牙本質生物改性與牙本質粘接耐久性

孫翔 余凡 許榮宸 李鋒 綜述 黃鸝 審校

1 牙本質粘接界面穩定性與膠原降解

不管是全酸蝕粘接還是自酸蝕粘接，牙本質粘接依賴于混合層的形成。牙本質在磷酸或酸性單體的作用下，溶解組織中礦物質并提供粘接劑樹脂滲透的通道，粘接樹脂包裹酸蝕暴露的膠原，通過光固化后獲得樹脂雜化層，這是形成粘接固位的基本原理。牙本質粘接界面含有豐富的膠原等有機成分，存在這較大的降解風險[1]：一方面，無論是采取何種酸蝕方法，粘接劑滲入的深度均無法達到酸蝕脫礦的深度，導致混合層底部存在未被樹脂單體包裹保護的膠原成分；另一方面，牙本質粘接界面存在利于膠原降解的微環境。首先，酸蝕會激活牙本質內源性基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)、半胱氨酸組織蛋白酶(cysteine cathepsins)等，引起牙本質有機質降解；其次，由于牙本質小管的高滲透性及粘接劑的親水性，粘接界面存在水樹、水通道、水泡等現象造成水吸收，形成膠原或樹脂降解微環境；此外，樹脂的水解會進一步增加暴露的膠原。上述多因素共同作用最終導致粘接界面結構破壞、粘接失效[2]。這是目前普遍認為的粘接修復體使用壽命不長的根本原因。因此，抑制牙本質粘接界面膠原酶解，將從源頭阻止粘接界面退變。

2 牙本質生物改性

為了提高牙本質粘接的耐久性，通過酶抑制劑如氯己定、季銨鹽等來阻斷內源性酶對膠原的作用[3]。酶抑制劑能短期保持基質中膠原的完整性，卻也無法恢復膠原的機械強度，因此仍易于發生內聚破壞[4]。

此外，還可以從改善膠原降解耐受性的角度出發。膠原憑借天然交聯狀態賦予生物組織拉伸強度及抗酶解能力[5]。隨著學者們對膠原交聯狀態重要作用認識的深入，利用交聯劑的交聯作用穩定脫礦牙本質膠原成為牙本質改性研究的新熱點，并由此誕生了“牙本質生物改性(biomodification)”的新理念，即應用外源性膠原交聯劑發揮交聯作用，增強膠原纖維網機械性能，同時控制細胞外基質生物降解[4]。

2.1 交聯劑

戊二醛(glutaraldehyde，GA)是公認高效的交聯劑，它的兩個醛基與膠原分子肽賴氨酸殘基和羥基賴氨酸殘基上的ε-氨基結合，形成Schiff堿類交聯鍵[6]。采用5%的戊二醛水溶液對酸蝕脫礦后的牙本質進行預處理,可以提高脫礦牙本質的彈性模量和拉伸性能，并通過提高機械強度，提高粘接降解的抗性[7～8]。目前關于GA預處理是否會提高即刻牙本質粘接強度仍有爭議，但是均認為其能大幅提高牙本質粘接的耐久性[3]。GA具備較強的細胞毒性，限制了其臨床應用。

碳化二亞胺(carbodiimide,EDC)含有RN=C=NR結構，與羧基反應生成O-?；愲?，激活多肽中谷氨酸和天冬氨酸殘基中的羧基，使得相鄰蛋白鏈間形成酰胺共價交聯。EDC預處理可以顯著提高牙本質的彈性模量、硬度、熱變性溫度，交聯后的膠原穩定性增加[9]；0.3 mol/L EDC預處理后進行全酸蝕或自酸蝕粘接，盡管不能提高即刻粘接強度，但可以在1 年內有效維護粘接界面的結構完整性[10]。Zhang等[11]對粘接界面進行納米動態力學分析，發現0.4 mol/L EDC處理可以有效保護混合層的粘彈性。Turco等[12]研究了模擬咀嚼力循環條件下粘接界面的穩定性，發現EDC處理可以抑制MMPs等對膠原的降解。

與化學合成的交聯劑相比，植物來源的交聯劑對人體無毒性、具有良好的生物安全性，因此受到越來越多的關注。原花青素(proanthocyanidins，PA)、表沒食子兒茶素沒食子酸酯(epigallocatechin gallate，EGCG)、桔皮苷(hesperidin，HPN)等，均屬于多酚類物質，可以通過酚羥基來發揮交聯作用，提高膠原的理化性能。

PA廣泛存在于水果、種子和鮮花中，通過共價、離子、氫鍵或疏水鍵發揮交聯作用[13]。6.5%的PA處理可以增加脫礦牙本質的極限拉伸強度和彈性模量[14]。將其加入到酸蝕劑中在脫礦的同時可以穩定膠原結構，阻止酸蝕后膠原網塌陷，促進粘接樹脂滲透[15]。研究表明PA預處理1 h可以增加混合層即刻或老化后的彈性模量和硬度及粘接強度，粘接界面在循環載荷、模擬體液或酶溶液中均能保持穩定[7,16-17]。PA的分子質量較大，其作用時間可能需要10 min～1 h，而且其顏色較深造成牙本質染色，影響美學效果[18]。

