固，刺激骨形成［36］。血凝塊中含有大量生長因子，能夠激活組織修復和骨形成［37?38］。上頜竇底黏膜可分為上皮層、固有層、黏膜下層和接近骨表面的骨膜樣層四層［37?38］。那么上頜竇底黏膜是不是竇底新骨產生的成骨細胞來源呢？筆者課題組作了下列研究。

Figure 7 Maxillary sinus membrane stem cells have osteogenic capacity圖7 上頜竇底黏膜干細胞的成骨能力

Guo 等［32］研究表明人上頜竇底黏膜骨膜層含有間充質干細胞。進一步研究［39?40］發現，這些干細胞似乎參與了竇底空間的成骨反應。在犬側壁開窗式上頜竇底提升模型設計了3 種形式的模型：正常上頜竇底提升模型，上頜竇底提升+阻隔骨壁成骨模型，上頜竇底提升+阻隔黏膜成骨模型。實驗結果證實了上頜竇底黏膜來源的MSMSCs 參與了竇底空間的成骨反應，這些細胞即使是在上頜竇骨壁被阻隔不能形成新骨的情況下也能使竇底空間產生新骨。這證實了上頜竇底黏膜是竇底空間新骨產生的成骨細胞來源之一。這一發現對于深入認識上頜竇黏膜在上頜竇底提升術中的作用具有十分重要的意義。但該實驗研究同時指出來源于上頜竇黏膜的MSMSCs 促使新骨形成的能力要遠比來源于周圍骨壁的成骨細胞的成骨能力弱，盡管如此，但其作用卻不容輕視。首先，上頜竇底黏膜的MSMSCs 主要來自于骨膜樣層，骨膜樣層屏障了上頜竇底黏膜的軟組織進入竇底空間，保障了竇底空間成骨的正常進行。其次，骨膜樣層還能產生成骨細胞進入竇底空間參與成骨。最后，這些來源于黏膜的MSMSCs 同樣對骨形成蛋白、富含血小板血漿的濃縮生長因子（concentrate growth factor，CGF）等具有骨誘導性或激活成骨的植入材料產生明顯的成骨反應。在臨床中也有證據提示富血小板血漿能激活上頜竇底黏膜的成骨反應，這是值得進一步探索和研究的現象。

在臨床實踐中需要注意的是，在上頜竇底提升術中，要充分仔細地考慮骨壁的成骨能力。對于竇底骨板穿孔或骨質己存在炎癥、慢性疾?。ㄈ缣悄虿。┑扔绊懝琴|的新骨生成的病例，行上頜竇底提升牙種植方法時，因為沒有骨壁的骨再生，容易導致空間成骨的不足，甚至失敗，影響牙種植的成功。

4 上頜竇黏膜干細胞成骨分化的分子調控機制

研究MSMSCs 的成骨分化過程及其調控機制對于發揮上頜竇底黏膜的成骨作用，對于促進竇底空間的新骨形成具有重要的理論基礎和臨床應用意義，但目前研究較少，筆者課題組對MSMSCs成骨通路以及非編碼RNA 調控MSMSCs 成骨反應過程進行了系列研究。

在成骨通路研究方面，Rong 等［39］發現建立3 組比格犬上頜竇外提升術后4 周時，新生組織中有骨骼發育和血管形成，成骨相關的OCN、促進骨生成的生長和分化因子表達升高；竇底黏膜中成骨相關基因：促進成骨性細胞黏附因子、促進骨生成的生長和分化因子等表達升高。同時結果還表明MSMSCs 的成骨分化過程中存在BMP?2、Runt 相關轉 錄 因 子2（runt ? related transcription factor 2，Runx2）、鋅指轉錄因子、骨橋蛋白（osteopontin，OPN）等因子高表達，表明MSMSC 的成骨過程與BMPs 通路密切相關，這與機體內其它區域的成骨反應過程基本相同。

上頜竇黏膜來源的成骨細胞和骨壁來源的成骨細胞，這兩種細胞的成骨過程都與BMP 成骨通路密切相關，成骨反應過程相同，上述研究結果提示了在臨床應用中，行上頜竇底提升后竇底空間中植入自體骨、BMP、CGF 等骨誘導性物質以及CGF 等都起到同時促進兩種來源成骨細胞的成骨作用。

在對非編碼RNA 調控MSMSCs 成骨的研究方面，筆者課題組發現miRNAs、lncRNAs 和circRNAs都參與了調控成骨反應過程。

大量的研究報道小分子RNAs 可在轉錄和轉錄后水平調控基因表達，調節細胞增殖和分化，進而影響個體生長發育和疾病的發生過程［41?43］。微小RNAs（miRNAs）是一類廣泛存在的非編碼小分子RNA，參與各種生理和病理過程的調控［44］。榮瓊等［45］研究發現4 周時，在竇底黏膜中差異表達的miRNAs 有74 個，部分差異表達的miRNAs 與成骨過程相關，從而調控成骨的反應過程，但大多數miRNAs 對成骨過程的作用尚未見報道。應用miRNAs 芯片對BMP?2 誘導培養后的MSMSCs 中miRNAs 的表達量進行分析，篩選出表達差別明顯的miRNAs，生物學分子實驗證明，miR?27b?3p 和miR?1827 可抑制hMSMSCs 在體內外的成骨分化作用［46?47］。

近年來，長鏈非編碼RNAs（long noncoding RNA，lncRNAs）作為競爭性內源性RNA 調控miR?NAs 進而影響間充質干細胞的成骨分化的研究多有報道［48］。為深入研究，研究者利用lncRNAs 芯片對BMP?2 誘導培養后的MSMSCs 中lncRNAs 的表達量進行分析，發現lnc?NTF3?5［49］、lncRNA MO?DR［50］表達量上調明顯，結合相關實驗明確了lnc?NTF3?5、lncRNA MODR 可調節MSMSCs 的成骨分化生物學功能。所以，lncRNAs 可通過介導miR?NAs 調控成骨通路的靶基因，從而影響MSMSCs 的成骨分化過程。

環狀RNAs（circular RNAs，circRNAs）是一類新的非編碼RNA，在多種疾病中發揮著重要作用［51?52］。研究表明circRNA_33287 對MSMSCs 成骨分化過程發揮正向調控作用，circRNA_33287 作為ceRNA 海綿性吸附miR?214?3p 靶向調控RUNX3，在調節MSMSCs 的成骨分化中發揮作用［53］。

上頜竇底黏膜來源的MSMSCs 的成骨過程受非 編 碼RNAs 的 調 控，miRNAs、lncRNAs 和cir?cRNAs 在轉錄和轉錄后水平對MSMSCs 的成骨分化過程發揮調控作用。探討和認識非編碼RNA 對成骨過程的調控，對于深入認識MSMSCs 的成骨機制，以期在基礎研究和臨床實踐中通過干預和影響非編碼RNA 的生物學靶點，促進上頜竇底提升術新骨生長，對提高上頜后牙區種植成功率有極其重要的意義。