姜黃素抗牙齦卟啉單胞菌脂多糖機制

張琳琳王偉杜毅

姜黃素抗牙齦卟啉單胞菌脂多糖機制

張琳琳①②王偉①②杜毅②

牙齦卟啉單胞菌脂多糖是慢性牙周炎發展過程中至關重要的毒力因子之一。姜黃素是姜黃的活性成分，其擁有強有力的抗炎活性并能調節多種細胞信號通路，有控制炎癥和骨吸收的潛能。

牙齦卟啉單胞菌； 姜黃素； 脂多糖

牙齦卟啉單胞菌（Porphyromonas gingivalis，P.g）是一種厭氧、革蘭陰性球桿菌，與牙周疾病的發生、發展密切相關，包括骨和組織的破壞。有關研究證明，脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）、牙齦素（gingipains）和菌毛證實為牙周炎最關鍵的毒力因子，其中LPS是P.g的主要毒力因子，LPS刺激所產生的炎癥反應在牙周炎發展過程中有著非常重要的作用［1-2］。之前的研究已經報道，姜黃素表現出廣泛的生物活性，包括抗炎癥、抗腫瘤、抗氧化劑、抗菌、利膽、神經保護并參與多種藥物之間的相互作用［3］。從細胞水平上來看，姜黃素能調節重要分子目標轉錄因子，如核轉錄因子κB（Nuclear Factor-κB，NF-κB） 和 激 活 蛋 白-1（activator protein，AP-1）、酶如環氧合酶-2（Cyclooxygenase-2，COX-2）和5-脂氧酶（5-lipoxygenase）、細胞周期蛋白如細胞周期蛋白D1和P21、細胞因子如腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor，TNF-α）和白介素-1（interleukin-1，IL-1）、受體如表皮生長因子受體和細胞表面粘附分子［4］，姜黃素還能通過調節誘導型一氧化碳合成酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）從而發揮其作用［5］。

1　脂多糖致病機制

LPS是革蘭陰性菌外膜中的主要結構成分，其致病機制主要為兩種：激活胞內信號傳導通路，誘導炎性細胞因子產生并參與骨吸收。LPS首先與細胞表面受體相結合，然后刺激細胞分泌炎性細胞因子［6］。Toll樣受體（Toll-like receptor，TLR）和CD14（membrane CD14，mCD14）是LPS常見的信號傳導受體，CD14介導單核-巨噬細胞識別LPS使細胞合成并分泌各種細胞因子［7］。TLR在炎癥反應和炎性介質的誘導產生中扮演重要角色，TLR尤其是TLR-2和TLR-4起到了主導作用［8］，TLR-2 和TLR-4可能作為炎癥細胞因子的上游目標。LPS激活TLR-2、TLR-4能刺激破骨細胞形成和骨吸收，細胞膜上TLR-2和TLR-4識別LPS后通過細胞內信號傳導途徑活化NF-κB［9］，NF-κB能調節多種基因包括腫瘤細胞增殖、侵襲、血管生成和新陳代謝，并且能上調多種炎癥介質基因的表達，如LPS作用于巨噬細胞、成纖維細胞和上皮細胞等可促進合成并分泌促炎因子如IL-1、白介素-6 （interleukin-6，IL-6）、白介素-8（interleukin-8，IL-8）、TNF、前列腺素E（prostaglandin E，PGE）等的生成［10］。TNF-α和IL-1β是牙周炎病理發生的關鍵炎癥因子［11］，TNF-α可誘導基質金屬蛋白酶和PGE2的產生，能增強破骨細胞活性［12］；IL-1β能抑制膠原合成，促進骨吸收，加速牙周組織破壞。IL-6能夠刺激造血前體細胞分化為破骨細胞，并且LPS能促進人成骨細胞合成IL-6。LPS能作用于成骨細胞產生核因子κB受體活化因子配基（recep-tor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL），可經TLR-2刺激骨膜使破骨細胞形成和參與骨吸收［13］。TLR-2/4-NF-κB信號通路啟動促炎介質的表達和炎癥反應的誘導。

