姜黃素在口腔醫學領域的研究進展*

陳丹紅 劉 琦 吳補領

姜黃素（Curcumin，CUR/CMC），一種從植物姜黃根部提取的物質，在生活中常被用作染料[1]。CUR類化合物常見姜黃素（CUR,77%）、去甲氧基姜黃素（DMC，17%）以及雙去甲氧基姜黃素（BDMC，3%）3種（圖1）[2]，CUR 為最常見的研究對象。CUR 具有抗炎、抗氧化、抗癌、抗菌等作用[3,4]，在醫學多個領域都得到應用，尤其是癌癥的治療。口腔疾病多與細菌、炎癥、甚至是癌變等相關，因此CUR 也被引入口腔醫學的基礎研究和臨床應用。不同研究者對CUR 在口腔中的研究重點各不相同，本文針對已有的研究做一綜述。

1.姜黃素抗口腔致病菌作用

CUR 自身具有抗菌作用，其抗菌機制可分為非光動力療法和光動力療法（Photodynamic Therapy,PDT）。后者效果更佳且相關研究較多，又稱為光動力抗菌治療（Photodynamic Antimicrobial Chemotherapy,aPDT），指光敏劑經由光線（紫外UVB 到可見光LED）照射之后，發生能量或電子轉移，產生一系列產物（包括自由基和活性氧ROS），從而清除細菌及其產物的一種療法[3]。aPDT 通過光敏產物破壞細菌的質膜，同時轉運系統和酶失活；也可對線粒體、溶酶體或DNA造成損害[4]。相比傳統抗菌方法，aPDT 具有無創、不損傷組織、作用時間短、細菌不耐藥等優點[5]。

1.1 光活化姜黃素治療齲源性菌相關研究 齲病是以細菌生物膜為主要病因的慢性進行性疾病，細菌生物膜具有獨特的習性以及基因表達，目前常見齲致病菌生物膜已能耐受常規抗菌方法，因而細菌不耐受的aPDT法被引入到齲病的治療研究中。

體外實驗發現，CUR 聯合藍光LED 可有效減少存活細菌的數量，包括常見的齲病致病菌變形鏈球 菌（S.mutans）[5,6]及嗜酸乳桿菌（L.acidophilus）[7]。不同濃度的CUR（0.75～5.0g/L）均可達到抗菌效果，其中最低濃度0.75g/L 就可殺滅97.5%的微生物[8]。對于S.mutans，0.75～60μM的CUR 聯合光照12.2s～120s，即可有效抑制其活性[9]。對于Lactobacillus，CUR 有效藥物濃度則較低（0.5～10μmol/L，即0.184～3.68g/L），光照作用時間較長（240s），該作用條件可使其全部失活[7]。

目前，CUR 介導的aPDT 原位生物膜實驗以及臨床研究較少，其作用效果與光敏劑的滲透力以及有效光照穿透力密切相關。Cusicanqui[10]等從齲壞乳牙中取得病變牙本質并培養細菌生物膜，發現光活化CUR 使完整生物膜活力下降卻不明顯影響其產酸能力。進一步齲壞牙本質細菌原位實驗證實不同濃度CUR（0.75～5.0g/L）聯合LED 可使S.mutans 和L.acidophilus 總數明顯減少，且呈現出CUR濃度依賴性[11]。最新研究認為，aPDT 抑菌效果與CUR 的照射前作用時間（pre-irradiation times,PIT）相關，PIT 能增強光活化CUR 的作用，建議CUR 介導的aPDT 需要≥2min 的PIT 作用時間[12]。

簡言之，CUR 介導的aPDT 對致齲菌有滅活作用，但該方法在臨床應用前仍需要更多的科學研究和證據支持，CUR 處理方法和參數有待進一步優化。

1.2 光活化姜黃素治療根管感染細菌相關研究 根管感染細菌主要為糞腸球菌（Enterococcus faecalis,E.faecalis），根管系統的復雜性使其內部的細菌生物膜耐藥性是浮游微生物的1000倍[13]。傳統根管消毒劑效果多以次氯酸鈉（NaClO）為金標準，但其能導致宿主細胞、牙本質蛋白、膠原等損傷[14]。如前文所述，aPDT無創、不損傷周圍組織，且活化產物的非接觸性可作用于根管更深部的生物膜，有望解決傳統消毒劑的潛在問題，因而被引入到相關研究[15]。

Pilegi[16]等發現（5μΜ，450mW/cm2,4min）可有效使浮游E.faecalis失活，對其生物膜的抑制濃度則為10μΜ。進一步體外人牙原位細菌生物膜實驗發現aPDT 對E.faecalis 及其生物膜均有良好的失活作用，比單獨或超聲蕩洗作用下的CUR 能更好地清除根管內表層及深層的活細菌[14]。體內研究中，若將光活化CUR 根管封藥14天，可有效減少根管內各層次細菌數量[17]，這與光活化CUR 的非接觸性抗菌作用密切相關。此外，光活化CUR 對導致根管內感染的專性厭氧菌-內氏放線菌（Actinomyces naeslundii）也具有抑制活性的作用[18]。

