[摘要] 半胱氨酸組織蛋白酶是組織蛋白酶家族的主要成員。牙本質酸蝕脫礦后裸露的膠原纖維被內源性蛋白酶降解是影響牙本質粘接耐久性的主要因素之一。除基質金屬蛋白酶外，半胱氨酸組織蛋白酶也在粘接過程中被激活并參與混合層中膠原的破壞。本文就半胱氨酸組織蛋白酶與基質金屬蛋白酶的相互作用、在牙本質粘接中的作用以及半胱氨酸組織蛋白酶抑制劑對提高牙本質粘接耐久性的作用的研究進展作一綜述。
[關鍵詞] 半胱氨酸組織蛋白酶；牙本質粘接耐久性；基質金屬蛋白酶；半胱氨酸組織蛋白酶抑制劑
隨著微創修復理念的發展，口腔臨床醫生及患者對粘接效果的要求越來越高。現今，牙本質粘接劑已具備理想的即刻粘接性能，但遠期粘接效果仍不能令人滿意。目前認為牙本質酸蝕脫礦后裸露的膠原纖維被內源性蛋白酶降解是影響牙本質粘接耐久性的主要因素之一[1]，無論是在全酸蝕或自酸蝕的粘接過程中都存在內源性蛋白酶的激活[2-3]。在牙本質內源性蛋白酶中，得到較為深入研究的是基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP），一些研究發現半胱氨酸組織蛋白酶（cysteine cathepsin）也參與了牙本質粘接界面的破壞。
半胱氨酸組織蛋白酶的種類與特性
組織蛋白酶（cathepsin，Cath）屬于溶酶體中的水解細胞內蛋白質的木瓜蛋白酶類肽鏈內切酶[4]，也屬于細胞外降解Ⅰ型膠原和蛋白多糖的外肽酶[5]。人體中至少存在11種Cath，已被證實的有CathB、CathC、CathF、CathH、CathK、CathL、CathO、CathS、CathV、CathW 和CathX[6]。根據蛋白質水解機制進行分類，Cath成員中大部分屬于半胱氨酸組織蛋白酶（如CathB、Ca thC、CathK、CathH、CathL和CathS），少數為天冬氨酸組織蛋白酶（如CathD和CathE）和絲氨酸組織蛋白酶（CathA和CathG）。半胱氨酸組織蛋白酶都是以無活性的酶原形式合成并通過甘露醇-6-磷酸受體途徑轉運至細胞內。陰離子多糖（如黏多糖、硫酸葡聚糖）能夠促進其自催化激活[7-8]。半胱氨酸組織蛋白酶是一類在弱酸性環境中易被活化，在堿性和中性溶液中不穩定的糖蛋白；其蛋白質水解活性受到一系列內源性抑制劑的調節。半胱氨酸蛋白酶抑制劑（cystatin）家族成員，如表達于細胞內的內源性抑制劑stefinA和stefinB以及表達于細胞外的cystatinC、cystatinD 和cystatinF都可以調節相應的半胱氨酸組織蛋白酶的活性[9]。
半胱氨酸組織蛋白酶的生理作用
半胱氨酸組織蛋白酶可降解細胞外基質中的蛋白質，如膠原、層粘連蛋白、纖連蛋白和蛋白多糖。此外，它還參與激活某些前體蛋白或蛋白酶系統，參與骨骼與細胞外基質重建以及血管增殖等多方面生理、病理過程，與人類腫瘤、骨質疏松癥、關節炎、動脈粥樣硬化等多種重要疾病密切相關[10-11]。CathK在成骨細胞及破骨細胞中高水平表達，參與了牙周病及種植體周圍炎骨吸收過程[12-14]。Nascimento等[15]的研究表明，齲壞牙本質中CathB的含量比在正常牙本質中高近10倍，并隨著牙本質齲損深度的增加，其活性增加。這提示CathB參與了齲壞牙本質降解過程。可見，半胱氨酸組織蛋白酶在口腔中的生理、病理過程中也發揮著重要的作用。
半胱氨酸組織蛋白酶與MMP的相互作用
MMP是一類鈣鋅依賴性肽鏈內切酶，幾乎可降解所有細胞外基質蛋白。其中MMP-2、MMP-3、MMP-8、MMP-9及MMP-20已被證實存在于牙本質中[16]。研究[17]表明MMP在牙本質粘接耐久性降低中起重要作用。CathS與MMP之間可能存在相互激活、相互協同的作用。研究[18]顯示MMP可激活CathB前體蛋白，活化的CathB將進一步激活牙齦成纖維細胞的MMP-1。黏多糖可通過直接激活半胱氨酸組織蛋白酶和促進其與作用底物相結合來調節酶活性。MMP（如 MMP-1、MMP-2、MMP-7、MMP-8、MMP-9 和MMP-13）能與前列腺素及黏多糖結合，從而抑制半胱氨酸組織蛋白酶的作用[19]。相反，MMP-3通過分解前列腺素的異聚體參與半胱氨酸組織蛋白酶激活[20]。因此，MMP–PG/GAG復合體在牙本質膠原生理代謝中具有重要作用。同樣的，半胱氨酸組織蛋白酶可以激活MMP。半胱氨酸組織蛋白酶在酸性條件下激活后，可以切除Ⅰ型膠原的C-末端肽，暴露膠原的切割位點，使膠原能與MMP結合[21]。因此，牙本質可能存在Cath與MMP的相互作用，MMP和Cath可能共同參與粘接界面裸露的牙本質膠原的降解。