2　姜黃素抗牙齦卟啉單胞菌脂多糖機制

2.1 姜黃素可抑制TNF表達和NF-κB的活化 姜黃素盡管半衰期短但對信號通路的調節有持續的影響并能夠調控很多重要的信號傳導途徑，其中NF-κB為主要的途徑。姜黃素能調節有關基因表達，如炎癥反應、細胞生長/增殖、細胞粘連等，其中包括真核轉錄因子即NF-κB。NF-κB通過綁定具體的DNA共有序列激活某些因子的轉錄，產生自由NF-κB移位進入細胞核，綁定到特定的啟動子區域目標基因，激活它們的表達。姜黃素抗炎通路在體外腫瘤細胞研究中證明主要通過下調NF-κB，姜黃素能減少IκBα磷酸化作用和依賴NF-κB細胞因子/趨化因子的產生。研究證實姜黃素能抑制不同癌細胞系中NF-κB的活性［14］，姜黃素通過阻斷NF-κB信號通路來抑制破骨細胞瘤的細胞增值和促進細胞凋亡［15］。姜黃素可抑制TNF誘導的促炎基因和蛋白的表達，抑制NF-κB活化和細胞增殖［16］，抑制TNF-α誘導的NF-κB依賴性報告基因的表達［17］。長期低濃度姜黃素治療可降低巨噬細胞中LPS誘導的NF-κB水平［18］。姜黃素能明顯地抑制LPS誘導的對氧化還原敏感的NF-κB 和AP-1的活性，其機制可能是姜黃素減少了與促炎相關基因的表達［19］。姜黃素能通過降低小鼠巨噬細胞RAW264.7 NF-κB水平來抑制破骨細胞生成［20］。抑制炎癥反應的姜黃素能抑制NF-κB基因的水平，因此可用于治療受NF-κB調節的各種疾病［21］。

2.2 姜黃素能抑制PGE的合成和iNOS的異常表達 姜黃素的抗炎特性至少部分歸功于對前列腺素合成的抑制，姜黃素可直接抑制微粒體的PGE2合酶-1以阻斷PGE2生物合成［22］。姜黃素可抑制LPS刺激小鼠RAW264.7細胞釋放PGE2，促進抗炎因子IL-10表達［23］。IFN-γ和IL-12等致炎細胞因子產物可誘導iNOS的產生，其產生可介導炎癥并催化可產生一氧化碳（nitric oxide，NO），NO是有效的促炎癥介質，iNOS也是姜黃素抗炎作用的靶點之一，NO的過度產生能上調iNOS的表達，有研究表明姜黃素能強有力抑制過多NO的產生［4］。姜黃素降低氧化應急水平，抑制NO和PGE2的合成，減輕糖尿病大鼠肺部炎癥反應［24］。據報道，姜黃素能抑制由LPS或INF-γ誘導的RAW264.7小鼠巨噬細胞中NO產生和iNOS蛋白的表達［25］。然而，姜黃素減少氧化應激的分子機制仍不清楚，總的來說，姜黃素通過抑制iNOS和PGE2合酶-1的表達來阻斷NO和PGE2的產生，已成為一個潛在的抗氧化劑和消炎劑，用以治療急性炎癥和感染狀況。

2.3 姜黃素可參與抑制骨吸收 姜黃素可以抑制LPS誘導的成骨細胞RANKL mRNA表達升高，抑制骨吸收，為姜黃素治療牙周炎提供理論依據以指導臨床［26］。姜黃素能通過下調促炎性細胞因子（TNF-α和IL-6）和破骨細胞形成相關分子（RANKL和RANK），減少實驗性牙周炎鼠的炎癥反應和牙槽骨的吸收［27］，通過抑制鏈脲霉素誘導的糖尿病鼠破骨細胞的生成來減少骨吸收［28］，能有效地刺激兔破骨細胞凋亡，抑制骨吸收［29］，使其可以進行臨床牙周炎治療。姜黃素能有力地刺激破骨細胞的凋亡和抑制骨吸收，下一步筆者需要證實破骨細胞凋亡中轉錄因子的角色。

