第六节 牙的发育

第六节  牙的发育

一、牙胚的发生和分化

牙胚由牙板及邻近的外胚间叶组织发育而来,牙板的发生是牙齿发育的开始。牙胚由成釉器、牙乳头和牙囊构成。牙胚将形成四种牙体组织和部分牙周组织,其中成釉器形成釉质,牙乳头形成牙本质和牙髓,牙囊形成牙骨质、牙周膜和部分牙槽骨。牙的发育是一个长期、复杂的生物学过程,包括细胞与细胞、上皮与间充质的相互作用,细胞分化、形态发生、组织矿化和牙萌出。与所有发育过程一样,牙的发育也是由一系列复杂的基因级联表达所调控,从而控制细胞进入预定的位置并向特定方向分化。

(一)成釉器的发育

1.牙板的发生   成釉器来自于牙板。在胚胎第5周,在未来的牙槽突区,深层的外胚间充质组织诱导上皮增生,开始仅在上下颌弓的特定点上局部增生,很快增厚的上皮相互连接,依照颌骨的外形形成马蹄形上皮带,称为原发性上皮带。这个上皮带继续向深层生长,并在末端分裂为两个上皮板:向颊(唇)方向生长的上皮板称前庭板;位于舌(腭)侧的上皮板称为牙板。前庭板与口腔前庭发生有关;牙板向深层结缔组织生长,其末端细胞增生,进而发育成成釉器。

2.成釉器的形成和分化  在牙胚发育中,成釉器首先形成。成釉器的发育是一个连续的过程,可分为三个时期。

(1)蕾状期:在牙板末端的20个定点上,上皮细胞迅速增生,形成圆形或卵圆形的突起,形状如花蕾,即蕾状期成釉器,也称牙蕾。其构成的细胞类似上皮的基底细胞,立方形或低柱状。邻近的间充质细胞增生活跃,但未见细胞分化。蕾状期时所有牙胚形态基本相似,向帽状期转化时,牙胚开始出现形态差异,并最终发育成不同形态的牙。

(2)帽状期:蕾状期成釉器中的细胞继续增生,成釉器增大,基底部向内凹陷,形状如帽子,故称帽状期成釉器。此期成釉器的细胞分化为三层:成釉器的周边是一层立方状细胞,称外釉上皮,借牙板与口腔上皮相连续;在成釉器的凹陷面,与间充质相邻的一层细胞,称内釉上皮,与外釉上皮相延续,延续处称颈环;在内釉上皮和外釉上皮之间的细胞为有长突起的星形细胞,细胞间隙大,突起相互连接成网,称星网状层,此层细胞间充满富有蛋白的黏液样液体,对内釉上皮有营养作用和缓冲作用,以保护成釉器。

(3)钟状期:帽状期成釉器不断增大,基底部的凹陷加深,形似吊钟,称为钟状期成釉器。此期凹陷面的形态已确定,在前牙为切牙牙冠的形态;在后牙为磨牙牙冠的形态。此期成釉器的细胞分化为四层:内釉上皮仍由单层细胞构成,排列整齐,在颈环处与外釉上皮相连:星网状层较帽状期细胞间液体增多,细胞体积增大,占成釉器体积的大部分;外釉上皮此期为低立方状或扁平状。在釉质开始形成时,平整排列的上皮形成许多皱褶,将邻近牙囊的间充质包绕在内,其中含血管,为成釉器旺盛的代谢活动提供营养;此期在内釉上皮和星网状层之间出现2~3层扁平细胞,称中间层,与釉质形成有关。

(4)釉结(enamel knot)、釉索(enamel cord)和釉龛(enamel niche):在帽状期和钟状期牙胚中出现一些短暂的结构即釉结、釉索和釉龛。这些结构不是每个牙胚必须存在的或同时出现的。帽状期牙胚内,在内釉上皮中央可观察到簇状的未分化上皮细胞,称为釉结。釉结中有大量信号分子的基因表达,包括Bmp-2、Bmp-4、Bmp-7、Fgf-4、Fgf-9、Wnt-1Ob、Slit-1和Shh等。釉结中信号分子基因表达在牙胚发育过程中随时间和空间变化而发生动态改变。釉结是牙发育的组织中心,调控牙尖的形态发生。

(二)牙乳头、牙囊的发育和牙板的结局

帽状期成釉器凹陷所包绕的间充质细胞不断增生,形成牙乳头。环绕成釉器和牙乳头的间充质则形成牙囊。成釉器、牙乳头和牙囊即构成牙胚,成为牙齿及其支持组织的形成者。因此,牙胚是在成釉器的帽状期形成的。

钟状期时,牙乳头的细胞继续增生,体积增大并出现细胞的分化。在牙体组织将要形成时,在内釉上皮的诱导下,牙乳头中与内釉上皮接近的细胞分化为成牙本质细胞。牙囊继续围绕成釉器和牙乳头。牙囊的间充质细胞增生,含丰富的血管,以保证牙体组织形成所需要的营养。

