Biochemiczno-fizjologiczna aktywność miazgi zębów na podstawie piśmiennictwa

Czas. Stomatol., 2007, LX, 4, 263-268 2007 Polish Dental Association http://www.czas.stomat.net Biochemiczno-fizjologiczna aktywność miazgi zębów na podstawie piśmiennictwa Biochemical and physiological activity of dental pulp on the basis of literature Aleksander Wardas, Magdalena Cieślik, Agata Cieślik-Bielecka, Tadeusz Cieślik Z I Katedry i Kliniki Chirurgii Szczękowo-Twarzowej ŚAM Kierownik Katedry i Kliniki: prof. zw. dr hab. n. med. T. Cieślik Streszczenie Wprowadzenie: miazga zębowa jest tkanką o dużej aktywności biochemiczno-fizjologicznej. Pozostaje one w ścisłej zależności czynnościowej z tkankami zmineralizowanymi zęba. Stąd wszystkie procesy zachodzące w obrębie tkanek twardych mają wpływ na aktywność biochemiczno-fizjologiczną miazgi, a stan tkanek zmineralizowanych zależy także od stanu miazgi. Cel pracy: na podstawie piśmiennictwa dokonano oceny aktywności biochemiczno-fizjologicznej miazgi zębowej. Podsumowanie: procesy biochemiczno-fizjologiczne zachodzące podczas odontogenezy ulegają zmianom i zależą od etapu rozwoju zęba oraz od czynników działających na wszystkie tkanki zęba. Summary Introduction: Pulpal tissue demonstrates high biochemical and physiological activity. It is in close functional relationship with dental hard tissues, therefore, all processes taking place within these tissues affect the biochemical and physiological activity of the pulp. The condition of hard tissues also depends on pulpal status. Aim of the study: To assess biochemical and physiological activity of dental pulp on the basis of literature. Conclusion: The processes taking place during odontogenesis undergo various changes and depend on the stage of dental development as well as on factors affecting all dental tissues. HASŁA INDEKSOWE: biochemia miazgi, miazga zapalna, próchnica KEYWORDS: biochemistry of the pulp, inflammatory pulp, caries Geneza rozwoju miazgi i zębiny czyli proces powstawania ich z brodawki zębowej wskazuje na istnienie wielu procesów biochemiczno-fizjologicznych, warunkujących właściwą budowę tych tkanek. W trakcie rozwoju zęba zmieniają się procesy czynnościowe, a co za tym idzie także struktura obu tkanek. Zębina w wyniku procesów mineralizacji stanowi tkankę twardą, natomiast miazga pozostaje tkanką łączną galaretowatą i tylko w przypadku postępujących procesów zwyrodnieniowych może ulegać mineralizacji. Po ostatecznym wykształceniu się miazgi i zębiny pozostają one w ścisłej zależności czynnościowej. Stąd odbiór przez zębinę bodźców zewnętrznych zależy od stanu fizjologicznego miazgi, zaś 263

A. Wardas i in. Czas. Stomatol., stan fizjologiczny miazgi zależy od zmian zachodzących w obrębie tkanek zmineralizowanych. W ocenie biochemicznej i histologicznej miazga zęba jest tkanką łączną galaretowatą niedojrzałą typu embrionalnego, dobrze unaczynioną i unerwioną. Stwierdzono, że ludzkie postnatalne komórki miazgi zęba są unikalnym prekursorem miazgi i mogą regenerować struktury zębiny i miazgi [10]. W badaniach nad wspomnianymi komórkami dowiedziono, że odpowiedzialnymi za ich fizjologiczną aktywność są czynnik nekrozy nowotworów (TNF) i liposacharyd (LPS), które aktywują kompleks kinazy jądrowego czynnika kappa-beta (NF-kappa-beta) [10]. Potwierdzono również zdolność macierzystych komórek mezenchymalnych, wyizolowanych z miazgi ludzkich zębów stałych i mlecznych, a hodowanych in vitro do regeneracji tkanek in vivo [24]. Hodowane in vitro komórki były zdolne do tworzenia struktury wspólnej dla zębiny, kości, mięśni gładkich i endotelium oraz tworzyły