牙周疾病的抗微生物光動力療法*

王冬青 王新林 孫 正

新技術的發展推動了牙周疾病治療新方法的開發。尋找更好的牙周疾病治療方法是牙周專業研究人員和臨床醫師的長期目標。一種新型的無創光化學控制感染的方法，也就是光動力療法(photodynamic therapy， PDT)，在口腔領域受到人們越來越多的關注[1-3]。盡管最早是用于抗癌治療[4]，在過去10 余年中發表了較多關于光動力療法在牙周疾病的應用的研究。這些研究指出通過光動力療法，使用無毒的化學劑(光敏劑)與低能量的光能可以有效清除牙周致病菌。光動力療法被認為是清除牙周病及種植體周圍疾病的病原菌的大有前景的新的治療手段。本篇綜述主要介紹光動力療法用于牙周非手術治療的基礎實驗和臨床應用的數據。

牙周疾病是菌斑生物膜感染引發的牙齒周圍支持組織的慢性炎性反應的結果[5]。牙周治療的主要目的就是清除菌斑生物膜及對牙周致病菌的控制。目前通常使用機械性方法，包括超聲和手用齦下刮治和根面平整，可以獲得顯著臨床改善。但是牙周病變存在一些器械不易到達的感染部位，如某些重度牙周炎患者的深牙周袋、窄而深的骨下袋以及后牙根分叉區病變等。由于器械難以到達感染的最深處，不能徹底清除患處的菌斑微生物，因此不能有效控制炎癥和牙槽骨的吸收。為了進一步降低細菌的數量，常牙周袋內局部應用抗菌藥物；有些情況下也會口服抗生素作為輔助治療。雖然局部或全身應用抗菌藥物已被接受可以結合牙周機械治療使用，但是抗菌藥物的使用有兩個主要的問題有待解決。一是在牙周袋內有效濃度的持續時間難以保證；二是耐藥性。因此，人們期待并發癥少的新的抗菌方法以替代傳統的化學方法。

從20 世紀90 年代初，光能被認為是一種新的牙周治療手段。關于高能量激光在牙周非手術治療的應用，我們之前已做詳細論述[6]。高能量激光使用不當會對牙根、牙髓及牙周組織造成損害，如過度切割、熱變性、炭化或壞死。最近，一種新型的低能量光能的非侵襲性光學細菌清除方法——光動力療法，日益受到關注[7-8]。與高能量激光相比，光動力療法可以在不損害組織的同時選擇性消除細菌[9，10]。

1. 抗微生物光動力療法

光動力療法早在1900 年被偶然發現吖啶作為光敏劑，光照下可殺死草履蟲開始，逐漸應用于細胞，微生物或分子的光誘導性失活[4，11]。光敏劑、激發光和組織中的分子氧是構成光動力效應的基本要素。其基本原理是光敏劑(photosensitizer，PS)在合適的光源照射下，從基態經壽命極短的單線態，系間穿越到三線態。受光激發的三線態與光敏劑可進行兩種形式的反應：(1)經過氧原子或電子轉移，直接同底物或溶劑反應形成自由基，為Ⅰ型(TypeⅠ)反應；(2)能量轉移到氧分子，形成單線態氧O2，為Ⅱ型(Type Ⅱ)反應。通過Ⅰ型、Ⅱ型反應產生的以單線態氧為代表的一系列毒性活性產物可以與細胞或微生物的磷脂、核酸和蛋白質等生物大分子反應，破壞生物膜結構或其他功能單位，使細胞或微生物死亡，從而達到治療效果。光敏劑分子的結構特點使其更易聚集在生長旺盛的細胞中，因此腫瘤細胞是良好的作用靶點，同時微生物由于繁殖迅速，比正常體細胞對光敏劑親和性更強。因此，PDT 可選擇性作用于感染的微生物，是一種有效的殺滅微生物的方法。

