[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(zhì)酸蝕脫礦后裸露的膠原纖維被內(nèi)源性蛋白酶降解是影響牙本質(zhì)粘接耐久性的主要因素之一。除基質(zhì)金屬蛋白酶外，半胱氨酸組織蛋白酶也在粘接過(guò)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(zhì)金屬蛋白酶的相互作用、在牙本質(zhì)粘接中的作用以及半胱氨酸組織蛋白酶抑制劑對(duì)提高牙本質(zhì)粘接耐久性的作用的研究進(jìn)展作一綜述。

[關(guān)鍵詞]  半胱氨酸組織蛋白酶；牙本質(zhì)粘接耐久性；基質(zhì)金屬蛋白酶；半胱氨酸組織蛋白酶抑制劑

隨著微創(chuàng)修復(fù)理念的發(fā)展，口腔臨床醫(yī)生及患者對(duì)粘接效果的要求越來(lái)越高。現(xiàn)今，牙本質(zhì)粘接劑已具備理想的即刻粘接性能，但遠(yuǎn)期粘接效果仍不能令人滿(mǎn)意。目前認(rèn)為牙本質(zhì)酸蝕脫礦后裸露的膠原纖維被內(nèi)源性蛋白酶降解是影響牙本質(zhì)粘接耐久性的主要因素之一[1]，無(wú)論是在全酸蝕或自酸蝕的粘接過(guò)程中都存在內(nèi)源性蛋白酶的激活[2-3]。在牙本質(zhì)內(nèi)源性蛋白酶中，得到較為深入研究的是基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP），一些研究發(fā)現(xiàn)半胱氨酸組織蛋白酶（cysteine cathepsin）也參與了牙本質(zhì)粘接界面的破壞。

半胱氨酸組織蛋白酶的種類(lèi)與特性

組織蛋白酶（cathepsin，Cath）屬于溶酶體中的水解細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的木瓜蛋白酶類(lèi)肽鏈內(nèi)切酶[4]，也屬于細(xì)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(shí)的有CathB、CathC、CathF、CathH、CathK、CathL、CathO、CathS、CathV、CathW 和CathX[6]。根據(jù)蛋白質(zhì)水解機(jī)制進(jìn)行分類(lèi)，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(shù)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(wú)活性的酶原形式合成并通過(guò)甘露醇-6-磷酸受體途徑轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)。陰離子多糖（如黏多糖、硫酸葡聚糖）能夠促進(jìn)其自催化激活[7-8]。半胱氨酸組織蛋白酶是一類(lèi)在弱酸性環(huán)境中易被活化，在堿性和中性溶液中不穩(wěn)定的糖蛋白；其蛋白質(zhì)水解活性受到一系列內(nèi)源性抑制劑的調(diào)節(jié)。半胱氨酸蛋白酶抑制劑（cystatin）家族成員，如表達(dá)于細(xì)胞內(nèi)的內(nèi)源性抑制劑stefinA和stefinB以及表達(dá)于細(xì)胞外的cystatinC、cystatinD 和cystatinF都可以調(diào)節(jié)相應(yīng)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(xì)胞外基質(zhì)中的蛋白質(zhì)，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(tǒng)，參與骨骼與細(xì)胞外基質(zhì)重建以及血管增殖等多方面生理、病理過(guò)程，與人類(lèi)腫瘤、骨質(zhì)疏松癥、關(guān)節(jié)炎、動(dòng)脈粥樣硬化等多種重要疾病密切相關(guān)[10-11]。CathK在成骨細(xì)胞及破骨細(xì)胞中高水平表達(dá)，參與了牙周病及種植體周?chē)坠俏者^(guò)程[12-14]。Nascimento等[15]的研究表明，齲壞牙本質(zhì)中CathB的含量比在正常牙本質(zhì)中高近10倍，并隨著牙本質(zhì)齲損深度的增加，其活性增加。這提示CathB參與了齲壞牙本質(zhì)降解過(guò)程。可見(jiàn)，半胱氨酸組織蛋白酶在口腔中的生理、病理過(guò)程中也發(fā)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(lèi)鈣鋅依賴(lài)性肽鏈內(nèi)切酶，幾乎可降解所有細(xì)胞外基質(zhì)蛋白。其中MMP-2、MMP-3、MMP-8、MMP-9及MMP-20已被證實(shí)存在于牙本質(zhì)中[16]。研究[17]表明MMP在牙本質(zhì)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(xié)同的作用。研究[18]顯示MMP可激活CathB前體蛋白，活化的CathB將進(jìn)一步激活牙齦成纖維細(xì)胞的MMP-1。黏多糖可通過(guò)直接激活半胱氨酸組織蛋白酶和促進(jìn)其與作用底物相結(jié)合來(lái)調(diào)節(jié)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(jié)合，從而抑制半胱氨酸組織蛋白酶的作用[19]。相反，MMP-3通過(guò)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(fù)合體在牙本質(zhì)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(diǎn)，使膠原能與MMP結(jié)合[21]。因此，牙本質(zhì)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(zhì)膠原的降解。

