作者：余岳霖，暨南大学口腔医学院；孔卫东，暨南大学第一附属医院口腔正畸科
原发性牙齿萌出障碍（primary failure of eruption，PFE）是一种罕见的牙萌出障碍，发病率约为0.06%，定义为“由于牙萌出机制紊乱导致非强直的乳或恒牙虽存在相应的萌出路径，但无法或不能完全萌出”。牙齿萌出是一个极其复杂的生理过程，涉及牙囊细胞、破骨细胞、成骨细胞、细胞因子、信号通路协同及各种环境因素等的相互作用，其间任何环节出现紊乱都可能会导致牙齿出现萌出障碍。
研究表明：甲状旁腺激素受体1 （parathyroid hormone receptor 1，PTH1R） 基因在PFE的发生发展过程中扮演着非常重要的角色，不少学者认为PFE与PTH1R的表达异常关系密切。本文就PTH1R介导PFE有关机制及相关因子的研究现状进行归纳与总结，以期为PFE发病机制研究提供线索和参考。
1.PFE 的特点
1.1 PFE的临床表现
1981年，Proffit等发现PFE并进行研究。现回顾相关研究， 可将PFE的临床表现归纳为如下几点：1） 常累及恒牙的后牙，以第一恒磨牙最常见，可表现为严重的后牙开，恒切牙则极少累及，偶见于乳牙列；2） 患牙可完全埋伏颌骨内，也可部分萌出，影像学显示萌出通道多为通畅；3） 正畸力牵引通常不向方移动，并有牙齿固连表象发生；4） 可单侧或双侧同时发生，以单侧居多；5） 患者无明显的全身系统疾病；6）PFE为常
1.2 PFE病因（基因）学的研究进展
随着PFE研究的深入，学者们发现PFE是一种遗传性疾病。Decker等发现PFE患者及其家族成员所携带PTH1R基因中有突变（c.1050-3C>G、c.543+1G>A 和 c.463G>T） 位点，随后其他学者相继在临床上诊断为PFE的患者及其家系成员的基因学研究中也发现PTH1R 的其他位点（c.505G>T、c.356C>T、c.395C>T、c.439C>T、c.1148G>A和c.639-2A>G） 有突变。
目前，已有36种PTH1R突变在人类基因突变数据库（Human Gene Mutation Database，HGMD） 中被注册为对PFE致病性或可能致病性，进一步证实了PTH1R基因突变是PFE的致病原因之一。此外，Yamaguchi等利用Lollipops软件分析这些变异遗传区域和功能域的积累，结果发现：致病性PTH1R变异的位置散在分布于整个基因中，没有区域积累，也没有观察到表型依赖的特征。
其中，一些学者认为：有些PTH1R位点突变会导致前体蛋白的过早降解（如c.463G>T、c.543+1G>A、c.1050-3C>G等），导致PTH1R蛋白的生物学功能丧失；Frazier-Bowers等认为：有些PTH1R错义突变（如c.356C>T、c.395C>T、c.439C>T和c.1148G>A等） 会损害正确的mRNA翻译，导致突变蛋白竞争性地与正常的配体结合而阻碍正常PTH1R信号传递；然而Grippaudo等对1个PFE家族进行基因分析后发现：有位携带致病性PTH1R基因的家族成员并未有PFE表型，这就提示PFE存在不完全外显的表型，可能是遗传以及微环境因素等多因素共同作用的结果。
PTH1R基因位于染色体3p21-p22.1，包含16个外显子，其编码合成的是PTH1R，也称甲状旁腺激素相关蛋白受体（parathyroid hormone-related protein receptor，PPR），其配体为甲状旁腺激素（parathyroid hormone，PTH） 和甲状旁腺激素相关蛋白（parathyroid hormone-related protein，PTHrP），PTH/PTHrP和PTH1R结合后能产生一系列生物学效应，如软骨内骨发育、调节钙磷代谢等。
PTHrP与PTH在牙胚的发育过程中主要由星网状层分泌，含有PTHrP的牙囊细胞可分化为牙周膜成纤维细胞、成牙骨质细胞和成骨细胞。PTHrP-PPR自分泌信号是牙齿萌出及牙根形成的关键，参与主要信号通路Wnt/β-catenin、刺猬信号通路（hedgehog，Hh） 和转移生长因子（transforming growth factor-β，TGF-β） /骨形态发生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP），调控牙骨质及牙周膜附着形成。