2. 牙周治療的抗微生物光動力療法

2.1 常用光敏劑和波長 為消除齦上和齦下菌斑中的細菌，抗微生物光動力學療法已有激光和光敏劑的多種組合。甲苯胺藍-O，亞甲基藍，赤蘚紅，氯E6 和血卟啉已被證明是安全的。吩噻嗪染料(甲苯胺藍O 和亞甲藍)是在醫療領域中臨床應用的主要光敏劑。亞甲基藍和甲苯胺藍O 對革蘭氏陽性和陰性牙周致病菌都能有效失活[12，13]。但是，革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細菌的易感性有所差異。亞甲基藍似乎表現出殺死革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細菌比亞甲藍更強的能力。甲苯胺藍O 比亞甲藍更能有效消除伴放線聚生桿菌、牙齦卟啉單胞菌和具核梭桿菌[13]。在亞甲基藍的存在下，632.8nm(氦氖激光)、665 和830nm(半導體激光器)的波長對牙周病原菌具有高殺菌作用[12]。

Goulart 等[14，15]2010 年首次發現牙科用光固化燈可以激發玫瑰紅，赤蘚紅和亞甲基藍釋放活性氧，因為這些光敏劑的吸收光譜是與牙科光固化燈的光譜一致(300-800nm)。可以有效抑制浮游物及菌斑生物膜內的伴放線聚生桿菌，而且赤蘚紅比亞甲藍更有效。Prates 等[16]發現孔雀綠與660nm 低功率紅色半導體激光作用5 分鐘時，可殺滅99%的伴放線聚生桿菌。國內鄭瑜謙等[17]發現一種對細菌具有親合性的酞菁鋅-聚賴氨酸偶合物(ZnPCPL)，與波長670nm 的半導體激光組合對牙齦卟啉單胞菌有明顯的抑制作用。

目前，光動力療法大多采用的光源是氦氖激光器(633nm)，鎵-鋁-砷化物半導體激光器(630-690，830 或906nm)和氬激光器(488-514nm)，波長從藍光到可見光到紅光。最近非激光光源，如發光二極管(LED)已被建議作為新的光動力療法的光源，并逐漸應用于臨床。LED 裝置更加緊湊和輕便，比傳統的激光器成本低，而且使用壽命長。

2.2 體外試驗 早在20 世紀90 年代初，Dobson &Wilson[18]就發現，低水平的氦氖激光照射甲苯胺藍O 或亞甲藍可以有效殺死牙齦卟啉單胞菌、具核梭桿菌、伴放線聚生桿菌和血鏈球菌。光動力療法的殺菌效果不僅對細菌的純培養物有效，對菌斑生物膜也同樣有效。Sarkar &Wilson[19]發現，氦氖激光加甲苯胺藍O 可以殺滅慢性牙周炎患者的齦下菌斑樣本內的口腔細菌。國內欒秀玲等[20]的研究也證實甲苯胺藍聯合波長630nm 激光體外照射齦下菌斑有良好的滅菌效果。但是，也有研究指出光動力的抗微生物效果對菌斑生物膜要比培養液弱。還有研究指出，耦合了單克隆抗體的甲苯胺藍可以提高630nm 氦氖激光殺滅牙齦卟啉單胞菌抗菌效果[21]。

產黑色素細菌如牙齦卟啉單胞菌和和普雷沃菌屬，其內源性卟啉也可以起到光敏劑的作用。Henry 等[22]的研究結果顯示沒有光敏劑，氬激光照射也可以殺死產黑色素細菌，其中牙齦卟啉單胞菌最敏感。Soukos 等[23]也指出非激光光源(寬譜，380-520nm)對產黑色素細菌有殺菌效果，該效果依賴于內源性卟啉的品質。

如上所述，體外研究結果支持抗微生物光動力療法，使用特定的光敏劑和光源，可以有效地殺滅牙周致病菌。然而，波長和光敏劑的最有效的組合，以及所需要的最佳參數(如光敏劑濃度曝光時間，激光功率的能量和照射時間)等等還需進一步闡明，還需要更多的基礎研究來優化臨床應用。

2.3 動物實驗 一些動物研究指出，甲苯胺藍O21和卟啉E69和半導體激光組合的光動力療法都可以降低實驗性牙周炎(結扎法)的微生物負荷。同時，牙齦出血和紅腫等臨床癥狀也得到改善[9，24]。Komerik 等[24]在大鼠的實驗中發現，甲苯胺藍O型介導的光動力療法(90 天)可以減少牙槽骨喪失。Almeida 等[25]發現，無論是放射學和組織學結果都顯示抗微生物光動力療法可以明顯影響實驗性牙周炎的發展。該實驗使用亞甲基藍(100mg/ ml)和685nm 的半導體激光的組合。照射15 天后牙槽骨喪失減少，但30 天后無顯著差異。另外，該研究小組還發現輔助抗微生物光動力學治療可顯著減少糖尿病大鼠的牙槽骨破壞[26]。Prates 等[27]使用亞甲基藍(100μm)和半導體激光(660nm，1min)觀察對大鼠牙周炎的影響。發現無論是膠原組成、炎性侵潤還是牙槽骨喪失，與滅菌水處理的區域相比，光動力療法處理后的區域有更好的牙周組織愈合。