3　應用展望

姜黃素的研究歷史悠久，姜黃根粉末被用作各種食用色素和調味劑，也被用于治療膽道疾病、厭食癥、咳嗽、風濕病、癌癥、鼻竇炎、肝臟疾病、高血糖、肥胖癥、糖尿病等，具有廣泛的生理和藥理活性，其藥理作用雖廣泛但作用機制復雜。由其影響眾多的信號通路，通過轉錄因子的調控途徑，生長因子，不同的酶和激酶，炎性細胞因子和促進/凋亡蛋白調節姜黃素的多方面的活動。姜黃素調節許多細胞內目標，包括蛋白質參與抗氧化反應、抗血管增生、細胞毒性、抗血栓、免疫反應、細胞凋亡、細胞周期調控和腫瘤進展。近年來，姜黃素由于其能夠下調各種轉錄因子（如NF-κB）、促炎性介質（如IL-6、TNF-α、IL-1β和NO）及細胞表面黏附分子的表達來改善炎癥反應，其抗炎特性受到廣泛關注，真正的研究需要進一步闡明姜黃素的抗炎和抑制牙周炎牙槽骨吸收的機制。盡管得到廣泛的研究和發展，由于其生物利用率低、生理條件下穩定性差、水溶解度極低、代謝快、體內吸收差，臨床應用受到限制，有待進一步深入研究。因此在未來的研究中，需要研究和開發姜黃素新的給藥途徑和劑型，以提高生物利用率和水溶解度，增加穩定性。為了更好地評估姜黃素的治療作用，在動物模型體內還需要對其抗炎作用進一步的研究，運用姜黃素強有力的益處更好的為將來臨床治療和人類健康服務。

［1］ Taubman M A，Valverde P，Han X，et al.Immune response：the key to bone resorption in periodontal disease［J］.J Periodontol，2005，76（11 Suppl）：2033-2041.

［2］楊俊，陳興興，方煌，等.LPS對人牙周膜細胞Toll樣受體4及下游炎癥因子表達的影響［J］.臨床口腔醫學雜志，2014，30（11）：689-691.

［3］ Zhao F，Gong Y，Hu Y，et al.Curcumin and its major metabolites inhibit the inflammatory response induced by lipopolysaccharide：Translocation of nuclear factor-κB as potential target［J］.Molecular Medicine Reports，2015，11（4）：3087-3093.

［4］ Biswas S，Rahman I.Modulation of steroid activity in chronic inflammation： a novel anti-inflammatory role for curcumin［J］.Mol Nutr Food Res，2008，52（9）：987-994.

［5］ Hanai H ，Sugimoto K.Curcumin has bright prospects for the treatment of inflammatory bowel disease［J］.Curr Pharm Design，2009，15（18）：2087-2094.

［6］ Bainbridge B W，Darveau R P.Porphyromonas gingivalis lipopolysaccharide： an unusual pattern recognition receptor ligand for the innate host defense system［J］.Acta Odontol Scand，2001，59（3）：131-138.

［7］ Bergamini A，Bolacchi F，Bongioyanni B，et al.Granulocytemacrophage colony-stimulating factor regulates cytokine production in cultured macrophages through CD14-dependent and -independent mechanisms［J］.Immunology，2000，101（2）：254-262.

［8］ Waraaswapati N，Chayasadom A，Surarit R，et al.Induction of Toll-like receptor expression by Porphyromonas gingivalis［J］.J Periodontol， 2013， 84（7）：1010-1018.

［9］潘亞萍，劉靜波.牙齦卟啉單胞菌研究進展［J］.國際口腔醫學雜志，2011，38（2）：125-127.

［10］張迪亞，陳莉麗.牙齦卟啉單胞菌脂多糖引起牙周炎癥的機制和特點［J］.國外醫學口腔學雜志，2005，32（6）：455-457.

［11］ Ertugrul A S，Sahin H，Dikilitas A，et al.Comparison of CCL28，in-terleukin-8， interleukin-1β and tumor necrosis factor-alpha in subjects with gingivitis， chronic periodontitis and generalized ag-gressive periodontitis［J］.J Periodontal Res，2013，48（1）：44-51.

［12］盧偉，貢丹軍，孫夢君，等.齦下菌斑誘導的耐受對人巨噬細胞分泌TNF-α和IL-10的影響及機制［J］.南京醫科大學學報，2015，35（5）：722-726.

［13］ Kassem A ，Henning P ，Lundberg P ，et al.Porphyromonas gingivalis stimulates bone resorption by enhancing RANKL through activation of toll-like receptor 2 in osteoblasts［J］.Journal of Biological Chemistry，2015，290（33）：20 147-20 158.

［14］尤燕舞.姜黃素的抗炎特性及其在腎臟疾病中作用機制的研究進展［J］.右江醫學，2013，41（3）：434-436.

［15］ Cao F，Liu T，Xu Y，et al.Curcumin inhibits cell proliferation and promotes apoptosis in human osteoclastoma cell through MMP-9， NF-κB and JNK signaling pathways［J］.Int J Clin Exp Pathol，2015，8（6）：6037-6045.

