上颌窦底提升术后窦腔内成骨机制的研究进展

    上颌窦底黏膜提升后所形成的一个密闭空间，以往可以通过植入骨增量材料为常规种植体的植入提供有利条件。近年来多篇文献报道，无论哪种上颌窦底提升方式即使不植入骨增量材料，窦底空间也可以有新骨形成。然而，临床中上颌窦底提升术后新骨形成的位置存在不确定性，会出现新生骨远离种植体未与种植体骨结合、窦腔内新生骨量不足、种植体根尖未成骨等问题。同时，上颌窦腔内成骨模式及成骨机制也存在争议。
    近年来，Guo等对上颌窦黏骨膜进行了一系列相关研究，发现上颌窦黏骨膜中存在可以诱导成骨的间充质干细胞。Weng等也通过单细胞RNA测序鉴定出一个具有上皮-间充质双重特性的骨祖细胞亚群“Krt14+Ctsk+”，并且表现出强大的成骨能力。Li等提出上颌窦底提升术后窦腔内“理想三维成骨模式”的概念。学者们在上颌窦内成骨研究方面的一系列贡献，为后续窦腔内骨再生的研究提供了新的思路，并为临床应用提供了更多可能。因此，本文拟对上颌窦底提升后窦腔内成骨来源、成骨机制以及对于临床的指导意义进行相关综述。
    1.上颌窦底提升后窦腔内成骨的来源
    关于上颌窦底提升后窦腔内新生骨来源的相关研究较多，主要认为是上颌窦骨壁、牙槽骨以及施耐德膜单独或联合作用引导新骨生成。
    1）上颌窦骨壁是窦腔成骨来源：
    “上颌窦骨壁是窦腔内成骨的主要来源”是目前上颌窦底提升窦腔内成骨学说的主要声音。上颌窦底骨壁为薄的密质骨板，其下方为松软的牙槽骨，当上颌窦底黏膜从窦底骨壁上被剥离后，暴露的窦底骨壁处于骨损伤状态而进一步发生吸收，骨髓腔暴露会为成骨过程提供骨髓间充质干细胞（bone marrow stem cells,BMSCs），进而分化为成骨细胞，诱导新骨生成。
    Jungner等在一项动物实验中，在猴的双侧上颌窦行侧壁开窗上颌窦底提升同期种植，一侧植入自体骨，另一侧不植入骨增量材料，通过组织学及免疫组化的方法对窦腔内组织进行分析，结果发现两侧窦腔内新骨均是沿窦底骨壁形成的，而在与上颌窦黏膜直接相连的区域没有看到新骨形成。国内学者Qian等在一项穿牙槽嵴上颌窦底提升不植骨技术的动物实验当中，也发现术后6个月上颌窦骨壁有新形成的编织骨，但在种植体根端并没有观察到有新生骨的形成。
    Reich等在之后的临床研究当中，对接受侧壁开窗上颌窦底提升患者术后6个月的窦腔组织进行组织形态学分析，结果发现在上颌窦底骨壁附近集中有大量新生骨组织，而提升区域的顶部无明显新生骨生成。因此，以上研究通过新骨形成的位置证明了上颌窦底提升中无论采用何种术式及植骨与否，上颌窦骨壁是窦腔成骨的重要来源，而施耐德膜似乎并非是上颌窦底成骨间充质干细胞来源的主要组织。
    2）施耐德膜是窦腔成骨来源：
    虽然在上述实验当中，研究者在上颌窦底提升空间内窦底骨壁处观察到新骨的形成，但有趣的是，也有一些学者在窦底黏膜处发现有新骨样组织形成。Palma等早在2006年便做了一项经典的动物实验，对4只卷尾猴行双侧侧壁开窗上颌窦底提升同期种植，一侧植骨而另一侧不植骨，结果发现无论植骨与否，通过对上颌窦底黏骨膜附近的血凝块进行组织学分析均发现有新生骨，同时在种植体边缘与上颌窦黏膜接触的区域免疫荧光染色后，镜下也可观察到疏松的编织骨和大量的骨髓腔，因此研究者认为施耐德膜具有诱导成骨的潜能。但是，该研究中植入了经过表面氧化处理的种植体，并且表现出较强的新生骨组织反应，这是否是窦腔内成骨模式的影响因素有待进一步讨论。
    除此以外，临床中一些成骨现象也似乎证明了施耐德膜具有一定的骨诱导作用。Mahler等对5名患者行侧壁开窗上颌窦底提升同期植入骨增量材料，术后2周患者发生窦腔感染，在经过对应抗炎、清除感染骨增量材料后，术后4个月发现在窦腔上颌窦黏膜处出现“穹顶”样的高密度不透射影，因此研究者认为上颌窦底黏骨膜可能存在成骨潜力。但是，这也有可能只是残留剩余骨增量材料与炎性改变的窦底黏膜粘连一起造成的。然而，仅仅依靠新生骨形成的位置判定窦腔成骨的来源是不可靠的。因此，有学者为探索上颌窦黏膜是否具有诱导成骨能力进行了相关的基础实验研究。