struktury podobne do ścięgien. W strukturach podobnych do tkanki miazgowozębinowej powstawały wyraźne odontoblasty, ułożone liniowo pod mineralizowaną macierzą zębinową [24]. Miazga zęba, jako typowa tkanka łączna zawiera kolagen typu I [5, 9] oraz proteoglikany np. versican [25], w skład których wchodzą glikozaminoglikany takie jak hialuronian [18, 25, 26], siarczan-6-chondroityny, siarczan heparanu, siarczan dermatanu [18]. Jednak zarówno białka kolagenowe jak i niekolagenowe oraz wspomniane wyżej proteoglikany, w tym glikozaminoglikany odgrywają istotną rolę nie tylko w zachowaniu homeostazy tkanki łącznej, lecz również w stanach zapalnych i w odpowiedzi na zranienie tkanek [26]. Ważnym regulatorem procesu syntezy kolagenu oraz jego zawartości w miazdze zębów ludzkich jest transformujący czynnik wzrostu (nowotworów?) (TGF-beta) i to zarówno TGF-beta 1 jak i 2 i 3 [9]. W badaniach in vitro stwierdzono, że hamują one wzrost lini komórkowych komórek miazgi ludzkiej oraz stymulują syntezę kolagenu, jak i intensyfikują jego kurczliwość. Istotny wpływ na aktywność syntezy drugiego składnika tkanki łącznej tj. hialuronianu w komórkach miazgi ludzkiej, a w konsekwencji na biosyntezę hialuronianu o dużej masie cząsteczkowej wywiera czynnik wzrostu fibroblastów 2 (FGF-2) [26]. Badania zębów trzonowych szczurów pod kątem zawartości i rozmieszczenia molekuł kwasu hialuronowego i versicanu wykazały iż dystrybucja obu związków zależy od wieku zwierzęcia i wykazuje różnice regionalne między miazgą korzeniową a miazgą komorową [25]. U jednodniowych szczurów obecność zarówno kwasu hialuronowego jak i versicanu zaobserwowano w warstwie pododontoblastycznej miazgi komorowej na końcowym etapie rozwoju korony zęba. W warstwie pododontoblastycznej miazgi korzeniowej stwierdzono dużą zawartość kwasu hialuronowego i niewielką versicanu. U osobników starych stwierdzono w środkowej części miazgi komorowej niewielką zawartość zarówno versicanu jak i kwasu hialuronowego [25]. Czynnik wzrostu fibroblastów 2 (FGF-2) jest obecny w fibroblastach miazgi zęba, jak również w rozwijającym się korzeniu, gdzie jest mediatorem interakcji nabłonkowo-mezenchymalnych [17]. Immunochemiczne badania z użyciem przeciwciał dla FGF-2 wykonane na zębach mysich w różnym stadium rozwoju wykazały obecność FGF-2 w różnych strefach korony i korzenia na wszystkich badanych poziomach rozwoju. Zasadowy czynnik wzrostu fibroblastów (bfgf) odgrywa również istotną rolę w rozwoju miazgi i dojrzewaniu zęba [11]. 264

2007, LX, 4 Biochemiczno-fizjologiczna aktywność miazgi zębów Aktywność biochemiczna miazgi zmienia się w sposób istotny w stanach zapalnych, a potwierdzeniem tego są zmiany aktywności enzymów, nasilenie ekspresji genów różnych białek oraz uwalnianie neuropeptydów. Substancją pojawiającą się w stanach zapalnych w miazdze i odgrywającą zapewne istotną rolę w rozwoju stanu zapalnego jest interleukina 8 (IL-8) [13] oraz prostaglandyna E2. Stwierdzono, że skuteczne leczenie miazgi powodowało obniżenie stężenia obu substancji w miazdze. Porównanie klinicznie zdrowej i zapalnej miazgi pod kątem aktywności metaloproteinazy 9 (MMP-9) oraz ekspresji jej genów wykazało znaczny wzrost aktywności enzymu w tkance zapalnej będący konsekwencją nasilonej ekspresji genu MMP-9 w porównaniu z tkanką zdrową [29]. Nasilenie ekspresji genów kalcytoniny (CGRP), substancji P, neurokininy A (NKA) oraz neuropeptydu Y (NPY) obserwowano również w miazdze zębów w stanie nieodwracalnego zapalenia [2, 6, 8, 12, 27). Znaczne podwyższenie zawartości substancji P, neurokininy A i kalcytoniny cechowało miazgę zębów