聲動力療法在牙周病防治中的研究進展

王碧琳，閆春陽，莊德舒，張 祎，王宜靜，畢良佳

牙周病是發生于牙周支持組織的炎癥性疾病，影響全世界15%～20%人口[1]，是常見的口腔細菌感染性疾病。牙周病防治的主要方法是清除始動因素牙菌斑生物膜，在預防方面主要包括牙刷、牙線及牙間隙刷的使用，在治療方面主要包括齦上潔治術、齦下刮治術(SRP)和輔助使用漱口水及抗生素，但是這些方法都存在一定的局限性。本文在闡述以上防治方法以及局限性的同時，介紹有關牙周病防治的一些前沿研究，重點對聲動力療法(sonodynamic therapy, SDT)的概念、作用機制以及對牙周病的作用進行綜述。

1 牙周病的防治

1.1 牙周病的常規防治方法

主要由患者采用機械方式清除菌斑，而患者因自身清除菌斑效率和方法不佳，常導致牙齦炎繼而誘發牙周病[2]。牙周病的常規治療中，基礎治療SRP有局限性：某些后牙軸角或者根分叉部位等解剖結構限制的區域應用手用器械往往無法深入到牙周袋底進行徹底清創，且與放線菌相關的病例，單純使用SRP并不能達到最佳的治療效果[3]。在藥物治療中，使用氯己定漱口水可以在一定程度上抑制細菌，但其具有細胞毒性[4-5]；使用抗生素阿莫西林、甲硝唑及阿霉素等輔助治療牙周病有效[6-7]，但此類藥物存在一定弊端，如不易滲透生物膜并且長期服用有耐藥性[8-9]，因此漱口水及抗生素的使用并不是輔助治療牙周病的最佳手段。在這種情況下，出現了一些新興的牙周病防治思路，為提高牙周病治療效率及效果提供了可能性。

1.2 牙周病預防以及輔助治療進展

牙周病防治研究前沿主要包括應用微生物、蜂膠提取物、金屬材料和光動力療法(PDT)等，它們都有一定抗菌能力以及防治牙周病的潛在能力。

基于以上牙周防治進展，急需能解決上述缺點的牙周防治新方法。

2 SDT概述

2.1 SDT的出現

1989年，日本學者Yumita等[15]在利用血卟啉類衍生物作為光敏劑進行PDT時，發現血卟啉類藥物也能通過超聲激活引起明顯的細胞損傷，提出聲動力療法的概念。隨著超聲醫學的進步，一些學者發現使用超聲激活部分光敏劑同樣可以達到殺傷作用，并將介導SDT發揮作用的敏化劑定義為聲敏劑，自此展開了關于SDT的相關研究。

2.2 SDT概念

SDT是超聲波聯合聲敏劑對目標細胞或病原微生物進行殺傷的治療方法，主要依靠超聲作為能量源激活聲敏劑[16]。在SDT中低頻超聲具有無害性、價格低而且可重復使用等優點，因此在醫學診斷、治療以及工業上被廣泛使用。例如介導的微生物殺傷在醫學中用于潔牙機清除菌斑，在工業中可降低食物中的細菌負荷且對食物本身無影響[17]。超聲可在無創條件下引發聲敏劑產生化學變化，對靶向組織產生殺傷效應。SDT使用的聲敏劑有多種類型，主要集中于卟啉類、氧雜蒽類、喹諾酮類、吩噻嗪類、非甾體抗炎藥等，其中卟啉類及其衍生物由于毒性低等特點是SDT中應用最廣的聲敏劑類型[18]。

2.3 SDT與PDT比較

2.3.1 SDT與PDT的相同點 SDT與PDT均可應用于治療牙周病，二者都是無創非侵入性操作，具有一定的靶向性，對周圍正常組織損傷程度最小化。體外實驗研究表明，使用SDT與PDT后，腫瘤細胞活性氧(ROS)水平均有所上升，胞內ROS含量的提升會導致細胞內氧化壓力升高，繼而引發細胞死亡[19]。兩者可以單獨應用，也能聯合應用，還能與放、化療聯合應用[17,19-20]。

2.3.2 SDT與PDT的不同點 在作用能力上，與光波的短穿性相比，聲波可到達組織深部進行作用。SDT的穿透力具有適當的組織衰減系數，在到達深層病損的同時，能把能量安全無創地聚焦到深層范圍內的靶細胞[19]。因此SDT在某種程度上改良了PDT只能應用于淺表疾病治療的局限性，不但可以殺滅細胞，還可以最大限度減少不良反應[21-22]。在作用機制方面，PDT的作用主要圍繞在ROS的生成、腫瘤周圍血管的破壞以及激活機體對靶細胞的免疫應答這三方面[23]，而SDT的作用機制與PDT相比有較大的不同。

3 SDT作用機制

現有研究表明SDT存在的作用機制包括聲空化作用、聲致發光作用、熱效應、單線態氧機制以及遞送作用等[20,24-28]，每種機制之間又有相互聯系，下面對這幾個作用機制進行分析。

