牙周骨组织生物学
蒋 滔
“我知道自己几乎一无所知,
对这一点也几乎不知道。,
苏格拉底
牙周组织有再生的可能吗?
为什么受压侧骨吸收,牵引侧骨形成?
骨整合形成的机理是什么?牙周韧带样结构可行吗?
牙周组织 (Periodontium)
牙周膜 (Periodontal ligament)
牙龈 (Gingiva)
牙骨质 (Cement)
牙槽骨 (Alveolar bone)
“做学问要于不疑处有疑,待
人要于有疑处不疑。,
胡 适
牙槽骨组织的生物学特点
第一节
一、牙槽骨的组织形态特点
固有牙槽骨
密质骨
松质骨
( alveolar bone proper)
( cortical bone)
( sponge bone)
固有牙槽骨 (筛状板、硬骨板)
束状骨 ( bundle bone)
束状骨 ( bundle bone)
束状骨 ( bundle bone)
密质骨
松质骨
牙槽骨
牙槽骨
牙槽骨
二、牙槽骨的生物特征
成分
无机成分 70%
有机成分 22%
水 8%
羟基磷灰石
I 型胶原 95%
蛋白糖原
非胶原蛋白
形态
密质骨
松质骨
胚胎发育,膜内成骨
牙槽骨是高度可塑性组织,
也是人体骨骼最活跃的部分。
三、牙周其他钙化组织(牙骨质)
牙骨质(按有无细胞)
无细胞牙骨质
有细胞牙骨质
(原发性牙骨质)
(继发性牙骨质)
牙骨质
(按纤维来源以及有无细胞分类)
无纤维无细胞牙骨质
外源纤维无细胞牙骨质
混合纤维细胞牙骨质
内源纤维细胞牙骨质
牙骨质的生物学特征
在生理情况下,牙骨质不像骨组
织可以不断地改建和重塑,只有新
生,不被吸收,只有在病理情况下
才会发生吸收。
四、牙周膜
牙周膜 的细胞
成纤维细胞、巨噬细胞和未分化间充质细胞
成牙骨质细胞和破牙骨质细胞
成骨细胞和破骨细胞
上皮剩余
牙周膜 的功能
支持功能 ( supportive function)
改建功能 ( remodeling function)
感觉功能 ( sensory function)
营养功能 ( nutritive function)
四、研究骨组织代谢的意义
牙周病
颜面骨组织缺损
牙列缺失和缺损
即刻及延期种植
口腔正畸
颞下颌关节以及根尖病变
骨改建的细胞学基础
第二节
一、成骨细胞 ( osteoblast)
骨祖细胞 ( osteoprogenitor cell)
前成骨细胞 ( preosteoblst)
成骨细胞 ( osteoblast)
骨细胞 (ostocyte) 骨衬里细胞 (bone-lining cell)
(不活跃的成骨细胞)
活动性成骨细胞的胞浆嗜碱性,
并具有蛋白合成的细胞结构,如大量
的粗面内质网和发达的高尔基体。非
活动性成骨细胞似成纤维细胞,扁平
状,类似于内皮细胞。
成骨细胞合成与分泌的蛋白主要是
I型胶原,其他蛋白有:碱性磷酸酶、
骨钙素、骨涎蛋白、骨桥蛋白、蛋白
多糖、磷蛋白、激素和骨生长因子等。
二、破骨细胞 ( osteoclast)
破骨细胞的来源
破骨细胞来源于造血系统的单核
细胞,与巨噬细胞有共同的前体,
在特定条件下融合成多核细胞
破骨细胞的功能
吸收骨、牙本质和钙化的软骨
破骨细胞吸收骨的过程
骨表面附着
细胞极性化
形成封闭区
形成骨吸收陷窝
脱离骨面、转移
破骨细胞的鉴定标准
三、骨细胞 ( osteocyte)
三、成骨细胞 与破骨细胞的关系
? 成骨细胞参与破骨细胞在骨表面附着
的调节
? 成骨细胞合成破骨细胞骨吸收刺激因

? 成骨细胞参与破骨细胞分化成熟的调

五、牙周韧带细胞
( periodontal ligament cell,PDLC)
牙周韧带细胞具有异质性 ( heterogeneous)。
成骨细胞
成牙骨细胞
牙周韧带细胞
“大胆假设,小心求证。,
胡 适
牙周韧带细胞具有异质性
牙周韧带细胞可能含有干细胞
Figure 1,Isolation of adult human PDLSCs
PDL:牙周韧带; PDLSCs:牙周韧带干细胞; DPSCs:牙髓干细胞;
BMSSCs:骨髓基质干细胞,STRO-1:干细胞表面标志;
CD146/MUC18:干细胞表面标志; GAPDH:内标; Scleraxis:腱细胞
的特征转录子
Figure 2,Expression of cementoblastic/osteoblastic
phenotype by PDLSCs
ALP:碱性磷酸酶; MEPE:基质细胞外蛋白; BSP:骨涎蛋白;
OSC:骨钙素; TGFR1,TGF受体; HSP90,assess the amount of
protein loaded per sample
Figure 3,Adipogenic differentiation of PDLSCs