Fukushima等的研究发现：如果牙囊细胞不能产生PTHrP，将导致正常发育的牙齿被冠部牙槽骨阻挡而无法萌出。赵迪芳等切除大鼠双侧甲状腺后的研究发现：大鼠牙囊细胞及成骨细胞、破骨细胞增殖分化受到抑制，导致其牙齿萌出障碍；Subramanian等的体外细胞学实验同样证实：PFE患者的PTH1R突变将影响牙槽骨细胞内PTH信号，从而影响牙齿移动。这提示PTH-PTH1R和PTHrP-PTH1R信号缺陷与牙齿萌出障碍有较为密切的关系。
2.PTH1R 信号缺陷与牙萌出障碍的研究进展
牙萌出的机制主要涉及两大方面：一方面需要成熟的破骨细胞使牙囊冠部牙槽骨发生吸收，形成牙齿萌出通道；另一方面需要牙周膜、根尖周组织及牙囊基部牙槽骨的形成等多因素相互作用为牙齿萌出提供动力。在这个过程中，牙囊的调控具有重要意义，牙囊内相关调控基因的表达缺陷将导致牙齿萌出障碍。近年来，谱系追踪试验和特异性基因敲除Cre/loxP系统鼠被广泛应用于遗传性疾病的研究，不少学者也利用这2项技术探讨PTH1R基因在PFE中的致病机制的研究。
2.1 PTH1R信号缺陷没有妨碍破骨细胞行使功能
以往有部分学者发现：破骨细胞中有PTH1R存在，但PTH1R在破骨细胞中所发挥的作用尚不清楚。Dempster等利用蛋白印迹分析和免疫荧光染色发现体外培养的人破骨细胞中存在PTH1R；Langub等通过原位杂交检测发现人髂骨组织中大多数破骨细胞均表达PTH1R mRNA，并通过免疫组织化学染色发现肾性甲状旁腺骨病患者的髂骨破骨细胞中表达PTH1R蛋白，而在正常人髂骨破骨细胞中不表达；Liu等用3种不同的方法[实时荧光定量聚合酶链反应（real time quantitative polymerase chain reaction，RT-qPCR）、蛋白印迹分析和免疫荧光染色]证实小鼠破骨细胞中存在PTH1R。Decker等发现：破骨细胞中有PTH1R的表达但功能并不活跃，被激活PTH1R 的阳性细胞（如成骨细胞或骨细胞） 可能通过介导旁分泌信号间接影响破骨细胞的功能。
Martin等发现：药理性激活后的PTH1R没有增强破骨细胞功能；Ansari等发现：成骨细胞特异性PTHrP敲除小鼠的破骨细胞数量没有明显改变。现阶段的研究认为：破骨细胞功能主要受到核因子κB （nuclear factor kappa B，NF-κB） 配体激活因子（receptor activator of NF-κB ligand，RANKL） /NF-κB受体激活因子（receptor activator of NF-κB，RANK） 信号通路的调控。
学者们的研究显示：PTH1R信号缺陷小鼠牙槽骨中RANKL/RANK信号表达与正常小鼠无明显差异，并且抗酒石酸
2.2 PTH1R信号缺陷影响恒牙胚牙囊发育
牙囊是发育中的牙胚周围的一种囊状膜组织。在牙萌出期，牙囊间充质细胞协调分化为成牙骨质细胞、牙周膜细胞和牙槽骨细胞等以形成功能性的牙根和牙周附着结构（即牙骨质、牙周膜和固有牙槽骨）。此外，牙囊还大量表达相关细胞因子以激活破骨细胞功能。Takahashi等对
Ono等发现：在牙根形成和萌出期，PTHrP在牙囊和牙根表面的间充质细胞中高度表达，PTH1R在牙间充质和靠近牙蕾的牙槽骨中表达，提示PTHrP及其受体PTH1R在调节牙囊细胞分化过程中起着关键作用。Ono等还发现：成骨细胞特异性转录因子（osterix，Osx） -PTH1R条件性敲除小鼠（Osx-Cre；PTH1Rfl/fl） 恒牙牙囊宽度变窄且牙囊细胞数量显著减少，抗绿色荧光蛋白染色显示小鼠恒牙牙囊中的Osx+ 祖细胞存在增殖缺陷，这表明PTH1R信号的缺陷将导致牙囊祖细胞增殖受损。然而，牙囊间充质祖细胞如何被PTHrP-PTH1R信号调控仍然是未知的，具体机制需进一步阐明。