zapalnych bolesnych w porównaniu z bezbolesnymi [3]. Tak więc podwyższony poziom tych neuropeptydów w miazdze zębów bolesnych sugeruje, iż pełnią one określoną rolę w mechanizmie powstawania bólu [3, 7]. Mechanizm działania uwalnianej na zakończeniach nerwowych substancji P prowadzi do relaksacji naczyń miazgi poprzez stymulację syntazy tlenku azotu (NOS) oraz cyklicznego guanozynomonofosforanu (cgmp). Badania roli NO w stanach zapalnych miazgi bydlęcej dowiodły, że substancja P indukuje powstawanie NO poprzez aktywację syntazy NO (NOS) w komórkach endotelium naczyń miazgi, a dowodem było stosowanie inhibitora NOS L-NAME [14]. Substancja P indukuje również w fibroblastach miazgi ludzkiej ekspresje prozapalnych cytokinin, takich jak interleukina 6 (IL-6), prawdopodobnie na drodze fosforyzacji białka p38mapk (mitogen activated protein kinase) [28]. Niewykluczone, że biochemiczne pomiary pozakomórkowego poziomu substancji P w miazdze zęba pomogłyby w ocenie nieodwracalnego stanu zapalnego [4]. Wzmożoną aktywność fizjologiczno-biochemiczną miazgi zębów z próchnicą potwierdza wzmożona ekspresja receptora wanilinianu (TRPV1), ponieważ jak wykazano obecność TRPV1 nie ogranicza się wyłącznie do włókien nerwowych, ale w tkance objętej próchnicą jest on także obecny w mikrounaczynnieniu miazgi. Zdaniem Morgan i wsp. [19] nie jest to jasny związek TRPV1 z bólem. Istotnym elementem w systemie neuroendokrynnej regulacji są aminy katecholowe. W miazdze zęba stwierdzono obecność epinefryny i norepinefryny, a ich stężenie było kilkakrotnie wyższe w miazdze zębów z zapaleniem przyzębia w porównaniu z miazgą zębów zdrowych [21]. Rola katecholamin, jako wazoaktywnych mediatorów jest zapewne związana z kontrolą wewnątrzmiazgowego ciśnienia. Oznaczenie ich ilości w miazdze zdrowej i chorej wymaga zastosowania wysokociśnieniowej chromatografii cieczowej (HPLC) oraz znieczulania pacjentów bez użycia epinefryny [22]. Mediatorem bólu w stanie nieodwracalnego zapalenia miazgi jest bradykinina rozszerzająca naczynia krwionośne [16]. Jej stężenie jest kilka razy wyższe w miazdze zapalnej niż w zdrowej, szczególnie jeżeli pacjenci uskarżali się na wcześniejszy długotrwały ból zęba. Prawdopodobnie mediatorami bólu mogą być również endotoksyny [15], których obecność stwierdzono w miazdze zębów próchnicowych, a nie stwierdzono w miazdze zdrowej, przy czym ich liczba była znacząco większa w zębach próchnicowych objawowych niż bez- 265

A. Wardas i in. Czas. Stomatol., objawowych. Khabbaz i wsp. [15] sugerują, że endotoksyny pełnią istotną rolę w patogenezie próchnicy. Aktywność biochemiczno-fizjologiczna miazgi zależy również od etapu rozwoju zęba, jak i od wieku pacjentów. Przykładem tego może być obniżenie ekspresji osteokalcyny oceniane poprzez badania mrna metodą RT- PCR, stwierdzone w ludzkiej miazdze pochodzącej od osób w wieku powyżej 50 lat [20]. Nestyna, charakterystyczna dla rozwijającego się układu nerwowego lub mięśniowego jest również obecna w zębie na etapie wczesnego zawiązka i to tylko w komórkach miazgi zlokalizowanej w okolicy guzków zębów płodowych [1]. Nestyna jest nieobecna w starszych zębach stałych, lecz pojawia się ponownie w przypadku uszkodzenia zęba lub próchnicy w ilości proporcjonalnej do liczby odontoblastów zlokalizowanych w okolicy działania czynnika patologicznego. Jest również bardzo aktywna w hodowlach in vitro komórek miazgi pierwotnej, podczas ich różnicowania się w kierunku odontoblastów. Należy zatem sądzić, że nestyna odgrywa kluczową rolę w różnicowaniu odontoblastów, zarówno w warunkach fizjologicznych jak i patologicznych [1]. Przekazywane