치아 상아질 MMP 억제제 번역(한국어 원본)인간 치아의 상아질은 대략 50 vol.%의 무기물과 30 vol.%의 유기물, 20 vol.%의 물로 구성되어 있다.1 상아질의 유기물 중 약 90%는 제 1형 교원질로 이루어져 있으며 상아질의 교원질 섬유와 비교원성 단백질 등은 미세한 수산화 인회석 결정 사이에 묻혀 있다.2 교원질은 치아 발생과정 동안 무기질 침착을 위한 organic template 역할을 하며, 치아발생 과정 후에는 상아질의 구조를 지지하고 다양한 효소들이 부착하여 존재할 수 있도록 한다. 특히 접착치의학 영역에서 상아질-레진 접착을 위해 교원질은 접착제와 혼성층(hybrid layer)을 형성 함으로서 결합력을 생성하는 핵심구조체 역할을 한다.
상아질-치수 복합체에는 다양한 matrix metalloproteinase (MMP)가 존재한다. MMP는 구강 환경 내에서 세포 외 기질(Extracellular Matrix)을 가수분해하면서 치아 조직의 생리적, 병적인 개조 및 분해 과정에 관여한다. 치아발생 과정 중 광화 과정을 거치기 전 단계에서 MMP는 법랑질과 상아질의 유기기질 합성에 참여하고 정상 조직을 재구성하는 역할을 한다.3,4 이러한 MMP는 추후 상아질에 무기질이 침착 되면서 상아질 기질 내에 화석화되어 존재하게 된다.4 최근 인간 상아질 내에 존재하는 MMP를 확인하기 위한 연구들이 꾸준히 발표되고 있다. 여러 연구를 통하여 인간의 상아질에 gelatinase인 MMP-2와 MMP-9 및 collagenase MMP-8, stromelysin MMP-3가 존재함이 밝혀졌다. 또한 상아세관액에서 MMP-20이 발견되었으며 우식증이 있는 치아의 상아세관에서 MMP-20과 MMP-2, 9이 증가함을 확인할 수 있었다.4
치아의 MMP는 상아모세포(odontoblast)나 법랑모세포(ameloblast)로부터 분비되어 전구 효소(proenzyme) 상태로 존재하다가 산성, 세균 효소, 수분, 열 등과 같은 외부의 자극에 의하여 peptide가 잘려나가면서 활성을 띄게 된다. 이렇게 활성화 된 MMP는 상아질의 유기기질인 교원질을 분해한다.5 활성화 된 MMP는 치아우식증, 상아질과 레진의 접착계면의 붕괴, 치아의 화학적 침식(erosion) 등에 관여함이 여러 연구를 통하여 증명되었다.3,6-8 우식 상아질의 낮은 pH에 의하여 활성화 된 MMP는 치아의 유기기질을 분해하면서 우식증을 더욱 진행 시키게 된다. 상아질 접착 계면에 있어, MMP의 활성에 의하여 혼성층의 교원질 원섬유가 분해되고, 이에 따라 접착의 내구성이 약해진다는 연구결과가 수 차례 보고된 바 있으며, MMP의 억제를 통한 접착계면의 내구성 향상을 위한 다방면의 연구가 진행 중이다. 치아의 침식증(erosion)은 세균과 무관하게 발생하는 치질의 화학적인 손실 과정으로 산성 물질에 의해 무기질이 제거되어 노출된 교원질 층에 상아질이나 타액에 존재하는 MMP가 작용하여 치질이 붕괴되며 이러한 과정이 되풀이 되면서 치아의 침식증이 진행된다는 것이 MMP와 연관 지어 설명할 수 있는 침식증의 기전이다. 8,9
과거의 치아 우식 기전에서 치아 우식증은 우식 유발 세균이 생성한 산이 상아질의 무기질을 탈회시키고 이로 인하여 노출 된 유기기질이 세균의 단백분해효소에 의하여 분해됨으로써 진행된다고 여겨졌다.6 그러나 여러 연구를 통하여 타액이나 상아질에 존재하는 숙주 기원 MMP가 상아질의 유기기질을 분해하는 주된 효소임이 밝혀졌다.3,6,7 치아 우식증이 진행되는 동안 세균이 생성한 젖산(lactic acid)에 의하여 pH가 낮아지면 상아질의 무기질은 탈회되어 교원질이 노출되며, 숙주 기원 MMP가 활성상태로 전환된다. 이때, 활성화 된 MMP는 산성 환경 하에서는 유기기질을 분해하지 않다가 타액의 완충작용에 의하여 중성 상태로 전환되면 오히려 유기기질을 분해하기 시작한다.7 특히, MMP-2, MMP-9와 MMP-8이 우식 부위에서 교원질 분해에 주로 관여함이 밝혀진 바 있다.7
최근 접착 치의학 분야에서는 상아질 내 MMP가 혼성층 하방에서 레진에 의해 침투되지 못해 노출된 교원질 섬유를 분해하여 접착의 내구성과 안정성에 나쁜 영향을 미칠 수 있다는 사실에 주목하여 왔다. 정상적으로 광화 된 교원질 섬유에 부착해 있던 MMP는 접착을 위한 산부식 과정 동안 노출되고 활성을 띄게 된다.4,10 이때, 접착 과정 중 레진 단량체가 침투하지 못해 노출된 채로 존재하는 교원질 원섬유가 활성 상태의 MMP에 의하여 분해되면서 접착층의 혼성층이 붕괴되는데 이를 초미세누출 (microleakage)이라 한다. 과거의 연구에서 구체적으로, 상아질 내 MMP중 MMP-2가 혼성층의 분해에 가장 깊이 연관되어 있음이 보고된 바 있다.11