半胱氨酸組織蛋白酶與牙本質(zhì)粘接的關(guān)系及可能機(jī)制

由于牙本質(zhì)小管中液體的流動(dòng)，粘接劑中小分子的聚合物可以滲透其中，而牙本質(zhì)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(fā)現(xiàn)，在使用自酸蝕粘接系統(tǒng)時(shí)，成牙本質(zhì)細(xì)胞的MMP-2表達(dá)增加。他們認(rèn)為成牙本質(zhì)細(xì)胞可能通過(guò)增加蛋白酶的合成參與混合層的破壞。Zhang等[23]發(fā)現(xiàn)不同粘接過(guò)程可對(duì)半胱氨酸組織蛋白酶的活性產(chǎn)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(zhì)中，并在牙本質(zhì)酸蝕及膠原降解時(shí)釋放，提示其在粘接過(guò)程中直接參與牙本質(zhì)中半胱氨酸組織蛋白酶的活化。

近期的研究表明，成牙本質(zhì)細(xì)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(dá)；CathB是牙髓組織和成牙本質(zhì)細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中穩(wěn)定并且高水平表達(dá)的Cath。CathB密集分布于牙髓組織和成牙本質(zhì)細(xì)胞中，在牙本質(zhì)小管區(qū)同樣可見(jiàn)分布，并集中分布于管周牙本質(zhì)區(qū)[25]。CathB存在于牙本質(zhì)小管中，并在齲壞牙本質(zhì)中表達(dá)增加，且與MMP的活性具有高度相關(guān)性，據(jù)此可以推斷其在牙本質(zhì)齲壞中具有重要的作用[26]。因?yàn)辇x壞而需要修復(fù)的患牙較多，通常牙髓具有局部輕微的炎癥，所以牙本質(zhì)-牙髓復(fù)合體產(chǎn)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(zhì)粘接耐久性方面的應(yīng)用

MMP與半胱氨酸組織蛋白酶共同存在于牙本質(zhì)-牙髓復(fù)合體中，推測(cè)這兩種蛋白酶共同參與牙本質(zhì)內(nèi)源性蛋白酶的水解活動(dòng)，使用MMP及半胱氨酸組織蛋白酶抑制劑可保護(hù)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(diǎn)包含半胱氨酸重復(fù)序列，其中包括組氨酸殘基及相鄰的谷氨酸殘基，對(duì)其催化作用至關(guān)重要。由于谷氨酸是二羧酸，即使在生理狀態(tài)pH條件下，谷氨酸形成多肽后仍攜帶1個(gè)自由的負(fù)電荷羧基。氯己定通過(guò)其陽(yáng)離子與MMP活性位點(diǎn)中的陰離子結(jié)合，從而抑制其活性作用。近年來(lái)的研究表明氯己定可以抑制人重組及牙本質(zhì)來(lái)源的半胱氨酸組織蛋白酶的活性，并呈濃度依耐性。其機(jī)制可能為氯己定可有效地結(jié)合CathB、CathK和CathL中的活性基團(tuán)，從而阻止其蛋白質(zhì)水解活動(dòng)[28]。

季銨鹽甲基丙烯酸酯（quaternary ammonium methacrylate，QAM）的作用機(jī)制與氯己定相似，QAM通過(guò)其陽(yáng)離子與MMP活性位點(diǎn)結(jié)合而抑制MMP活性。Tezvergil-Mutluay等[29]檢測(cè)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(zhì)后，MMP及半胱氨酸組織蛋白酶降解膠原特異性產(chǎn)物——Ⅰ型膠原交聯(lián)羧基末端肽和Ⅰ型膠原吡啶交聯(lián)終肽，15%的2-丙烯酰氧基氯處理后可減少Ⅰ型膠原交聯(lián)羧基末端肽的生成，從而推測(cè)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(yīng)用于科學(xué)研究中。其機(jī)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(jié)合后形成硫醚連接。楊偉湘等[30]研究發(fā)現(xiàn)，添加組織蛋白酶抑制劑E-64未對(duì)牙本質(zhì)與樹(shù)脂即刻粘接強(qiáng)度產(chǎn)生影響，老化處理后，E-64可提高樹(shù)脂粘接強(qiáng)度，保持膠原的相對(duì)完整，提高牙本質(zhì)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(zhì)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(zhì)粘接耐久性的新方法。然而，目前關(guān)于半胱氨酸組織蛋白酶與MMP在牙本質(zhì)粘接過(guò)程中活化及相互作用機(jī)制的認(rèn)識(shí)尚不明確。更好地了解其作用機(jī)制對(duì)理解牙本質(zhì)混合層破壞過(guò)程及尋找提高牙本質(zhì)粘接耐久性的方法具有重大意義。

來(lái)源： 廖文婷 李彥 國(guó)際口腔醫(yī)學(xué)雜志