komórkom miazgi sygnały biochemiczno-fizjologiczne, pochodzące od występujących lub pojawiających się licznie w miazdze substancji, takich jak neuropeptydy, czynniki wzrostu czy aminy wazoaktywne muszą być koordynowane, a zatem w miazdze muszą istnieć wewnątrzkomórkowe ścieżki informacyjne. Niewykluczone, że czynność tę spełniają tzw. zidentyfikowane podjednostki białka G [23]. Podsumowanie Przedstawiona w niniejszej pracy aktywność biochemiczno-fizjologiczna miazgi zębów będzie zapewne tematem kolejnych badań, ponieważ tylko dogłębna znajomość przyczyn i przebiegu chorób miazgi pozwoli nie tylko leczyć, lecz i zapobiegać patologii. Piśmiennictwo 1. About I, Laurent-Maquin D, Lendahl U, Mitsiadis T A: Nestin expression in embryonic and adult teeth under normal and pathological conditions. Am J Pathol 2000, 157, 1: 287-295. 2. Awawdeh L, Lundy F T, Shaw C, Lamey P J, Linden G J, Kennedy J G: A comparison of four extraction methods for substance P, neurokinin A and calcitonin gene-related peptide from human dental pulp tissue. Arch Oral Biol 1999, 44, 12: 999-1004. 3. Awawdeh L, Lundy F T, Shaw C, Lamey P J, Linden G J, Kennedy J G: Quantitative analysis of substance P, neurokinin A and calcitonin gene-related peptide in pulp tissue from painful and healthy human teeth. Int Endod J 2002, 35, 1, 30-36. 4. Bowles W R, Withrow J C, Lepinski A M, Hargreaves K M: Tissue levels of immunoreactive substance P are increased in patiens with irreversible pulpitis. J Endod 2003, 29, 4: 265-267. 5. Buchaille R, Couble M L, Magloire H, Bleicher F: Expression of the small leucine- -rich proteoglycan osteoadherin/osteomodulin in human dental pulp and developing rat teeth. Bone 2000, 27, 2: 265-270. 6. Caviedes-Bucheli J, Arenas N, Guiza O, Moncada N A, Moreno G C, Diaz E, Munoz H R: Calcitonin gene-related peptide receptor expression in healthy and inflamed human pulp tissue. Int Endod J 2005, 38, 10: 712- -717. 7. Caviedes-Bucheli J, Correa-Ortiz J A, Garcia L V, Lopez-Torres R, Lombana N, Munoz H R: The effect of cavity preparation on substance P expression in human dental pulp. J Endod 2005, 31, 12: 857-859. 266

2007, LX, 4 Biochemiczno-fizjologiczna aktywność miazgi zębów 8. Caviedes-Bucheli J, Lombana N, Azuero- Holguin M M, Munoz H R: Quantification of neuropeptides (calcitonin gene-related peptide, substance P, neurokinin A, neuropeptide Y and vasoactive intestinal polypeptide) expressed in healthy and inflamed human dental pulp. Int Endod J 2006, 39, 5: 394-400. 9. Chan C P, Lan W H, Chang M C, Chen Y J, Lan W C, Chang H H, Jeng J H: Effects of TGF-beta on the growth, collagen synthesis and collagen lattice contraction of human dental pulp fibroblasts in vitro. Arch Oral Biol 2005, 50, 5: 469-479. 10. Chang J, Zhang C, Tani-Ishii N, Shi S, Wang C Y: NF-kappaB activation in human dental pulp stem cells by TNF and LPS. J Dent Res 2005, 84, 11: 994-998. 11. Chen X, Wang Z Y, Liu S J: Expression of basic fibroblast growth factor in dental pulp of immature permanent teeth. Shanghai Kou Qiang Yi Xue 2003, 12, 1: 41-43. 12. El-Karim I, Lundy F T, Linden G J, Lamey P J: Extraction and radioimmunoassay quantitation of neuropeptide Y (NPY) and vasoactive intestinal polypeptide (VIP) from human dental pulp tissue. Arch Oral Biol 2003, 48, 3: 249-254. 13. Guo X, Niu Z, Xiao M, Yue L, Lu H: Detection of interleukin-8 in exudates from normal and inflamed human dental pulp tissues. Chin J Dent Res 2000, 3, 1: 63-66. 14. Karabucak B, Walsch H, Jou Y T, Simchon S, Kim S: The role of endothelial nitric oxide in the Substance P induced vasodilation in bovine dental pulp. J Endod 2005, 31, 10: 733- -736. 