    Srouji等将人上颌窦黏膜的上皮层、固有层和骨膜样层分离与无机物材料混合后异位植入小鼠皮下组织，结果发现与上颌窦黏膜细胞混合后，无机物颗粒的周围出现明显的成骨现象，同时免疫组化染色证实上颌窦黏膜的骨膜样层诱导产生与成骨分化相关的碱性磷酸酶、骨钙素等成分。
    Gruber等、Sohn等以及Guo等相继通过组织学方法分别证明了猪、兔、犬的上颌窦底黏膜中均存在间充质干细胞，Guo、Rong等认为其像骨髓间充质干细胞（bone marrow stem cells,BMSCs）、牙髓干细胞（dental pulp stem cells,DPSCs）、牙周膜干细胞（periodontal ligament stem cells,PDLSCs）一样具有多向分化诱导成骨功能，并将这些间充质干细胞首次正式命名为上颌窦黏膜干细胞（maxillary sinus membrane stem cells,MSMSCs）。
    Berbéri等也在近年来通过对人类离体上颌窦黏膜进行细胞分离、培养，结果也证实人类上颌窦黏膜细胞（human maxillary sinus mucosal cells,hMSMCs）不仅在镜下呈现间充质干细胞的形态，同时也存在成骨标志物的转录表达，因此研究者认为hMSMCs含有能够分化成骨的间充质干细胞；不仅如此，该学者在其后续的研究中将其与牙髓间充质干细胞DPSCs进行成骨潜能的比较，结果显示hMSMCs的成骨潜能更高。这一系列发现证实施耐德膜在上颌窦底提升成骨过程中，除了可以提供稳定和封闭的成骨空间，同时也存在诱导成骨分化的间充质干细胞。
    3）上颌窦骨壁和施耐德膜均是窦腔成骨来源：
    Rong等在犬上设计了三种侧壁开窗上颌窦底提升模型：一种是正常的上颌窦底提升同期植入骨粉的模型，另外两种则分别采用超薄钛膜阻隔了上颌窦底骨壁和上颌窦黏膜。实验结果显示，在正常上颌窦底提升模型中，窦底骨壁有大量新生骨与骨增量材料完成骨愈合，而上颌窦底黏膜处有少量新生骨；而无论是在阻隔上颌窦底黏膜模型中还是在阻隔上颌窦底骨壁模型中，只要被钛膜阻隔便不会有新生骨生成。
    这一实验证实了上颌窦底骨壁和施耐德膜均是窦腔内新生骨的来源，但是上颌窦骨壁是骨原细胞提供的主要来源。似乎“上颌窦骨壁和施耐德膜均具有成骨作用”的学说是更具有说服力，这也正好解释了临床实际操作过程中，即使在术中出现上颌窦黏骨膜较大穿孔，窦底骨壁处仍然有新骨的形成。
    2.上颌窦底提升后窦腔内成骨的生物学机制
    1）细胞生物学成骨机制：
    当上颌窦底提升成骨过程被逐渐认识时，人们对于窦腔成骨过程的分子生物调控机制也开始逐步探究，尤其在“上颌窦黏膜干细胞MSMSCs”这一概念提出后，研究成骨分化通路及其分子调控机制对于促进窦底空间的新骨形成具有重要的临床意义。
    关于上颌窦底提升后窦腔成骨通路的研究，一些学者在窦腔成骨过程中发现从MSMSCs中可分离出高表达STRO-1、CD44、CD90、CD105、CD173等间充质干细胞表面标记物。并且也有研究者证实窦腔内成骨过程与机体其他区域成骨反应基本相同，在动物实验中发现4周时窦腔内开始有血管形成和骨骼发育，并检测到骨钙素（osteocalcin,OCN）、骨桥蛋白（osteopontin,OPN）和骨形态发生蛋白-2（BMP-2）的存在，同时也存在促进骨生成和分化的因子、促进成骨性细胞黏附因子、RUNT相关转录因子2（runt-related transcription factor 2,Runx2）、锌指转录因子的高表达，表明MSMSCs的成骨过程与BMPs通路密切相关。
    上颌窦骨壁提供的间充质干细胞的成骨通路也与BMP成骨通路相关，成骨反应也是相同的。因此，在临床实际应用中，行上颌窦底提升后窦底空间中植入自体骨、BMP、富血小板纤维蛋白（plateletrich fibrin,PRF）和浓缩生长因子（concentrate growth factors,CGF）等充填材料可以起到促进窦腔成骨的作用。