半胱氨酸組織蛋白酶與牙本質粘接的關系及可能機制
由于牙本質小管中液體的流動，粘接劑中小分子的聚合物可以滲透其中，而牙本質小管液中含有的蛋白酶可能參與混合層中膠原的降解。Lehmann等[22]發現，在使用自酸蝕粘接系統時，成牙本質細胞的MMP-2表達增加。他們認為成牙本質細胞可能通過增加蛋白酶的合成參與混合層的破壞。Zhang等[23]發現不同粘接過程可對半胱氨酸組織蛋白酶的活性產生影響，酸蝕及酸蝕-沖洗粘接法能降低Cath活性，而自酸蝕粘接法則增加其活性。另外，研究[24]表明黏多糖存在于牙本質中，并在牙本質酸蝕及膠原降解時釋放，提示其在粘接過程中直接參與牙本質中半胱氨酸組織蛋白酶的活化。
近期的研究表明，成牙本質細胞及牙髓組織中含有編碼大部分組織蛋白酶的DNA序列，存在CathB、CathK等多種Cath的表達；CathB是牙髓組織和成牙本質細胞培養過程中穩定并且高水平表達的Cath。CathB密集分布于牙髓組織和成牙本質細胞中，在牙本質小管區同樣可見分布，并集中分布于管周牙本質區[25]。CathB存在于牙本質小管中，并在齲壞牙本質中表達增加，且與MMP的活性具有高度相關性，據此可以推斷其在牙本質齲壞中具有重要的作用[26]。因為齲壞而需要修復的患牙較多，通常牙髓具有局部輕微的炎癥，所以牙本質-牙髓復合體產生的MMP和半胱氨酸組織蛋白酶可能也是混合層降解的重要原因。
半胱氨酸組織蛋白酶抑制劑在提高牙本質粘接耐久性方面的應用
MMP與半胱氨酸組織蛋白酶共同存在于牙本質-牙髓復合體中，推測這兩種蛋白酶共同參與牙本質內源性蛋白酶的水解活動，使用MMP及半胱氨酸組織蛋白酶抑制劑可保護粘接界面。許多研究致力于尋找有效的酶抑制劑。有研究[27]表明氯己定能有效抑制MMP，提高粘接耐久性。MMP的活性位點包含半胱氨酸重復序列，其中包括組氨酸殘基及相鄰的谷氨酸殘基，對其催化作用至關重要。由于谷氨酸是二羧酸，即使在生理狀態pH條件下，谷氨酸形成多肽后仍攜帶1個自由的負電荷羧基。氯己定通過其陽離子與MMP活性位點中的陰離子結合，從而抑制其活性作用。近年來的研究表明氯己定可以抑制人重組及牙本質來源的半胱氨酸組織蛋白酶的活性，并呈濃度依耐性。其機制可能為氯己定可有效地結合CathB、CathK和CathL中的活性基團，從而阻止其蛋白質水解活動[28]。
季銨鹽甲基丙烯酸酯（quaternary ammonium methacrylate，QAM）的作用機制與氯己定相似，QAM通過其陽離子與MMP活性位點結合而抑制MMP活性。Tezvergil-Mutluay等[29]檢測各種外源性半胱氨酸組織蛋白酶（CathB、CathK、CathL和CathS）及QAM處理牙本質后，MMP及半胱氨酸組織蛋白酶降解膠原特異性產物——Ⅰ型膠原交聯羧基末端肽和Ⅰ型膠原吡啶交聯終肽，15%的2-丙烯酰氧基氯處理后可減少Ⅰ型膠原交聯羧基末端肽的生成，從而推測其可抑制半胱氨酸組織蛋白酶的活性。
另外，E-64是從曲霉中獲得的一種不可逆的、有效的、高選擇性的半胱氨酸組織蛋白酶抑制劑，目前已大量應用于科學研究中。其機制可能為E-64不可逆地與半胱氨酸組織蛋白酶的活性巰基結合后形成硫醚連接。楊偉湘等[30]研究發現，添加組織蛋白酶抑制劑E-64未對牙本質與樹脂即刻粘接強度產生影響，老化處理后，E-64可提高樹脂粘接強度，保持膠原的相對完整，提高牙本質粘接耐久性。
綜上所述，半胱氨酸組織蛋白酶與MMP共同參與牙本質粘接界面中裸露膠原蛋白的降解，其抑制劑的使用將成為提高牙本質粘接耐久性的新方法。然而，目前關于半胱氨酸組織蛋白酶與MMP在牙本質粘接過程中活化及相互作用機制的認識尚不明確。更好地了解其作用機制對理解牙本質混合層破壞過程及尋找提高牙本質粘接耐久性的方法具有重大意義。
來源：廖文婷 李彥 國際口腔醫學雜志