15. Khabbaz M G, Anastasiadis P L, Sykaras S N: Determination of endotoxins in the vital pulp of human carious teeth: association with pulpal pain. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod 2001, 91, 5: 587-593. 16. Lepinski A M, Hargreaves K M, Goodis H E, Bowles W R: Bradykinin levels in dental pulp by microdialysis. J Endod 2000, 26, 12: 744- -747. 17. Madan A K, Kramer B: Immunolocalization of fibroblast growth factor-2 (FGF-2) in the developing root and supporting strustures of the murine tooth. J Mol Histol 2005, 36, 3: 171-178. 18. Mendez J D, Zarzoza E: Rapid determination of dry weight in human dental pulp by a colormetric reaction. J Endod 1999, 25, 9: 596- -598. 19. Morgan C R, Rodd H D, Clayton N, Davis J B, Boissonade F M: Vanilloid receptor 1 expression in human tooth pulp in relation to caries and pain. J Orofac Pain 2005, 19, 3: 248-260. 20. Muramatsu T, Hamano H, Ogami K, Ohta K, Inoue T, Shimono M: Reduction of osteocalcin expression in aged human dental pulp. Int Endod J 2005, 38, 11: 817-821. 21. Nagy G, Bartha Y, Keresztes T, Olveti E, Madlena M: Quantitative analysis of catecholamines in human dental pulp. J Endod 2000, 26, 10: 596-598. 22. Nup C, Rosenberg P, Linke H, Tordik P: Quantitation of catecholamines in inflamed human dental pulp by high-performance liquid chromatography. J Endod 2001, 27, 2: 73- -75. 23. Pozo D, Segura J J, Jimenez-Rubio A, Garcia- Perganeda A, Bettahi I, Guerrero J M, Calvo J R: Identification of G-protein coupled receptor subunits in normal human dental pulp. J Endod 2000, 26, 1: 16-19. 24. Shi S, Bartold P M, Miura M, Seo B M, Robey P G, Gronthos S: The efficacy of mesenchymal stem cells to regenerate and repair dental structures. Orthod Craniofac Res 2005, 8, 3: 191-199. 25. Shibata S, Yoneda S, Yanagishita M, Yamashita Y: Developmental changes and regional differences in histochemical localization of hyaluronan and versican in postnatal molar dental pulp. Int Endod J 2002, 35, 2: 159-165. 26. Shimabukuro Y, Ueda M, Ichikawa T, Terashi Y, Yamada S, Kusumoto Y, Takedachi M, Terakura M, Kohya A, Hashikawa T, Murakami S: Fibroblast growth factor-2 stimulates hyaluronan production by human 267

A. Wardas i in. Czas. Stomatol., dental pulp cells. J Endod 2005, 31, 11: 805- -808. 27. Tancharoen S., Sarker K. P., Imamura T, Biswas K K, Matsushita K, Tatsuyama S, Travis J, Potempa J, Torii M, Maruyama I: Neuropeptide release from dental pulp cells by RgpB via proteinase-activated receptor-2 signaling. J Immunol 2005, 174, 9, 5796- -5804. 28. Tokuda M, Miyamoto R, Sakuta T, Nagaoka S, Torii M: Substance P activates p38 mitogen activated protein kinase to promote IL-6 induction in human dental pulp fibroblasts. Connect Tissue Res 2005, 46, 3: 153-158. 29. Tsai C H, Chen Y J, Huang F M, Su Y F, Chang Y C: The upregulation of matrix metalloproteinase-9 in inflamed human dental pulps. J Endod 2005, 31, 12: 860-862. Otrzymano: dnia 28.III.2007 r. Adres autorów: 41-800 Zabrze, ul. Buchenwaldczyków 19 Tel/fax: 032 2713928. e-mail: klinchirtwarz@slam.katowice.pl KOMUNIKAT Uprzejmie informujemy, że dnia 8 września 2007 roku odbędzie się zjazd Absolwentów Wydziału Lekarskiego Oddziału Stomatologii AM w Krakowie rocznik 1982-1987 z okazji 20 rocznicy uzyskania dyplomów. Szczegółowe informacje i program na str. www.fp-edu.com. pl lub Instytut Stomatologii ul. Montelupich 4 pok. 247, 31-155 Kraków, tel. 012 424-54-42. Wszystkich Absolwentów rocznika 1982/87 serdecznie zapraszamy do wzięcia udziału w zjeździe. Otrzymano: 26.IV.2007 r. B. W. Loster, T. Fortuna 268