乳牙胚形成后,在其舌侧,从牙板的游离缘下端形成新的牙蕾,并进行与乳牙胚相同的发育过程,形成相应的20个恒牙胚,其发育过程同乳牙胚。在乳牙胚形成后,牙板的远中端在结缔组织内继续向远中生长,相继形成恒磨牙的牙胚。恒磨牙牙胚的发生自胚胎的第4个月一直持续到出生后第4年。

帽状期时,牙板与成釉器还有广泛的联系。到钟状期末,牙板被间充质侵入而断裂,并逐渐退化和消失,使成釉器与口腔上皮失去联系。有时有残留的牙板上皮以上皮岛或上皮团的形式存在于颌骨或牙龈中。婴儿出生后不久,偶见牙龈上出现针头大小的白色突起,称为上皮珠,俗称马牙,可自行脱落。在某些情况下,残留的牙板上皮在某些刺激下可形成牙源性肿瘤或囊肿。

二、牙体、牙周组织的形成

(一)牙本质的形成

在钟状期后期,当成釉细胞分化成熟后,对牙乳头发生诱导作用。邻近无细胞区的未分化间充质细胞迅速增大,先分化为前成牙本质细胞,随着一系列的细胞分裂、伸展,细胞极性确定,然后分化为成牙本质细胞。此时细胞质体积迅速增大,为能容纳更多的蛋白质合成细胞器。成牙本质细胞最终占据牙乳头和内釉上皮之间的无细胞层。这些新分化细胞高度极化,其细胞核远离内釉上皮细胞。

成牙本质细胞分化之后,开始形成牙本质的有机基质,由成牙本质细胞合成I型胶原分泌到牙乳头的基质中,还有少量Ⅲ型胶原。最先分泌到细胞外的胶原纤维比较粗大,称为von Korff纤维。分布在基底膜下的基质中,纤维与基底膜垂直。此后有小的I型胶原产生,并与未来的釉质牙本质界平行。此时形成了最早的牙本质即罩牙本质。由于成牙本质细胞体积增大,细胞外间隙消失,细胞向基底膜一侧伸出短粗的突起,同时细胞体向牙髓中央移动,在其后留下胞质突埋在基质中,形成成牙本质细胞突起。偶尔有的突起能穿过基底膜,形成釉梭。

在牙本质形成过程,矿化是首先在基质小泡中开始的,矿物持续不断的沉积,然后发展到矿化前沿。成牙本质细胞通过产生基质小泡和蛋白质调控起始矿化阶段、调控矿物沉积,并通过调节矿化前沿的有机基质,促进矿物沉积。

牙本质的矿化形态主要是球形矿化。磷灰石晶体不断生长,形成钙球。钙球进一步长大融合形成单个的钙化团,再融合为成片的牙本质。偶尔在该处球形钙化团不能充分融合,而存留一些小的未矿化的基质,即球间牙本质。在静止期的髓周牙本质内,钙球体积减小,在矿化的前方呈线形矿化区。在牙本质形成中,矿物质沉积晚于牙本质有机基质的形成,因此,在成牙本质细胞层与矿化的牙本质间总有一层有机基质,称为前期牙本质。

(二)釉质的形成

釉质形成始于牙冠形成早期,包括两个阶段,即细胞分泌有机基质,并立即部分矿化,矿化达到约30%;之后,釉质进一步矿化,晶体变宽变厚,与此同时大部分有机基质和水被吸收,当釉质完全形成时矿物质含量达到96%。

当牙本质形成后,内釉上皮细胞分化有分泌功能的成釉细胞,并开始分泌釉质基质。早期形成的釉质基质可称为发育中的釉质。发育中的釉质几乎全由蛋白质组成,可分为釉原蛋白和非釉原蛋白两类。其中釉原蛋白占釉质蛋白的80%~90%。釉质蛋白首先在细胞的粗面内质网合成,在高尔基复合体浓缩和包装成膜包被的分泌颗粒。这些颗粒移动到细胞的远端,颗粒中的成分释放到新形成的罩牙本质表面。磷灰石晶体无规律地分散在这一层基质中,成为釉质中最内一层无釉柱结构的釉质,厚约8μm。该层釉质形成后,成釉细胞开始离开牙本质表面,在靠近釉质牙本质界的一端,形成一短的圆锥状突起,称为成釉细胞突,即托姆斯突。突起与细胞体之间有终棒和连接复合体。突起中含有初级分泌颗粒和小泡,而细胞体仍含有丰富的合成蛋白的细胞器。新分泌的釉质基质,以有机成分为主,矿物盐仅占矿化总量的30%。