2.3 PTH1R信号缺陷与牙周膜形成异常的关系
牙周膜的形成一直以来都被认为是牙齿萌出进程中的重要动力。Tokavanich等的研究发现：PTH1R条件性敲除（PTHrP-Cre；PTH1Rfl/fl） 小鼠磨牙萌出高度不足且伴有萌出延迟，免疫组织化学染色示牙周膜特异性蛋白（periostin） 表达减少。同样，Ono等通过谱系追踪实验证实：小鼠牙周膜细胞来源于Osx+ 祖细胞，条件性敲除PTH1R小鼠（Osx-Cre；PTH1Rfl/-） 的牙周膜更薄、胶原纤维组织更少，在完全性敲除小鼠（Osx-Cre；PTH1Rfl/fl）磨牙根部出现强直性表现的牙周膜组织，免疫组织化学染色未观察到periostin活性。
他们认为：虽然缺乏PTH1R的表达Osx+祖细胞仍可以增殖分化为成牙骨质细胞，但存在分化加速的现象，导致骨桥蛋白（osteopontin，OPN）和核因子I/C （nuclear factor I/C，NFIC） 的上调，进而导致在无细胞牙骨质的牙根表面形成有细胞牙骨质，影响正常牙周膜结构形成。Ono等还发现：活跃的牙根形成过程中，PTHrP的表达模式与Osx谱系细胞的分布重叠。
Cui等通过谱系追踪实验证实：切牙牙周膜细胞来源于Prx1+祖细胞，PTH1R条件性敲除（Prx1-Cre；PTH1Rfl/fl）小鼠表现出切牙萌出失败，镜下观察牙周膜宽度变窄、胶原纤维排列不规则，免疫组织化学染色periostin的表达减少。TGF-β/BMP信号通路在牙周组织形成中具有重要作用，Cui等通过体外培养的小鼠颌面部骨髓间充质干细胞（oral maxillofacial bone marrow mesenchymal stem cell， OMSC） 的研究发现：TGF-β/BMP的转录靶点转化生长因子β受体1 （transforming growth factor- β receptor 1，TGFBR1） 等在PTH1R缺陷小鼠的OMSC中表达降低，提示TGF-β/BMP信号和PTH1R信号之间可能存在串扰，影响牙周组织形成。
综上所述，小鼠模型中PTH1R信号缺陷将干扰正常牙周组织结构发育，导致其牙齿萌出异常，但具体机制仍需进一步研究。
2.4 PTH1R信号缺陷与牙槽骨形成异常的关系
瘦素受体基因（leptin receptor，LepR）是一种在骨髓间充质干细胞中高度表达的标志物，Zhang等的研究证实：LepR在小鼠OMSC中表达，在Lepr+ OMSC中缺乏PTH1R表达的小鼠在拔牙后表现出牙槽窝（骨）修复受阻，这突显了PTH1R信号在颌骨（牙槽骨）生长过程中的作用。Prx1在发育为骨和牙齿结构的间充质中表达，在骨骼发育中发挥重要作用；Cui等利用谱系追踪证实Prx1+祖细胞可分化为成骨细胞，CT扫描发现Prx1+祖细胞中条件性敲除PTH1R的小鼠下颌牙槽骨骨密度降低，免疫组织化学染色发现相关成骨调节因子矮小相关转录因子2 （runt-related transcription factor 2，Runx2）、Osx和骨钙素（osteo‐calcin，OCN） 等表达下调。
同样，体外研究发现：PTH1R条件性敲除小鼠的OMSC成骨相关标志物Runx2、Osx、OCN等表达减少，碱性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP） 染色减少。Tokavanich等发现：PTH1R条件性敲除（PTHrP-Cre；PTH1Rfl/fl） 小鼠磨牙牙根间骨形成有缺陷。上述结果提示：小鼠模型中PTH1R信号缺陷将干扰颌骨（牙槽骨）生长发育，但相关机制仍需进一步研究。
2.5 PTH1R信号缺陷与牙根形成异常的关系
以往观点认为：牙齿萌出和牙根形成是相互独立的2个过程，因为牙齿可以在没有牙根和牙周膜的情况下萌出。然而，有学者持不同观点：牙根形成和牙齿萌出是相互影响的过程，并且PTH1R信号在其中起关键作用。Tokavanich等发现：PTH1R 条件性敲除小鼠（PTHrP-Cre；PTH1Rfl/fl）第一磨牙的牙根长度明显缩短，伴有第一磨牙萌出高度降低以及萌出延迟。同样，Ono 等的研究发现： PTH1R条件性敲除小鼠（Osx-cre；PTH1Rfl/fl） 牙根显著截断，伴有磨牙萌出失败，（OCN-Cre；PTH1Rfl/fl） 的牙根略有截短。