Oil red O positive lipid clusters,脂肪细胞的特征标志之一
PPAR2,脂肪细胞的标志
lipoprotein lipase (LPL):脂肪细胞的标志
Figure 4,Generation of cementum-like and PDL-
like structures in vivo by PDLSCs
Figure 5,Generation of collagen fibres by
PDLSCs in vivo
Figure 6,PDLSCs in periodontal tissue repair
in immunocompromised rats
牙周韧带细胞具有异质性
具有纤维细胞表型牙周韧带细胞
OB PDL CB ODB
ALP +++ ++ + +++
Col I ++ ++ + ++
Periostin + +++ + +_
Cbfa1 ++ ++ ++ +++
OCN +++ _ ++ ++++
BSP ++ _ ++ _
PDL:牙周韧带
PDL-L2,成纤维表型的 PDLC
MC3T3-E1:成骨细胞系
NIH3T3:成纤维细胞系
C3H10T1/2:间充质细胞系
影响骨改建的生物学因素
第三节
一、骨改建影响因素概论
全身因素 ( systemic factors)
局部因素 ( local factors)
其他因素
全身因素
钙调节
激素
甲状旁腺素
(Parathormone,PTH)
1,25-(OH)2维生素 D3
( active vitamin D3 )
降钙素 (Calcitonin,CT)
性激素 雌激素 ( Estrogen)
睾丸激素 ( Testosterone)
其他
生长激素 ( growth hormone)
甲状腺激素 ( Thyroid hormone)
皮质醇激素 ( Cortisol)
局部因素
生长因子
( Growth factors)
白细胞介素
Interleukins (IL)
肿瘤坏死因子
( Tumour necrosis factors)
干扰素
( Interferons)
集落刺激因子
( Colony stimulating factors)
其他
生长因子
胰岛素样生长因子
Insulin-like growth factors (IGF-I & II)
转化生长因子 -β家族 Transforming
growth factors (TGFβ s 1-3)
成纤维细胞生长因子
Fibroblast growth factors acidic and basic
(aFGF & bFGF)
血小板衍生的生长因子
Platelet derived growth factor (PDGF)
骨形成蛋白
Bone morphogenetic proteins BMPs 1-7
白细胞介素
IL-1 β
IL-3 (Multi CSF)
IL-4
IL-6
IL-8
肿瘤坏死因子 TNFα
TNFβ
IFNγ 干扰素
集落刺激因子
GM(粒细胞、巨噬细胞) -CSF
M(巨噬细胞) -CSF
前列腺素
Prostaglandins
甲状旁腺激素相关肽
Parathyroid hormone related peptide
( PTH-RP)
降钙素相关肽
Calcitonin gene related peptide
(CGRP)
其他
( 局部)
其他 电刺激 Electrical stimulus
环境因素
Environmental
温度
氧水平
酸碱平衡
局部应力
Local stresses
二、第二信使
? 细胞信号分子包括:短肽、蛋白质、气体分
子( NO,CO)以及氨基酸、核苷酸、脂类和
胆固醇衍生物等等。
? 其共同特点是,① 特异性,只能与特定的受
体结合; ② 高效性,几个分子即可发生明显的生
物学效应,这一特性有赖于细胞的信号逐级放大
系统; ③ 可被灭活,完成信息传递后可被降解或
修饰而失去活性,保证信息传递的完整性和细胞
免于疲劳。
? 脂溶性信号分子,如甾类激素和甲状腺素,可
直接穿膜进入靶细胞,与胞内受体结合形成激素 -
受体复合物,调节基因表达。
? 水溶性信号分子,如神经递质、细胞因子和水
溶性激素,不能穿过靶细胞膜,只能与膜受体结
合,经信号转换机制,通过胞内信使(如 cAMP)
或激活膜受体的激酶活性(如受体酪氨酸激酶),
引起细胞的应答反应。所以这类信号分子又称为
第一信使 ( primary messenger),而 cAMP这样
的胞内信号分子被称为第二信使( secondary
messenger)。
? 目前公认的 第二信使 有 cAMP,cGMP、三磷