釉质形成后基质很快矿化,小的磷灰石晶体的直径和长度迅速增加。在新形成的釉质中磷灰石晶体少,短而细小。在成熟的釉质中,晶体体积增大且数量多。釉质中的水和有机物很快被吸收。釉质形成后,成釉细胞变短,细胞器减少。该成釉细胞在釉质表面分泌一层无结构的有机物薄膜覆盖在釉质表面,称为釉小皮。釉质矿化是由成釉细胞调控的。

釉质发育完成后,成釉细胞、中间层细胞与外釉上皮细胞结合,形成一层鳞状上皮覆盖在釉小皮上,称为缩余釉上皮。当牙齿萌出至口腔时,缩余釉上皮在牙颈部形成牙龈的结合上皮。

(三)牙髓的形成

牙乳头是产生牙髓的原始组织,当牙乳头周围有牙本质形成时则称为牙髓。牙乳头除底部与牙囊相接外,四周被形成的牙本质所覆盖。牙乳头的未分化间充质细胞分化为星形成纤维细胞即牙髓细胞。随着牙本质不断形成,成牙本质细胞向中心移动,牙乳头的体积逐渐减小,待原发性牙本质完全形成,牙髓发育也完成了。

(四)牙根及牙周组织的形成

1.牙根的形成  当牙冠发育即将完成时,牙根开始发育。首先是内釉上皮和外釉上皮在颈环处增生,向未来的根尖孔方向生长,这些增生的双层细胞称为上皮根鞘。上皮根鞘的内侧面包绕着牙乳头细胞,上皮根鞘的外面被牙囊包绕。被上皮根鞘包绕的牙乳头细胞也向根尖部增生,其与上皮根鞘相接触的细胞分化为成牙本质细胞,形成根部牙本质。上皮根鞘继续生长并向根尖孔处成45°弯曲,形成一个中间有孔的盘状结构,称为上皮隔。其中间的孔即未来的根尖孔。

在单根牙形成中,上皮根鞘的内层细胞诱导邻近的牙髓细胞,分化为成牙本质细胞进而形成牙本质。牙本质形成后,其表面的上皮根鞘发生断裂,使上皮根鞘与根部牙本质分离,并向牙囊的深层移动,断裂的上皮根鞘呈网状包绕在牙根的周围。此时牙囊中的间充质细胞立即进入断裂的上皮细胞之间,并与牙根部牙本质接触,在该处分化为成牙骨质细胞,并分泌牙骨质基质,经矿化后形成牙骨质。而断裂的上皮根鞘细胞进一步离开根面,大部分被吸收,部分可遗留在发育中的牙周膜中,称上皮剩余,也称马拉瑟上皮剩余(Malassez epithelial rest)。此上皮遇刺激可形成牙源性囊肿或牙源性肿瘤。

多根牙的形成是由上皮隔的发育所决定的。首先在上皮隔上长出两个或三个舌状突起,然后增生伸长,与对侧突起相连,此时上皮隔中央的单个孔被分隔成两个或三个孔,将形成双根或三根。发育过程同单根牙。

在牙根发育过程中,如上皮根鞘的连续性受到破坏,或在根分歧处上皮隔的舌侧突起融合不全,则不能在该处诱导出成牙本质细胞,引起该处牙本质的缺损,牙髓和牙周膜直接相通,即侧支根管。如上皮根鞘在牙本质形成后仍不断裂并附着在牙根部牙本质表面,则牙囊的间充质细胞不能与根部牙本质接触,也就不能分化出成牙骨质细胞,这样在牙根表面形成牙骨质缺乏,易引起牙本质过敏。

牙根发育过程中,牙根沿着根尖方向延长伴随牙周组织的发育。发育中的牙根包括上皮根鞘、牙乳头和牙囊,这三者相互作用,在牙发育早期作为一个整体性的功能复合物被称为发育期根端复合体。发育期根端复合体细胞较其他牙源性间充质干细胞具有更强的增殖能力和矿化能力。被分离的发育期根端复合体在体外,体内仍具有形成牙根.牙周组织复合体的能力。

2.牙周组织的发育  牙周膜从牙囊发育而来,当牙根形成时,首先从牙囊中出现一些细的纤维束形成牙周膜。这时的牙囊细胞增殖活跃,在邻近根部的牙骨质和牙槽窝内壁的区域,分化出成牙骨质细胞和成骨细胞,进而形成牙骨质和固有牙槽骨。大量的位于牙囊中央的细胞分化为成纤维细胞并产生胶原纤维,部分被埋在牙骨质和牙槽骨中,形成穿通纤维。牙周支持组织形成后,在其改建过程中要不断地补充新的成牙骨质细胞、成骨细胞和牙周膜成纤维细胞。现己证明,来自骨髓的细胞通过血管通道进入牙周膜中,定位在牙周膜血管的周围。这些细胞增殖并向牙骨质和骨壁移动,在此分化为成骨细胞和成牙骨质细胞。血管周围的这些细胞也可以是牙周膜成纤维细胞的来源,因此,在血管周围存在能分化为成骨细胞、成牙骨质细胞的前驱细胞。