目前，光活化CUR尚未進入臨床應用，有以下原因[14,16]：（1）實驗多為浮游微生物研究，針對生物膜的研究較少；（2）已有生物膜研究多為單菌生物膜，而根管內感染由多種細菌混雜形成；（3）體內外實驗光照參數尚不匹配，且光照時間或者PIT等設置較長，不適于臨床應用。

1.3 光活化姜黃素抗念珠菌屬相關研究 在口腔中，念珠菌屬（Candida）感染與多種口腔疾病相關。體外研究發現，光照下的CUR可滅活浮游白色念珠菌及其生物膜（C.albicans）[19]，對于熱帶念珠菌（C.tropicalis）、光滑念珠菌（C.glabrata）具有同樣的滅活作用[20]。光活化CUR作用效果較傳統光敏劑（如亞甲藍）良好[21]。目前，已有將CUR作為凝膠或漱口水局部應用于口腔黏膜疾病[22]。

1.4 姜黃素抗牙周病致病菌相關研究 牙周病的主要致病菌有牙齦卟啉單胞菌（Porphyromonas gingivalis,Pg）、伴放線聚集桿菌（Aggregatibacter actinomycetemcomitans,Aa）和具核梭桿菌（Fusobacterium nucleatum,Fn）等。

體外實驗發現，CUR除了能有效抑制Pg、Fn和Aa 活性，還能抑制齒垢密螺旋體（Treponema denticola,Td）[23]。CUR對牙周致病菌的作用呈濃度依賴性，其可降低Pg毒力因子的表達，包括黏附因子和蛋白酶，從而降低細菌及其生物膜的活性[24]。

CUR介導下aPDT亦能有效抗牙周病菌，其中包括Pg、Fn[25]和Aa[26]。進一步動物研究發現其可減少牙周炎動物的骨吸收量[27]，且有效抑菌濃度范圍內對人牙齦成纖維細胞無顯著毒性，成為牙周炎一種有效的輔助治療。為驗證其臨床效果，Ivanaga[28]等在糖尿病患者SRP治療后，局部使用CUR介導的aPDT，術后能有效減少殘余牙周袋的位點，從而提高糖尿病患者的牙周炎治療效果。

2.姜黃素的抗炎作用

2.1 姜黃素抗牙周炎相關研究 在細菌作用下，牙周組織持續炎癥，導致軟組織的破壞和牙槽骨的吸收。CUR可抗多種牙周炎致病菌[23]、并能抑制炎癥信號通路[29-31]和抑制破骨細胞形成[30]。

不同學者均發現，CUR口服給藥可減少牙周炎實驗小鼠中TNF-α、IL-6、IL-10、IL-1β、TFN-γ等炎癥相關因子的表達，且炎癥相關信號通路（如NF-kB和MAPK）和骨吸收相關信號通路（如RANK/RANKL/OPG等）均可受到不同程度抑制[29,30,32,33]，從而減少牙齦膠原蛋白的降解和成纖維細胞的損傷，并減少骨吸收。所以，在牙周炎治療過程中，全身CUR給藥有望成為治療牙周病的輔助手段。然而，因CUR疏水、胃內給藥吸收率低、半衰期短等特點，使得其臨床應用明顯受限。對此，不同研究者提出了不同的解決方案。

CMC 2.24，二甲氧基-4-苯基氨基羰基化合物，在天然CUR上修飾苯基氨基羰基，是一種新型的三酮化合物[34]，比天然CUR具有更大的溶解度和生物利用度，在改善藥物生物特性的同時保持天然化合物的生物功能。Elburki[30,34]等將CMC 2.24應用在小鼠實驗中發現，它可抑制MMPs 活性從而減少對結締組織的破壞，同時抑制NF-κB和MAPK信號通路而減少糖尿病小鼠牙周炎的骨吸收。CMC 2.24和常規CUR均能抑制炎癥細胞浸潤，但前者能顯著抑制破骨細胞活性[35]。CMC 2.24對牙周炎相關骨吸收的抑制作用不受給藥濃度影響，低劑量（1mg/kg/d）即有明顯效果[36]。進一步犬型動物實驗結果也支持CMC 2.24可作為牙周炎SRP術后的輔助治療手段，改善牙周炎治療效果[37]。此外，局部納米材料給藥是另外一種研究思路，Zambrano[38]等合成CUR納米顆粒，予牙周炎小鼠局部注射用藥，4周后發現實驗組炎癥浸潤以及骨吸收減少。

總之，盡管CUR在實際應用上尚有許多問題待解決，但經過化學修飾后，無論局部用藥還是全身給藥，均能有效減少牙周組織的破壞，在動物模型的牙周病治療中可呈現顯著療效，待進一步完善后，有望成為牙周治療的輔助用藥。