酸肌醇( IP3)和二酰基甘油( DG),Ca2+
? 第二信使的作用:转换和放大的作用。
cAMP 和 IP3 均属于 G蛋白耦联受体 所介导的
细胞信号通路
激素 → G蛋白耦联受体 → G蛋白 → 腺苷酸环
化酶 → cAMP→ 依赖 cAMP的蛋白激酶 A→ 基
因调控蛋白 → 基因转录
cAMP传导途径
IP3传导途径
胞外信号分子与细胞表面 G蛋白耦联型受体
结合,激活质膜上的磷脂酶 C( PLC-β),
使质膜上 4,5-二磷酸磷脂酰肌醇( PIP2)
水解成 1,4,5-三磷酸肌醇( IP3)和二酰
基甘油( DG)两个第二信使,胞外信号转
换为胞内信号(图 8-21)
三、骨改建的调节因子
骨塑形( bone modeling)和骨改建( bone remodeling)
成骨细胞系和破骨细胞系间的交互作用
间充质干细胞
前成骨细胞 前破骨细胞
成骨细胞 破骨细胞
PTH
PTH-RP
PG
Cytokine
Vitamin D3
骨基质
溶解 BMP-2 FGF
IGF-1
IGF-2
TGF-β 1
TGF-β 2
RANK
c- fms
? PTH作用的总效应是升高血钙。
? PTH具有促进成骨和溶骨的双重作用。实验研
究表明小剂量 PTH可促进成骨作用,而大剂量
则可促进溶骨作用。
甲状旁腺素 PTH
成骨细胞
IGF-1 FGF-2
间充质干细胞
前成骨细胞 成骨细胞
骨衬里细胞
PTH-RP
刺激成骨细胞功能
阻止成骨细胞凋亡
Bcl-2
Bcl-XL
PTH
PTHRI
1,25-(OH)2维生素 D3
? 1,25-(OH)2维生素 D3总的调节效果是使血钙、
血磷增高。
? 对骨亦有溶骨和成骨的双重作用。
? 作用与 PTH相反,其作用是抑制破骨作用,抑制
钙、磷的重吸收,降低血钙和血磷。
降钙素 CT
? 直接抑制破骨细胞的生成,抑制骨盐溶解、降低
血钙、血磷浓度。
雌激素
? 对成骨细胞和破骨细胞均有作用,抑制骨盐溶解,
促进成骨。
睾丸激素
? 对骨形成直接的促进作用,并且通过促进肌肉生
长间接促见骨形成
? 可在脂肪细胞里转化为雌激素
雌激素
破骨细胞
雌激素
受体
TGF-β
促使细胞凋亡
单核细胞
前破骨细胞 前破骨细胞
雌激素衰竭的骨 雌激素富集的骨
IL-1 β
IL-1 β
受体
IL-1 β
受体
IL-1 β
伪受体
IL-1 β 和受体结合
促进破骨细胞形成 破骨细胞形成
雌激素
成骨系细胞
TGF-β 破骨系细胞
破骨细胞
分化继续
阻止破骨
细胞分化
RANKL OPG
RANKL + RANK RANKL +OPG
胰岛素样生长因子
? 促进成骨细胞增值,诱导成骨细胞分化。
转化生长因子 -β家族
? 作用比较复杂、多变
? 促进成骨细胞增值、分化。
? 抑制 IL-1和维生素 D3 诱导的骨吸收和破骨细胞的成
熟分化
成纤维细胞生长因子
? 促进间充质细胞、前成骨细胞增值,不 诱导成骨
细胞分化。
血小板衍生的生长因子
? 可以增加间充质细胞 IGF的合成,对骨作用机理不

骨形成蛋白
? 目前已知的唯一可以独立在体内异位成骨的生长
因子
肿瘤坏死因子
? 通过成骨细胞的介导,具有明显的促进骨吸收的
作用。
干扰素
? 可抑制前破骨细胞的增生、分化,从而抑制破骨
细胞性骨吸收,是一种多功能的细胞因子,又是骨
吸收抑制因子。
IL
? IL-1α, β 是骨吸收的有效的强力刺激因子,它可
以刺激成骨细胞产生 PGE2,介导骨吸收,还可刺激
成纤维细胞与吞噬细胞产生胶原酶,活化 破骨细胞
而促进骨吸收
? IL-2可以通过刺激 破骨细胞 分泌促进骨吸收
? IL-6为多功能的细胞因子,是介导破骨细胞性骨吸
收的中心因子,具有显著促进骨吸收的作用。
集落刺激因子
? M-CSF是破骨细胞分化过程中不可缺少的因子
前列腺素
? 通过增加 cAMP含量促骨吸收
? 几乎所有促进或抑制骨吸收的细胞因子均影响
PG的合成。
? 对成骨细胞的作用具有双向性。
四、牙周韧带细胞的调节因子
? 刺激增殖
? 诱导分化
? 刺激蛋白质的合成和分泌
? 促进附着
? 改变细胞形状
? 刺激细胞移动
血小板衍生的生长因子
? 调控细胞增殖,但对细胞外基质的合成和间充质
细胞的分化没有作用。
胰岛素样生长因子
? 促进前成骨细胞增值,诱导成骨细胞分化。但对
间充质细胞的分化和组织的血管化没有作用。
转化生长因子 -β
? 作用比较复杂、多变;
? 促进 /抑制成骨细胞增值、分化。
碱性成纤维细胞生长因子
? 抑制牙周韧带细胞形成矿化结节。
骨形成蛋白
? 可以促进牙槽骨、牙骨质以及牙周韧带样结构的
形成。
力在骨改建中的作用
第四节
颅面骨组织变化研究的
主要方法
第五节