上述研究顯示，抗微生物光動力療法輔助齦下刮治在動物實驗獲得了比較滿意的結果。使用光動力療法可減輕實驗性牙周炎的癥和牙槽骨喪失水平，但是兩項研究在治療后30 天出現回歸的趨勢，差異消失。因此，還需要長期療效的評估。

3. 臨床研究

盡管大量的數據顯示抗微生物光動力療法的優勢，但臨床研究的結果仍存在爭議。2010 年發表在“Journal of Periodontology”的關于光動力療法牙周炎的影響的系統回顧和薈萃分析[28]，對符合要求的五篇論文(隨機平行設計，光動力療法VS安慰劑；聯合齦下刮治與否)分析后指出，抗微生物光動力療法無論是單獨使用還是聯合齦下刮治和根面平整(scaling and root planing，SRP)，與單純SRP 相比在臨床效果上沒有統計學差異。但是同年，發表在“Lasers Medical Science”的抗微生物光動力療法對慢性牙周炎治療效果的薈萃分析(選出4 篇符合要求的研究)[29]則認為抗微生物光動力療法聯合SRP 可以期待額外的臨床改善。因為相較于單純SRP 治療，聯合光動力療法附著水平的改善和牙周袋的減少更明顯。這兩篇薈萃分析選擇的論文有3 篇是相同的。

Andersen 等[30]使用隨機平行設計將33 例慢性牙周炎患者分為3 組：單獨的光動力療法(亞甲藍+50mW 的半導體激光)、齦下刮治和根面平整(SRP)單獨及SRP+ 光動力療法。治療后三個月的臨床結果顯示聯合治療比單獨齦下刮治所有的檢查參數的改善都明顯。Theodoro 等[31]的針對慢性牙周炎患者的半年觀察則指出，無論是光動力聯合聯合SRP、SRP 單獨治療還是光動力單獨治療，三組在臨床和微生物學結果上都沒有顯著性差異。但是牙周致病菌陽性的位點的細菌的下降比例，聯合光動力治療組比SRP 單一治療組更顯著。但這一結果并沒有顯現出臨床指征的明顯改善。Pinheiro等[32]發現牙周袋內活菌數量降低的比例在聯合光動力療法(亞甲藍-632nm 半導體激光)和單純SRP治療分別時95.9%和81.2%。葛琳華和束蓉[33]于2008 年首次在國內報道了PDT 對慢性牙周炎的療效。將60 例慢性牙周炎患者隨即分為SRP +1 次PDT、SRP +2 次PDT 和單純SRP 組，采用亞甲藍(0.0 1%w/ w)和波長670nm 激光(100mW)的組合。結果顯示PDT 對牙齦卟啉單胞菌和福賽氏擬桿菌有明顯效果，PDT 組牙周致病菌的比例和總菌含量的下降較單純SRP 組明顯。一次與兩次應用PDT 的結果沒有差異。

2013 年針對慢性牙周炎的抗微生物光動力療法的新的薈萃分析(14 篇符合要求的研究)[34]認為光動力療法的輔助治療可以短期獲益，但還需要高質量的大樣本臨床隨機對照研究的中長期結果。而關于抗微生物光動力療法在侵襲性牙周炎治療應用效果的系列研究[35-37]都報告了有利的結果。其中一項研究[35]采取分口設計，使用甲苯胺藍-660nm 半導體激光照射1 分鐘或SRP，治療前后采集齦下菌斑，檢測了40 種細菌的變化。結果顯示相較于SRP，光動力治療組伴放線聚生桿菌的下降更明顯。而牙齦卟啉單胞菌等紅色復合體細菌的下降在SRP 組更明顯。因此，該文章指出對光動力療法和齦下刮治敏感的菌群不同，兩者互為補充，聯合治療可以期待更好的殺菌效果。