人Ⅰ型胶原（human collagen type Ⅰ，Col1） 是成牙本质细胞中含量最丰富的基质蛋白，故Ono等试图利用Col1a1-caPTH1R转基因小鼠结构性激活PTH1R以挽救Osx-PTH1R条件敲除小鼠的牙根截断表型，但是并没有成功，说明PTH1R信号可能只在牙根形成的启动过程中发挥作用。
综上所述，PTH1R信号缺陷并不影响牙齿萌出过程中破骨细胞行使正常功能，而是影响恒牙胚牙囊增殖分化以及牙周膜、牙槽骨、牙根的生长发育，进而造成牙齿萌出障碍。
3.PTH1R 突变与人类PFE 临床表型的关系
目前，已有大量证据证明PFE与PTH1R基因突变有关，学者们也对PTH1R突变位点与PFE临床表型的关系进行了研究。Grippaudo等对44名临床诊断为PFE的患者及其中3名患者的母亲进行基因测序，结果发现：11名患者为PTH1R致病性变异（无义突变、移码突变和错义突变），其中有8名（72.7%）表现出PFE的典型体征（累及后牙及其远中牙齿、萌出途径完全
盛云飞对57名PFE患者基因测序结果分析发现：PTH1R外显子组发生突变的数量远大于内含子组及单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP） 组，且外显子发生突变的 PFE 患者症状更严重，常累及至前磨牙，且多累及双颌、双侧，这可能与基因的外显子组负责编码机体发挥主要功能的蛋白质有关。
Grippaudo等在对1 名家族性PFE患者基因测序后发现：1名新的但与Yamaguchi等之前发现的相似的错义突变（c.1765T>C），并且表现出相似的临床表型（以严重的双侧后牙开为主要特征）。但由于PFE患者的临床表型较为宽泛，基因型-表型的相关性尚未完全阐明。此外，PTH1R变异也与骨骼和软骨疾病有关，如Blomstrand型软骨发育不良（Blomstrand chondrodysplasia，BOCD）、Jansen干骺端软骨发育不良和奥利尔病。
虽然目前并未发现有PFE患者存在外周骨骼异常的迹象，但Risom等汇编已知的PTH1R突变位点后发现PFE和BOCD之间存在突变重叠，这提示BOCD的后代在遗传上易患PFE。多位学者认为：大多数组织行使功能只需一个正常的PTH1R拷贝，但是在牙齿发育过程中需要大量的PTH1R表达，这也解释了PFE患者只在牙齿上出现疾病表型，而在外周骨骼中没有发现异常。
此外，Frazier-Bowers等发现：并非所有的PFE患者都携带PTH1R基因编码区突变；Assiry等发现：尽管在临床上诊断为PFE的患者，但却没有PTH1R基因相关位点变异，而是发现另一种致病基因组蛋白甲基化转移酶家族的相关基因（histone lysine methyltransferase2C，KMT2C） 发生突变。这也给研究者对于PFE的发病机制及基因研究提供了新的方向和思考。
4.小结与展望
综上所述，人类基因学研究和动物研究均证实PFE与PTH1R基因存在密切联系。破骨细胞和牙囊在牙齿萌出过程中扮演重要角色，近年来的大量研究发现PTH1R信号缺陷时并不影响破骨细胞行使功能，而是妨碍牙囊及其基部牙槽骨、牙根和牙周膜的正常发育，进而导致牙齿萌出障碍。
但临床上不同环境和遗传背景下PFE表型尚存在差异，不同PFE患者PTH1R基因变异位点可能存在差异，且是否有未被发现的PFE相关性PTH1R变异位点仍不清楚，这都将给正畸医生的诊治带来一定难度。因此，明确牙囊内PTH1R基因表达异常时的具体分子机制有助于为PFE病因学研究提供理论依据，也为其预防及治疗提供发育学基础。
来源：余岳霖,孔卫东.甲状旁腺激素受体1基因相关与原发性牙齿萌出障碍的研究进展[J].国际口腔医学杂志,2023,50(05):573-580.
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