［16］ Shiodia S，Amin H M，Lai R，et al.Curcumin（diferuloylmethane） inhibits constitutive NF-kappa B activation，induces G1/ S arrest，suppresses proliferation，and induces apoptosis in mantle cell lymphoma［J］.Biochem Pharmacol，2005，70（5）：700-713.

［17］ Nanji A A，Jokelainen K，Tipoe G L，et al.Curcumin prevents al cohol induced liver disease in rat s by inhibiting the expression of NF-kappa B-dependen t genes［J］.J Physiol Gastr Liver Physiol，2003，284（2）：321-327.

［18］ Kim K M，Pae H O，Zhung M，et al.Involvement of antiinflammatory hemeoxygenase-1 in the inhibitory effect of curcuminon the expression of pro-inflammatory in ducible nitric oxide synthase in RAW264.7 macrophages［J］.Biomed Pharmacother，2008，2（9）：630-636.

［19］ Yang S，Zhang D，Yang Z，et al.Curcumin protects dopaminergic neuron against LPS induced neurotoxicity in primary rat neuron/glia culture［J］.Neurochem Res，2008，33 （10）：2044-2053.

［20］ Bharti A C，Takada Y，Aggarwal B B.Curcumin （diferuloylmethane） inhibits receptor activator of NF-kappa B ligand-induced NF-kappa B activation in osteoclast precursors and suppresses osteoclastogenesis［J］.J Immunol，2004，172 （10）：5940-5947.

［21］ Reuter S，Charlet J，Juncker T，et al.Effect of curcumin on nuclear factor kappaB signlaing pathways in human chronic myelogenous K562 leukemia cells［J］.Ann NY Acad Sci，2009，1171（1）：436-447.

［22］ Koeberle A，Northoff H，Werz O.Curcumin blocks prost aglandin E2 biosynthesis through direct inhibition of the microsomal prostaglandin E2 synthase-1［J］.Mol Cancer Ther，2009，8（8）：2348-2355.

［23］陳麗娟，章卓.姜黃素對LPS刺激RAW264.7細胞PGE2和IL-10影響［J］.四川生理科學雜志，2012，34（2）：49-50.

［24］ Zhang F，Yang F，Zhao H，et al.Curcumin alleviates lung injury in diabetic rats by inhibiting NF-κB Pathway［J］.Article Type：Original Article，2015，42（3）：956-963.

［25］狄建彬，顧振綸，趙笑東，等.姜黃素的抗氧化和抗炎作用研究進展［J］.中草藥，2010，41（5）：18-21.

［26］王雪梅，尚德浩，潘亞萍.姜黃素對脂多糖刺激成骨細胞骨吸收的影響［J］.中國醫科大學學報，2014，43（11）：982-985.

［27］ Zhou T，Chen D，Li Q，et al.Curcumin inhibits inflammatory response and bone loss during experimental periodontitis in rats［J］.Acta Odontologica Scandinavica，2013，71（2）：349-356.

［28］ Hie M，Yamazaki M，Tsukamoto I，et al.Curcumin suppresses increased bone resorption by inhibiting osteoclastogenesis in rats with streptozotocin-induced diabetes［J］.European Journal of Pharmacology，2009，621（1-3）：1-9.

［29］ Ozaki K，Kawata Y，Amano S，et al.Stimulatoryeffect of curcumin on osteoclast apoptosis［J］.Biochem Pharmacol，2000，59（12）：1577-1581.

The Mechanism of Curcumin Against Porphyromonas Gingivalis Lipopolysaccharide

/ZHANG Linlin，WANG Wei，DU Yi.//Medical Innovation of China，2016，13（25）：090-092

Porphyromonas gingivalis lipopolysaccharide is a crucial virulence factor involved in the development of chronic periodontitis.Curcumin is the active ingredient of turmeric， it has a strong anti-inflammatory activity and regulates a variety of cell signaling pathways，also has the potential control inflammation and bone resorption.

Porphyromonas gingivalis； Curcumin； Lipopolysaccharide

10.3969/j.issn.1674-4985.2016.25.026

2016-01-19） （本文編輯：周亞杰）

①濱州醫學院 山東 煙臺 264003

②濟南市口腔醫院

杜毅

First-author’s address：Binzhou Medical University，Yantai 264003，China