3.1 聲空化作用

聲空化是超聲與周圍介質之間的相互作用，包括穩定空化和慣性空化兩種形式。穩定空化利用超聲波震蕩形成液體流，進而與周圍介質相混合。慣性空化與ROS的產生相關：超聲作用于周圍介質所產生的氣泡會隨著超聲強度的周期性變化而改變，其內部壓力被不規則拉伸，當氣泡體積與聲波達到共振時會迅速內爆，給局部作用位點瞬時高溫和極壓[25,29-30]，同時氣泡在內爆的過程中會產生自由基等物質反應生成ROS[25-27]，包括過氧化物、超氧化物以及單線態氧等，對細胞形成氧化壓力[31]。

3.2 聲致發光作用

超聲在剛好達到使氣泡塌陷強度時，聲波作用于周圍介質產生光，聲波產生的光可激活敏化劑從而集中大量的ROS，破壞細菌細胞膜、蛋白質及DNA結構[29-30,32-33]，增加聲敏劑、氣泡和周圍介質之間的反應實現對靶細胞的殺傷[27]。

3.3 熱效應

超聲作用于周圍介質所產生的氣泡在塌陷時會導致局部熱點處產生瞬時極高的溫度，從而對作用位點實現有效殺傷作用。首先高溫可增加細胞膜動能，提高細胞膜滲透性，對治療劑向靶器官中的轉移有重要作用；其次高溫可使病原微生物細胞凝固型壞死；最后，高溫通過分解敏化劑、熱解周圍介質中的水等方式增加ROS的含量[17,20,26-27]，增加靶細胞內氧化壓力。

3.4 單線態氧機制

3.5 遞送作用

超聲波作用所產生的微泡具有將治療劑帶入細胞中的能力。目前，微泡已經廣泛用于藥物遞送[27,35]。例如阿霉素(DOX)就可在超聲波的作用下被微泡傳送入細胞膜內，該種方法可以減少DOX的非特異性釋放并提高遞送效率[36]。

4 SDT對細菌的作用

多項研究表明SDT對細菌有明顯殺傷作用：Wang等[37]發現竹紅菌乙素介導的SDT可有效破壞耐甲氧西林金黃色葡萄球菌生物膜的完整性。Costley等[38]發現玫瑰孟加拉-抗菌肽偶聯物用于抗菌SDT可有效殺滅金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌，用超聲預處理銅綠假單胞菌生物膜可使聲敏劑擴散提高2.6倍，進一步提高細菌的殺滅效果。還有報道證實SDT對白念珠菌有明顯的殺傷作用[39]。SDT作為新興治療技術已經成功應用于治療多種疾病，例如動脈粥樣硬化、神經膠質瘤以及癌癥等[40-42]。單獨使用超聲波可用于多種抗菌方案，能從細菌以及病毒水平上消滅微生物，聯合聲敏劑的超聲增加了激活ROS的潛力，可克服生物膜的抗性，破壞生物膜結構從而殺傷膜內細菌。

SDT對細菌殺傷的機制包括以下幾個方面：①SDT聚焦的超聲波能夠產生剪切力使生物膜結構形成孔隙，增加細胞膜的通透性，方便其他藥物穿透生物膜產生殺傷作用[43-44]。②聲敏劑通過生物膜孔隙傳遞到細菌內，并被超聲激活誘導產生ROS[43-44]，增加細菌內部氧化壓力。③超聲作用下，菌細胞周圍塌陷空化產生光，聲敏劑在這種光作用下從基態轉向激發態產生ROS，介導菌細胞光氧化[39]。激活狀態下的聲敏劑所產生的ROS還可通過直接熱解或與水熱解進一步生成ROS[44]。SDT抗菌效果的基礎實驗及殺傷細菌的機制研究表明SDT對于牙周病治療有很高的應用前景。

5 SDT在牙周病防治中的應用現狀和優勢

Zhuang等[45-46]實驗研究發現，血卟啉單甲醚(HMME)介導的SDT對大鼠牙周炎有很好的治療效果，具體表現在以上頜骨第一磨牙與第二磨牙之間的位點進行實驗，實驗組大鼠相較于對照組牙槽骨喪失程度明顯下降并且有效減輕牙周組織的炎性病變。表明SDT能抑制骨吸收作用，具有治療牙周病的能力。SDT在牙周病防治中也有不可比擬的優勢：一方面，超聲和聲敏劑之間相互作用能產生大量ROS，對細菌形成氧化壓力實現殺傷作用。因為ROS在細菌中有高細胞毒性，能在高效殺傷細菌的同時不出現藥物的耐藥性等不良反應現象[47-48]，所以SDT可以安全無害地殺滅牙周致病菌[49]。另一方面，SDT可安全無創地穿透幾十厘米的軟組織，對周圍正常組織的影響都很小[50]，可有效作用于牙周袋壁和深部細菌。SDT相較其他的治療牙周病方法優勢明顯，未來有望應用于臨床。

6 結 語

盡管SDT安全有效，但是國內外在牙周病的防治領域上有關SDT的研究仍在起步階段，目前仍有一些問題等待著我們去解決：①影響SDT殺傷細菌的機制并未完全明確，且沒有大量的體內外實驗以研究[51]。②聲敏劑的應用有待進一步研究，如何找到一個價格更低、清除細菌效率更快的聲敏劑是值得探討的問題。③SDT所產生的ROS在清除細菌方面是有益的，但是ROS產生的具體方法以及產生后的消除方式還未可知。

SDT相較傳統治療方式具有無可比擬的優勢，確保了它在牙周病治療上具有廣闊發展前景和使用價值。