三维牙齿形态学揭示非综合征性牙齿缺失的发育机制及其与缺失模式、严重程度和性别的关联

本研究通过构建多因素数学模型，创新性地整合3D牙齿形态、牙齿缺失(TA)模式、严重程度和性别差异，揭示了TA患者上颌中切牙(UI)和第一磨牙(UM)的形态特征变化。研究人员采用表面距离映射和牙齿缺失相关形状差异(TAShD)分析技术，发现TA与性别因素独立影响牙齿形状但共同影响大小变异，并鉴定出三种特征性TA模式，为理解牙齿发育机制提供了新视角。

　　

牙齿作为人体最坚硬的器官，其形态发育一直是发育生物学研究的重要模型。然而，非综合征性牙齿缺失(Tooth Agenesis, TA)这种最常见的牙齿发育异常，影响着全球约20%人群的口腔健康。更令人困惑的是，TA不仅表现为牙齿数量减少，还常伴随牙齿大小和形态的改变，且女性发病率显著高于男性。这些现象暗示着牙齿数量、大小和形态之间可能存在某种尚未阐明的发育关联，而性别因素又可能在其中扮演关键角色。

为解开这个发育谜题，大阪大学齿学研究科矫正齿科学教室的研究团队在《Scientific Reports》发表了一项创新性研究。该研究首次将三维牙齿形态、TA模式、严重程度和性别差异整合进统一的多因素数学模型，通过对255名日本受试者（对照组187人，TA组68人）的数字牙科模型分析，揭示了TA与牙齿形态的深层关联。

研究采用三项关键技术：1）基于7μm精度的3D扫描和同源建模技术，构建高分辨率牙齿模板（UI含1889个网格点，UM含1842个网格点）；2）创新性开发牙齿缺失相关形状差异(TAShD)指标，区分大小依赖（异速）与独立（非异速）的形状变异；3）通过k-means聚类分析识别TA模式。样本来自2012-2019年大阪大学齿科医院就诊的6-35岁日本患者，严格排除综合征患者及影响牙齿形态的干扰因素。

【表面位移分析揭示TA特征形态】

研究发现TA患者的UI呈现更窄长的柱状形态，边缘嵴更突出而舌侧隆起减弱。UM则显示远中舌尖(DL)缩小、近中舌尖(ML)舌向扩展等特征。性别差异分析表明，男性TA患者表现为全冠宽度减小，而女性仅见近中颈部宽度局部缩小。

【TAShD分解揭示发育机制】

通过将形状变异分解为异速和非异速组分，发现TA与性别因素独立影响牙齿形状（p<0.05），但共同作用于大小变异。值得注意的是，女性磨牙和男性切牙的形状呈现双峰分布，提示多因素调控机制。

【三种TA模式的特征解析】

聚类分析鉴定出三种特征性TA模式：

1）前磨牙缺失型（Cluster 1）：表现为牙齿缩小但形态正常，与MSX1基因关联模式相似；

2）切牙-尖牙缺失型（Cluster 2）：上颌中切牙大小和形态均异常，符合EDA基因相关表型；

3）尖牙-前磨牙-第二磨牙缺失型（Cluster 3）：磨牙形态异常且体积缩小，与PAX9基因突变表型一致。

这项研究的重要意义在于首次建立了TA模式与三维牙齿形态的精确对应关系。研究发现TA不仅影响牙齿数量，还通过特定发育途径改变牙齿形态，这些改变与经典牙齿发育基因（如MSX1、EDA、PAX9）的表达模式高度吻合。更值得注意的是，性别因素与TA以不同方式影响牙齿发育：性别主要导致非异速的形状变异，而TA则同时影响大小和形状。这些发现为理解牙齿发育的分子机制提供了新视角，也为临床TA患者的个性化诊疗提供了理论依据。

研究还提出了牙齿发育的"多维调控"模型，挑战了传统的"连续尺度"理论。该模型认为牙齿数量、大小和形状受多组独立但相互作用的遗传通路调控，而非简单的线性关系。这一理论突破将推动后续对特定发育基因与形态变异关系的研究，并为解释人类牙齿形态多样性开辟新途径。