4. 結語

抗微生物光動力療法的體外和動物實驗的研究結果顯示抗微生物光動力療法的高效殺菌效果，臨床研究也提示牙周非手術治療時聯合光動力療法可能獲得短期獲益，有發展成為牙周治療新方法的潛力。但尚需探討其體內應用的適用性和安全性，而且PDT 的成功療效依賴于適宜的光敏劑濃度、照射光劑量和時間等具體治療參數的精確優化。因此還需進行大量反復深入的實驗研究和臨床試驗，特別是中長期的隨機臨床研究來證明。抗微生物光動力療法可能會成為牙周疾病抗菌治療的一個有力的手段，尤其在傳統治療療效差、免疫缺陷及伴有全身疾病的人群。

(謝辭:感謝北京市科技新星計劃(2009B41)和首都醫科大學附屬北京口腔醫院2013 年度學科建設基金(13-09-17)的支持。)

[1] Soukos NS，Goodson JM. Photodynamic therapy in the control of oral biofilms [J]. Periodontol 2000， 2011， 55 (1):143-166

[2] Takasaki AA，Aoki A，Mizutani K，et al.Application of antimicrobial photodynamic therapy in periodontal and peri-implant diseases[J]. Periodontol2000，2009，51(1):109-140

[3] Cieplik F，Tabenski L，Buchalla W，et al. Antimicrobial photodynamic therapy for inactivation of biofilms formed by oral key pathogens[J]. Front Microbiol，2014，5:405

[4] Allison RR，Bagnato VS，Cuenca R，et al . The future of photodynamic therapy in oncology[J]. Future Oncol，2006，2: 53-71

[5] Darveau RP，Tanner A，Page RC. The microbial challenge in periodontitis[J]. Periodontol 2000，1997，14: 12-32

[6] 王冬青，楊雷.激光在牙周非手術治療中的應用[J]. 中華老年口腔醫學雜志，2014，2(6): 361-365

[7] Atieh MA. Photodynamic therapy as an adjunctive treatment for chronic periodontitis: a meta-analysis[J]. Lasers Med Sci，2010，25: 605-613

[8] AlwaeliHA1，Al-Khateeb SN，Al-SadiA. Long-term clinical effect of adjunctive antimicrobial photodynamic therapy in periodontal treatment: a randomized clinical trial[J]. Lasers Med Sci，2015，30(2): 801-807

[9] Luan XL，Qin YL，Bi LJ，et al. Histological evaluation of the safety of toluidine blue-mediated photosensitization to periodontal tissues in mice[J]. Lasers Med Sci，2009，24:162-166

[10] Sigusch BW，Pfitzner A，Albrecht V，et al. Efficacy of photodynamic therapy on inflammatory signs and two selected periodontopathogenic species in a beagle dog model[J].J Periodontol，2005，76: 1100-1105

[11] Meisel P，Kocher T. Photodynamic therapy for periodontal diseases: state of the art [J]. J Photochem Photobiol B，2005，79: 159-170

[12] Chan Y，Lai CH. Bactericidal effects of different laser wavelengths on periodontopathic germs in photodynamic therapy[J]. Lasers Med Sci，2003，18: 51-55

[13] Wilson M，Dobson J，Sarkar S. Sensitization of periodontopathogenic bacteria to killing by light from a low-power laser[J]. Oral Microbiol Immunol，1993，8: 182-187

[14] Goulart RC，Thedei G Jr，Souza SL，et al. Comparative study of methylene blue and erythrosine dyes employed in photodynamic therapy for inactivation of planktonic and biofilm-cultivated Aggregatibacter actinomycetemcomitans[J]. Photomed Laser Surg，2010，28: 85-90

[15] Goulart R，de C，Bolean M，et al. Photodynamic therapy in planktonic and biofilm cultures of Aggregatibacter actinomycetemcomitans [J]. Photomed. Laser Surg， 2010， 28:53-60

[16] Prates RA，Yamada AM Jr，Suzuki LC，et al. Bactericidal effect of malachite green and red laser on Actinobacillus actino-mycetemcomitans[J]. J Photochem Photobiol B，2007，86: 70-76

[17] 鄭瑜謙，閆福華，陳錦燦，等. 一種新型光敏劑對牙周致病菌的體外抗菌研究[J]. 口腔醫學研究，2006，22: 368-371

[18] Dobson J，Wilson M. Sensitization of oral bacteria in biofilms to killing by light from a low-power laser[J]. Arch Oral Biol，1992，37: 883-887

