骨形成蛋白-2局部基因治療牙周骨缺損的研究進(jìn)展

骨形成蛋白-2局部基因治療牙周骨缺損的研究進(jìn)展

摘要：關(guān)鍵詞：牙周骨缺損是牙周病的嚴(yán)重后果之一，一般自身很難達(dá)到完善的修復(fù)。骨形成蛋白-2（BMP-2）作為一種高效誘導(dǎo)成骨因子，有望提高牙周骨缺損的治療效果。筆者就BMP-2局部基因治療在牙周骨缺損方面的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究進(jìn)展做一綜述。1BMP-2的作用骨形成蛋白除了BMP-1外，都屬于轉(zhuǎn)化生長因子-β超家族的成員。在BMPs中，BMP-2的誘骨作用最強(qiáng)，是發(fā)現(xiàn)的唯一能單獨(dú)誘導(dǎo)成骨的骨形成蛋白，存在于具有成骨潛質(zhì)的細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中，可以誘導(dǎo)未分化的間充質(zhì)細(xì)胞向成骨細(xì)胞和成牙骨質(zhì)細(xì)胞分化，促進(jìn)牙周組織新骨的形成[1]。研究表明，BMP-2等因子可以影響牙周膜成纖維細(xì)胞（PDLFs）堿性磷酸酶的活性，調(diào)高與礦化相關(guān)的蛋白如骨鈣素和骨橋蛋白等的基因表達(dá)，促進(jìn)PDLFs向成骨細(xì)胞表型的分化[2]。因此，直接應(yīng)用BMP-2作用于牙周組織細(xì)胞，可以起到促進(jìn)牙周間充質(zhì)細(xì)胞的增殖和分化，達(dá)到治療牙周骨缺損的作用。但是目前的研究顯示，這一作用達(dá)到并可維持最佳效應(yīng)的時(shí)間較短，臨床應(yīng)用可能需要大劑量和長期的作用，且直接應(yīng)用外源性的BMP-2可能引起免疫反應(yīng)等不良反應(yīng)[3]。通過轉(zhuǎn)基因的方法，將BMP-2基因?qū)氚屑?xì)胞內(nèi)并穩(wěn)定在局部發(fā)揮生物效應(yīng)，有望解決外源性細(xì)胞因子的應(yīng)用不足之處。通過對牙周細(xì)胞的轉(zhuǎn)染，內(nèi)源性BMP-2的分泌，一方面可以促進(jìn)間充質(zhì)細(xì)胞的分化和增殖，另一方面亦可直接促進(jìn)骨組織的生長。司曉輝等的研究表明，轉(zhuǎn)染BMP-2基因后，人牙周膜成纖維細(xì)胞內(nèi)可以產(chǎn)生BMP-2并可以在裸鼠體內(nèi)誘導(dǎo)新骨的形成[4]。2靶細(xì)胞的選擇局部基因治療的靶細(xì)胞是研究的關(guān)鍵問題。對于基因治療的研究來說，靶細(xì)胞需要滿足方便獲取，易于培養(yǎng)，生長周期長等條件。可以供選擇的細(xì)胞類型主要有牙周膜細(xì)胞（PDLCs），牙齦成纖維細(xì)胞（GFCs）等。牙周膜細(xì)胞是牙周骨缺損治療的關(guān)鍵細(xì)胞，包括牙周膜成纖維細(xì)胞，成骨細(xì)胞，成牙骨質(zhì)細(xì)胞及未分化的間充質(zhì)細(xì)胞等。牙周膜成纖維細(xì)胞（PDLFs）是占比例最多的細(xì)胞，是牙周膜中最常見的細(xì)胞。PDLFs是一種具有多分化類型潛質(zhì)的異質(zhì)性細(xì)胞，可以產(chǎn)生膠原和向成骨細(xì)胞分化，產(chǎn)生新的牙周軟硬組織。有關(guān)研究已經(jīng)證實(shí)在一定條件下，PDLFs能夠向成骨細(xì)胞表型分化，表現(xiàn)為ALP活性增加，骨鈣素、骨橋蛋白、骨涎蛋白等相關(guān)蛋白基因的高表達(dá)[5-7]。因此，選擇PDLFs作為治療牙周骨缺損的種子細(xì)胞，通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)增強(qiáng)目的蛋白的產(chǎn)生，可以在局部組織發(fā)揮作用，加強(qiáng)成骨機(jī)制的活性，提高修復(fù)硬組織的效率。但是，牙周膜細(xì)胞取材、組織培養(yǎng)較困難，體外應(yīng)用的難度較大，但一些來源較為豐富的細(xì)胞也被證實(shí)了具有牙周組織修復(fù)的能力。如唐昊喆等利用hBMP2質(zhì)粒載體轉(zhuǎn)染GFCs，結(jié)果表明可促進(jìn)GFCs向成骨細(xì)胞表型分化[8]。亦有研究認(rèn)為，GFCs具備牙周膜細(xì)胞的一些特性，且取材培養(yǎng)易于成活，增殖迅速，原代培養(yǎng)的成功率和細(xì)胞增殖活性均高于牙周膜細(xì)胞。雖然GFCs中BMP-2的表達(dá)弱于牙周膜細(xì)胞，但是綜合考慮仍是一種較合適的牙周組織修復(fù)研究的種子細(xì)胞[9]。其他類型的細(xì)胞研究也取得了一定的進(jìn)展，如骨髓基質(zhì)干細(xì)胞、牙周膜干細(xì)胞、成牙骨質(zhì)細(xì)胞、牙囊細(xì)胞等，均提示靶細(xì)胞的選擇是多樣的。3載體的選擇用于局部基因治療的BMP-2基因片段（DNA片段）很難直接通過細(xì)胞膜進(jìn)入靶細(xì)胞內(nèi)部。為了使基因治療的目的基因順利進(jìn)入受體細(xì)胞，能夠發(fā)揮相關(guān)的生物學(xué)效應(yīng)，必須選擇合適的載體。基因治療的載體一般分為兩大類：病毒載體和非病毒載體，病毒載體轉(zhuǎn)染率較高，可以轉(zhuǎn)染較多種類的受體細(xì)胞，可以高效率的產(chǎn)生目的基因。AnusaksathienO等利用腺病毒載體將血小板源性生長因子基因轉(zhuǎn)染人牙齦成纖維細(xì)胞中，再將轉(zhuǎn)染后的細(xì)胞植入體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)可以促進(jìn)牙周組織的修復(fù)[10]。但是每種病毒載體都有其缺陷，從而影響了病毒載體在治療中的應(yīng)用。非病毒載體與病毒載體相比，安全性較好，材料來源廣泛，不整合至宿主基因組。在表達(dá)質(zhì)?；蚍戳x表達(dá)質(zhì)粒真核細(xì)胞的靶向轉(zhuǎn)移中，有病毒載體不可替代的作用。但是非病毒載體的轉(zhuǎn)染成功率較低，且多為瞬時(shí)表達(dá)，單獨(dú)應(yīng)用受到一定的限制[11]。BMP-2局部基因治療的載體可以和一些物理手段如電穿孔技術(shù)、超聲