EGCG是從綠茶中提取的一種成份，含有多個羥苯?；鶊F，可通過氫鍵和多酚疏水作用與膠原肽鏈殘基的氨基等發生反應，促進膠原交聯[19]。通過EGCG交聯處理可以提高膠原的機械性能和耐酶解性能[4]。Sun等[20]在模擬牙髓腔靜壓力的條件下，使用EGCG對牙本質進行預處理，結果發現0.1%濃度的EGCG能改善脫礦牙本質的疏水性，增加了膠原的熱穩定性和熱循環后的粘接強度，并顯著減少了粘接界面的納米滲漏。還有實驗通過雙鍵轉化率測試以及拉伸強度測試證實EGCG可以有效提升牙本質粘接耐久性[21]。

HPN是一種從柑橘類水果中提取的糖苷類黃酮，目前其交聯機制還不清楚，但由于其分子中含有酚羥基，因此其作用原理可能類似于原花青素類[19]。Islam等[22]研究發現0.5%濃度的Hsd和PA、EGCG均可提高脫礦牙本質的極限拉伸性能，提高膠原耐酶解的能力[19]；將2%濃度的HPN加入到自酸蝕粘接劑的primer中可以提高即刻和老化粘接強度，5%濃度HPN能使得膠原纖維的結構在1 年內保持完整。

2.2 光氧化交聯

除了上述交聯劑引發的化學交聯外，廣泛用于眼科疾病治療的光氧化交聯也可以用來對牙本質進行生物改性[23]。在UVA或UVB等特定波長光作用下，光敏劑如核黃素(Rf)、玫瑰紅等光敏劑受到激發產生活性氧，通過氧化作用誘導膠原纖維氨基間形成交聯，可以顯著提高膠原的機械強度、穩定性及酶解抗性[4,24]。1%濃度的Rf預處理5min以上可以穩定粘接界面，減少納米滲漏，但存在牙本質染色的風險[4,16]。殼聚糖可增加氨基反應位點，提供更多的交聯部位，因此將Rf接枝到殼聚糖表面，可以減少Rf的添加濃度及減少作用時間[25]。

3 牙本質生物改性與酶抑制

牙本質生物改性除了能提高膠原的機械性能，增強組織對蛋白水解酶的耐受性，研究發現大部分生物改性劑的運用還可以抑制MMPs或組織蛋白酶的活性，這也被認為是交聯劑提高粘接界面酶解抗性的另一個重要原因[3]。首先，膠原纖維交聯后其空間構象發生了變化，使其不利于與酶識別和結合；其次，非特異性的交聯劑如EDC、PA等可能使得內源性的MMPs或組織酶發生交聯，降低活性位點的分子移動性，或使酶的催化區域發生不可逆性改變從而喪失催化活性[26]；也可能作用于非催化區域，通過變構抑制影響酶對膠原的解螺旋作用[27]。另外，交聯劑還可能作用于牙本質基質中的非膠原蛋白如胎球蛋白A，牙本質基質蛋白-1等，抑制MMPs的激活[2]。

4 牙本質生物改性與粘接界面再礦化

粘接界面酸蝕后膠原周圍的礦物質被溶解，暴露的膠原因此直接與酶接觸發生降解。能起到牙本質生物改性作用的交聯劑可以改變局部的脫礦-礦化平衡。研究發現膠原經過交聯處理后，膠原結構得以穩定，在一定程度上能阻止膠原纖維內外的鈣離子、氫離子等擴散，抑制脫礦[28]。同時，PA、EGCG等所含的大量酚羥基與局部微環境中的鈣離子絡合，形成水溶性含鈣絡合物，并通過酚羥基與膠原蛋白或非膠原蛋白的氨基發生反應，從而將鈣轉移到病損部位，促進粘接界面處的礦物質沉積[29-30]。牙本質膠原經GA交聯處理后引入了羰基，為羥基磷灰石的成核提供親和性位點，誘導礦物質沉積，提高粘接界面的質量[31]。

5 總 結

對牙本質進行生物交聯改性可以提高粘接界面膠原的機械強度、穩定性，抑制內源性酶的活性，從而增強牙本質粘接的耐久性。但是在應用于臨床前，還需考慮到不同交聯劑的作用時間與濃度、與粘接系統的匹配性及與牙髓組織的相容性等。高濃度的交聯劑可以取得更好的效果，但是增加了牙髓相容性風險，低濃度的交聯劑處理則需要額外延長作用時間，臨床可行性受到影響。PA、Rf等具備使得牙體組織染色的特性，應當盡量減少其對修復美學效果的影響。此外，將交聯劑配成預處理劑或直接添加到粘接劑配方中，還應不影響粘接劑的固化、聚合收縮等理化性能。為了增強對粘接界面的保護作用，還可以考慮綜合利用多種交聯劑、酶抑制劑、再礦化劑等，通過多種作用聯合，共同穩定牙本質粘接。