2.2 姜黃素抗種植體周圍炎相關研究 種植體周圍炎包含種植體周圍軟組織的炎癥及進行性骨質吸收等臨床表現。前文提到CUR可有效減少骨吸收和破骨細胞形成，Cirano[39]等也發現它可下調骨吸收相關基因Dkk1和RANKL/OPG的表達，從而減少種植體周圍骨喪失。當CUR和胰島素聯合應用于糖尿病小鼠時，兩者在降低種植體周圍炎上呈現類似于協同的作用。為了克服CUR系統給藥的低溶解性，有學者利用多巴胺作為錨定層，將CUR修飾在種植體表面，能有效減少種植體周圍成纖維細包裹以及降低纖維化，又不對成骨細胞造成明顯影響[40]。但是，目前關于CUR治療種植體周圍炎的體內研究相對較少，仍需被進一步探究。

2.3 姜黃素抗顳下頜關節炎相關研究CUR可通過抑制炎癥因子表達，以及抑制IL-1β誘導的ROS和MMPs表達，保護顳下頜軟骨免受降解破壞；此外，還能增加抗炎因Nrf的表達和上調病理狀態下軟骨合成因子COL2A1和ACAN的水平，起到抗炎和保護軟骨的作用[41]。

綜上，因CUR本身或者介導aPDT具備抗菌功能，又能減少細菌介導的炎癥反應、能有效減少纖維化、抑制骨吸收，從理論上而言，CUR對抗牙周炎癥、種植體周圍炎癥均具有科學意義。而由此推及，CUR應當也可減少正畸過程中的牙周炎和骨吸收，有學者通過實驗證實了這一推論[42]。值得注意的是，現有研究以體外研究為主，至于臨床應用效果如何，有待進一步探索。

3.姜黃素的牙本質交聯改善作用

在樹脂-牙本質粘接過程中，酸蝕與樹脂滲透深度的不一致，常導致混合層的膠原纖維間及水分子未能徹底被樹脂單體置換，為活化的內源性金屬基質蛋白酶MMPs提供環境，導致裸露膠原降解，從而破壞粘接界面。大量研究表明化學交聯可增加混合層的穩定性，改善樹脂-牙本質粘接的耐久性，而CUR則是酚類化學交聯劑的其中一種。

最早研究發現CUR 具有交聯劑作用的是Seseogullari[43]等在牙本質塊用10%H3PO4酸蝕24h后，發現不同濃度CUR可降低MMPs活性，并提高牙本質交聯度。CUR通過酚羥基和膠原多肽的游離氨基間可形成氫鍵而結合，氫鍵是CUR等酚類交聯劑與牙本質結合的主要化學鍵。此外，在CUR的作用下，MMP-8、MMP-2和MMP-9釋放量也顯著減少。

CUR類化合物中，DMC和BDMC交聯劑作用也相繼被得到證實[44]。所以，CUR及CUR類化合物均具有提高牙本質交聯的作用，這對進一步改善牙本質粘接的研究具有科學意義。

4.姜黃素抗口腔癌癥作用

CUR作為抗癌藥物在全身多系統腫瘤中的研究和應用已相對成熟，已有許多優秀的綜述對其進行相關總結和闡述[45]，其中包括頭頸部鱗狀上皮細胞癌（neck squamous cell carcinoma，HNSCC）。CUR對口腔癌癥作用可分為PDT 療法[46]和非PDT 療法[47,48]。PDT療法中，部分研究以CUR作為光敏劑，其產生的ROS產物具有抗癌活性[46]，而在沒有光源輔助的CUR亦能達到有效抗癌作用。CUR[47]及其納米顆粒[48]能通過線粒體通路誘導口腔癌干細胞等凋亡而達到抗癌效果。此外，臨床研究表明，口服CUR膠囊對于癌前病變口腔黏膜下纖維化亦有改善作用[49]。

5.展望

姜黃素（CUR）作為一種植物來源的食用香料，具有無毒、價格便宜、來源豐富等優點，同時具有抗菌、抗炎、抗癌等生理功能，使其長期以來在醫療領域中都是一個研究熱點，但其生物利用度和穩定性較差，是CUR 基礎及臨床研究亟待解決的重點和難點問題。目前解決的方法主要有以下3種[32]：（1）合適的溶劑，最佳溶劑是二甲亞砜溶液（DMSO），但其具有毒性。（2）納米載體[50]可提高CUR 生物利用度。（3）化學修飾，對天然CUR 通過Pabon 反應等方法進行化學修飾[30,34,36,37]。盡管各種方法被用于改善CUR 溶解度，但目前生產量有限、存在生物毒性等問題，且CUR 改變天然藥物理化性能的潛在可能尚待進一步挖掘，故距離實際臨床應用仍有差距，仍需深入研究和探索[50]。