그 동안 치의학에서 다양한 MMP 억제제에 대한 끊임 없는 연구가 진행되었다. 치주염 치료를 위하여 chemically modified tetracycline (CMT), doxycycline, minocycline 등이 MMP 억제제로서 연구되어 왔다.6 이들은 MMP-1, MMP-2 및 MMP-11을 억제하는 것으로 밝혀졌다.6 Bisphosphonate 계열인 Zoledranate는 MMP의 단백질 분해 활동을 억제하고, 열구 하방 상아질에서의 우식 진행을 억제 한다고 보고되었다.6 녹차의 성분 중 하나인 epigallocatechin gallate (EGCG) 역시 MMP-2와 MMP-9 등의 활성을 억제하는 것으로 밝혀졌다.6 이러한 천연 물질은 합성 억제제와는 달리 그 부작용이 없기 때문에 치아 우식증의 치료에 사용될 수 있으리라 기대된다. 녹차로 구강세정 시 상아질의 마모를 줄일 수 있으며 이것이 상아질 침식증 예방의 한 방법이 될 수 있다는 흥미로운 보고도 있었다.9 레진-상아질의 혼성층 내 교원질 분해 억제를 위해서도 MMP 억제제가 도입되었다. EDTA는 아연 및 칼슘과 킬레이션 반응을 하여 MMP의 활성을 억제한다고 알려진다.12 산부식 상아질에 대한 Chlorhexidine 처리가 MMP를 매개로 한 교원질 분해를 억제함이 보고되었다.13,14 Galardin을 처리한 산부식 상아질에서 젤라틴의 용해 활성이 억제되며, 결합강도감소의 억제를 보고한 연구도 있다.15
Zinc는 임상치과 영역에서 널리 사용되는 물질 중 하나이다. 이는 합착재, 수복재와 같은 치과재료의 중요한 구성요소이면서 치약이나 구강 세정제 등에도 기능성 성분으로서 함유되어 있다.16 Zinc 역시 몇몇 연구들에서 MMP 억제제로서 보고되어 왔다. Souza 등은 실험을 통하여 황화아연(ZnSO4)이 MMP-2와 MMP-9을 강력하게 억제함을 발표하였다.16 또한 치과용 아말감으로부터 유리된 2가 금속이온이 MMP-2와 MMP-9의 단백 분해 활성을 효과적으로 억제하며, 여러 이온 중 Zinc가 가장 강력한 억제효과를 나타낸다는 보고가 있었다.17 이와 같이 Zinc가 MMP를 매개로 한 교원질 분해를 억제한다는 몇몇 보고가 있었으나 이는 소수의 연구집단에서만 진행된 제한적인 연구들로 MMP 억제에 대한 Zinc의 효과에 대해 추가적인 검증이 필요하며 특히, 상아질 내 교원질 분해를 억제하는 Zinc의 적정농도에 대한 연구는 전무한 상태이다.
따라서 이번 연구에서는 기존에 알려진 MMP 억제제인 Doxycycline과 비교하여 Zinc의 교원질 분해 억제 효과를 검증하고자 하였다. 또한 Zinc의 농도에 따라 교원질 분해 억제에 미치는 영향을 알아보고자 한다. |
치아 상아질 MMP 억제제 번역(영어 번역본)The human dentin is composed of about 50 vol. % of mineral, 30 vol. % of organic matter, and 20 vol. % of water.1 Of the organic matter, about 90% is type I collagen, and collagen fibers and noncollagenous proteins of dentin are buried among fine crystals of hydroxyapatite. 2 Collagen serves as an organic template for mineral deposition during tooth development, and thereafter supports the dentin structure and helps various enzymes to adsorb. Especially in the field of adhesive dentistry, collagen forms a hybrid layer with the adhesive for resin bonding to dentin and thus serves as the core component for adhesive strength.