[19] Sarkar S，Wilson M. Lethal photosensitization of bacteria in subgingival plaque from patients with chronic periodontitis[J]. J Periodontal Res，1993，28: 204-210

[20] 欒秀玲，秦艷利. 甲苯胺藍為光敏劑的光動力療法對齦下菌斑滅菌效果的研究[J]. 口腔醫學研究，2012，28(3):233-236

[21] Bhatti M，MacRobert A，Henderson B，et al. Antibodytargeted lethal photosensitization of Porphyromonas gingivalis [J]. Antimicrob Agents Chemother， 2000， 44 (10):2615-2618

[22] Henry CA，Judy M，Dyer B，et al. Sensitivity of Porphyromonas and Prevotella species in liquid media to argon laser[J]. Photochem Photobiol，1995，61: 410-413

[23] Soukos NS，Som S，Abernethy AD，et al. Phototargeting oral black-pigmented bacteria [J]. Antimicrob Agents Chemother，2005，49: 1391-1396

[24] Komerik N，Nakanishi H，MacRobert AJ，et al. In vivo killing of Porphyromonas gingivalis by toluidine blue-mediated photosensitization in an animal model[J]. Antimicrob Agents Chemother，2003，47: 932-940

[25] Almeida JM，Theodoro LH，Bosco AF，et al. Influence of photodynamic therapy on the development of ligature-induced periodontitis in rats [J]. J Periodontol， 2007， 8:566-575

[26] Almeida JM，Theodoro LH，Bosco AF，et al. Treatment of experimental periodontal disease by photodynamic therapy in rats with diabetes[J]. J Periodontol，2008，79: 2156-2165

[27] Prates RA，Yamada AM，Suzuki LC，et al. Histomorphometric and microbiological assessment of photodynamic therapy as an adjuvant treatment for periodontitis: a short-term evaluation of inflammatory periodontal conditions and bacterial reduction in a rat model [J]. Photomed Laser Surg，2011，29: 835-844

[28] Azarpazhooh A，Shah PS，Tenenbaum HC，et al. The effect of photodynamic therapy for periodontitis: a systematic review and meta-analysis[J]. J Periodontol，2010，81: 4-14

[29] Atieh MA. Photodynamic therapy as an adjunctive treatment for chronic periodontitis: a meta-analysis[J]. Lasers Med Sci，2010，25: 605-613

[30] Andersen R，Loebel N，Hammond D，et al. Treatment of periodontal disease by photo-disinfection compared to scaling and root planning[J]. J Clin Dent，2007，18: 34-38

[31] Theodoro LH，Silva SP，Pires JR，et al. Clinical and microbiological effects of photodynamic therapy associated with nonsurgical periodontal treatment. A 6-month follow-up[J].Lasers Med Sci，2012，27: 687-693

[32] Pinheiro SL，Donega JM，Seabra LM，et al. Capacity of photodynamic therapy for microbial reduction in periodontal pockets[J]. Lasers Med Sci，2010，25: 87-91

[33] 葛琳華，束蓉. 光動力療法對慢性牙周炎齦下牙周致病菌的影響[J]. 臨床口腔醫學雜志，2008，24: 740-743

[34] Sgolastra F，Petrucci A，Severino M，et al. Adjunctive photodynamic therapy to non-surgical treatment of chronic periodontitis: a systematic review and meta-analysis[J]. J Clin Periodontol，2013，40: 514-526

[35] Novaes AB Jr，Schwartz-Filho HO，De Oliveira RR，et al.Antimicrobial photodynamic therapy in the non-surgical treatment of aggressive periodontitis: microbiological profile[J]. Lasers Med Sci，2012，27: 389-395

[36] Oliveira RR，Schwartz-Filho HO，Novaes AB，et al. Antimicrobial photodynamic therapy in the non-surgical treatment of aggressive periodontitis: cytokine profile in gingival crevicular fluid， preliminary results [J]. J Periodontol，2009，80: 98-105

[37] Oliveira RR，Schwartz-Filho HO，Novaes AB，et al. Anti-microbial photodynamic therapy in the non-surgical treatment of aggressive periodontitis: a preliminary randomized controlled clinical study [J]. J Periodontol，2007，78:965-973