    近年来，Weng等进行了一系列相关研究发现上颌窦底提升后窦腔内成骨可能拥有其自己特殊的成骨机制。研究者应用单细胞RNA测序（scRNA-seq）以及双示踪技术分析鉴定了上颌窦黏膜内起成骨功能的细胞群—Krt14+Ctsk+细胞群，这一研究证实了上颌窦底成骨过程中存在同时具有上皮-间充质双重特性的骨祖细胞，这也是上颌窦底提升成骨机制研究的重大突破。
    2）分子生物学成骨机制：
    近年来也有学者在对非编码RNA调控MSMSCs成骨方面进行了相关研究，结果发现微小RNA（miRNAs）、长链非编码RNA（lncRNAs）和环状RNA（circRNAs）都参与调控上颌窦腔内成骨反应的过程。而且，lncRNAs可通过介导miRNAs调控成骨通路的靶基因，从而影响MSMSCs的成骨分化过程。
    探究非编码RNA对上颌窦底提升窦腔内成骨过程的调控，不仅能更加深入认识窦腔内成骨的机制，更重要的是为实现窦腔新骨加速生长以及引导构建上颌窦底提升理想三维成骨模型这一目标的实现提供了可能，在后续基础研究和临床实践当中或许通过干预影响非编码RNA的生物学靶点，能促进上颌窦底提升术后窦腔内新骨预期生长，这将对提高上颌后牙区种植成功率具有深远的意义。
    3.上颌窦底提升成骨机制的临床意义
    1）侧壁开窗上颌窦底提升的开窗设计：
    上颌窦骨壁是窦腔内成骨的主要来源，要想保证窦腔内新生骨量和骨质，上颌窦骨壁的完整性显得尤为重要。因此，关于侧壁开窗上颌窦底提升时，开窗的设计是一个值得关注和讨论的问题。传统侧壁开窗设计是单窗且较大，这可能对窦腔内成骨过程是不利的。近年来，有较多学者在骨窗设计方面进行不断改良，以期取得满意的窦腔成骨效果和临床效果。
    有研究发现小尺寸开窗的设计，不仅可以减轻术后肿胀和疼痛，而且更有利于窦腔内成骨，加快骨替代用品成熟，降低骨替代材料移出上颌窦的可能性。Aldahouk等通过临床随机对照实验证实侧壁开窗上颌窦底提升不植骨技术中，小开窗设计可以使窦腔内有更多的新生骨形成。Yu等也通过对开窗外形设计的研究发现双开窗上颌窦底提升相较于单开窗其骨增量材料可以更快成熟，观察时间内窦腔内有更多成熟骨组织。关于开窗设计及大小对于窦腔成骨效果的影响，可能是因为窦底黏骨膜剥离后骨壁创伤有更多的间充质干细胞被激活。
    2）上颌窦底提升施耐德膜的考量：
    近年来，有学者认为上颌窦底黏膜在窦底空间成骨过程中，施耐德膜即使不参与诱导成骨，也至少起到了像引导骨再生过程中生物屏障膜的作用，隔离软组织，维持成骨空间。上颌窦底提升术后成骨的理论基础是手术造成窦底空间，在空间内发生类似引导骨组织再生的新骨形成，因此术中保护上颌窦底黏膜的完整性是十分重要的。
    在临床中，上颌窦底提升过程中施耐德膜穿孔时有发生，文献报道穿孔率为25%～40%，然而在许多关于窦底黏膜穿孔的病例报道中，似乎施耐德膜的穿孔并不影响术后窦腔内成骨过程的发生，也不影响种植体远期留存率，这也再次证明上颌窦底黏膜相较于窦底骨壁并不是主要的成骨细胞来源，但是如骨增量材料进入穿孔的窦腔内势必会引发窦腔感染和急慢性上颌窦炎的发生，甚至是种植体的失败。因此，上颌窦底提升术中保护上颌窦底黏骨膜的完整性以及穿孔后必要的修补工作仍然是必要的。
    4.总结
    综上，上颌窦底骨壁是上颌窦底提升窦腔内成骨的主要来源，因此小尺寸或双开窗的设计可以最大限度保留上颌窦骨壁提供更多骨原细胞，而上颌窦黏膜虽然已经证实存在上颌窦黏膜间充质干细胞，且具有骨诱导性，但是其在上颌窦腔内的成骨效果能否拥有和体外实验一样的成骨表现，仍需相关体内实验证实。目前通过对上颌窦黏膜间充质干细胞成骨通路、组织细胞学和分子生物学方面成骨调控机制的研究，已经使得通过干预影响非编码RNA的生物学靶点、促进上颌窦底提升窦腔内新骨预期生长成为可能。