There exist various matrix metalloproteinases (MMPs) in the dentin pulp complex. MMP hydrolyzes the extracellular matrix in the oral environment and participates in physiological and pathological modification and decomposition of dental tissues. Prior to mineralization during teeth development, MMP participates in the synthesis of organic matter of enamel and dentin and acts to reorganize normal tissues. 3,4 Such MMP is later fossilized inside the dentin matrix as minerals deposit on the dentin. 4 Recently, many studies have been conducted to identify MMPs that exist in the human dentin. Through these studies, various MMPS have been identified, including the gelatinases MMP-2 and MMP-9, as well as the collagenase MMP-8 and stromelysin MMP-3. Also, MMP-20 has been discovered in dentinal tubular fluid, while increase in MMP-20 and MMP-2, 9 have been confirmed in the dentinal tubules of teeth with caries.4
MMPs are secreted by odontoblast or ameloblast and exist as proenzymes until activation through peptide cleavage by external stimuli such as acidic environment, bacterial enzyme, water, and heat. The activated MMP decomposes collagen, the organic matrix of the dentin.5 Many studies have verified the involvement of activated MMP with dental caries, collapse of the dentin-resin interface, and chemical erosion of teeth. 3,6-8 The MMP activated by low pH of teeth with dental caries decomposes organic matrix of the teeth to further the progress of caries. With regards to the adhesive interface of the dentin, many groups have reported that MMP activation leads to the degradation of collagen fibrils in the hybrid layer and consequent decrease in durability of adhesion. Many approaches are currently being taken to improve durability of the adhesion interface by inhibiting MMPs. Dental erosion refers to chemical loss of tooth unrelated to bacteria. Mechanism of erosion in relation to the MMPs may be explained as follows. When minerals have been removed by acidic compounds, the collagen layer is vulnerable to MMPs that exist in the dentin or saliva. MMPs may then act on the collagen layer to cause collapse of the tooth, and erosion progresses as this process is repeated.8,9
In the past, dental caries has been thought to be caused by demineralization of dentin minerals by acid generated by bacteria responsible for caries, which then exposes the organic matrix to be degraded by bacterial proteases.6 However, many subsequent studies have identified the host MMPs that exist in saliva or dentin to be the main enzyme that degrades the dentin organic matrix.3,6,7 As pH is lowered by lactic acid generated by bacteria during the progression of caries, dentin minerals are demineralized to cause collagen to be exposed and the host MMPs are activated. In the acidic environment, the activated MMPs do not decompose the organic matrix. However, once the environment is neutralized by saliva, the MMPs begin to degrade the organic matrix.7 Of these, MMP-2, MMP-8, and MMP-9 have been shown to be mainly responsible for decomposition of collagen near caries.7
Recently in the field of adhesive dentistry, scholars have noticed that MMPs in the dentin decompose the collagen fibers that have been exposed because resin was unable to infiltrate the collagen fibers beneath the hybrid layer , which then has an adverse effect on the durability and stability of adhesion. MMPs that have been attached to collagen fibers that had been demineralized through a normal pathway are exposed during acid etching for adhesion and are activated.4,10 At this time, collagen fibrils that are exposed because resin monomers did not infiltrate during adhesion process are decomposed by the activated MMPs, thereby causing the collapse of the hybrid layer of the adhesion interface that is referred to as microleakage. A past study has reported that MMP-2 is most involved with decomposition of the hybrid layer of all the MMPs in the dentin.11
Various studies have been conducted to discover MMP inhibitors. Chemically modified tetracycline (CMT), doxycycline, minocycline, etc. have been researched as MMP inhibitors for treatment of periodontitis.6 These are known to inhibit MMP-1, MMP-2, and MMP-11. 6 Zoledranate, which is a bisphosphonate, inhibits protease activity of MMPs and caries progression in the dentin below the fissure.6 Epigallocatechin gallate (EGCG), which is present in green tea, also inhibits activation of MMP-2 and MMP-9.6 Such natural compounds are free from side-effects associated with synthetic inhibitors, and are expected to be utilized for treatment of dental caries. There also has been an interesting report that rinsing with green tea can reduce abrasion of the dentin and can therefore serve as a means to prevent dentin corrosion.9 MMP inhibitors have also been introduced for inhibition of collagen decomposition in the hybrid layer of resin and dentin. EDTA chelates with zinc and calcium to inhibit activation of MMP.12
Treating dentin affected by acid corrosion with Chlorohexidine inhibits collagen decomposition by MMP.13,14 Galardin treatment of dentin affected by acid corrosion also helps to inhibit gelatin decomposition and reduction of adhesive strength.15
Zinc is widely used in clinical dentistry. It is an important component of dentistry materials such as dental cement and restorative material, and it is also included in toothpaste and mouthwash as an active ingredient.16 Some studies have focused on zinc as an MMP inhibitor. Souza has shown that zinc sulfate (ZnSO4) strongly inhibits MMP-2 and MMP-9.16 Also, doubly charged metal ion separated from dental amalgam effectively inhibits protease activity of MMP-2 and MMP-9, and zinc is the most effective of various ions.17 As demonstrated by these studies, there have been reports that zinc inhibits collagen decomposition via MMP. However, the studies have been limited to a few research groups, and additional validation is required of MMP inhibition by zinc. Moreover, there is no study on appropriate concentration of zinc for inhibiting collagen decomposition in the dentin.
In this study, we aimed to test the effectiveness of zinc in inhibiting collagen degradation, using the known MMP inhibitor Doxycycline for comparison. We also investigated the influence of zinc concentration on inhibition of collagen decomposition. |
