外源性抗氧化劑在牙周炎治療中的應用進展

王端，楊慶祎，石雅茹，徐曉薇

吉林大學口腔醫院牙周科，長春 130021

牙周炎是一種慢性炎癥性疾病，會導致牙周支持組織如牙齦、牙周膜和牙槽骨等受損。雖然牙菌斑微生物在牙周炎發生、發展中起到始動因子的作用，但越來越多的研究證明，宿主的免疫反應失調在牙周炎進展中起到同等甚至可能更重要的作用。當宿主感染牙周致病菌時，就會啟動免疫系統介導的防御反應，釋放中性粒細胞，產生促炎因子、基質金屬蛋白酶和活性氧（ROS）等。一旦免疫反應失調，這些細胞因子在殺滅病原體的同時亦會導致嚴重的牙周組織損傷。其中宿主產生大量ROS使得體內氧化與抗氧化作用失衡導致的氧化應激狀態，在牙周炎發生、發展中發揮重要作用［1-2］。ROS是指氧自由基和過氧化物的總稱，主要包括羥基自由基、超氧陰離子、單線態氧和過氧化氫（H2O2）。ROS在牙周炎的發病機制中起重要作用。目前關于ROS參與牙周炎發病機制的研究主要集中在牙周膜干細胞凋亡、牙槽骨吸收和牙周膜成纖維細胞遷移。牙周炎的另一個重要病理表現是牙槽骨吸收，會導致牙齒逐漸松動和脫落，ROS破壞人牙周膜干細胞的成骨分化，并活化破骨細胞導致病理性骨吸收。ROS還可通過抑制牙周膜成纖維細胞的遷移而損傷牙周膜，抗氧化劑可減輕過度ROS對牙齒支持組織的不可逆破壞，因此成為牙周炎治療的研究熱點。抗氧化劑是一種可以消除或抑制氧化反應效果的物質，主要可分為內源性和外源性抗氧化劑。內源性抗氧化劑包括超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶等，可維持機體內ROS水平處于正常范圍。外源性抗氧化劑結構組成各不相同，在研究中表現出良好的治療牙周炎潛力。現就外源性抗氧化劑在牙周炎治療中的應用進展情況綜述如下。

1 維生素及其衍生物在牙周炎治療中的應用

維生素A、維生素C、維生素E等均是經典的抗氧化劑。臨床實驗證明牙周炎患者使用維生素治療可明顯降低氧化應激程度，改善患者牙周臨床癥狀。部分維生素衍生物亦在牙周炎環境中表現優異，如輔酶Q10（CoQ10）和α-硫辛酸等。

CoQ10是一種內源性脂溶性抗氧化劑，能清除機體的自由基，在心血管疾病、糖尿病、神經系統疾病等領域具有一定治療效果。有學者建立大鼠實驗性牙周炎模型研究CoQ10對實驗性牙周炎的影響，結果表明CoQ10可增強氧化應激標志物SOD、GSHPx活力，減弱血漿中炎癥因子IL-1β、TNF-α活力，減少牙周組織中的PGE2、MDA含量，抑制和緩解大鼠實驗性牙周炎［3］。

研究發現，牙周炎狀態時小鼠牙周組織和外周血中Treg細胞比例降低，Th17細胞比例升高，證實牙周炎小鼠存在Treg/Th17細胞失衡狀態［4］。Treg細胞是一類具有免疫抑制作用、特異性表達Foxp3、CD25、CD4等轉錄因子的CD4+T細胞亞群，具有抑制機體免疫反應、維持機體免疫系統穩定及分泌炎癥因子抑制炎癥反應的作用。Treg細胞介導的免疫應答減弱可能參與牙周炎中牙周組織紊亂和破壞過程。Th17細胞是一類具有炎性效應的CD4+T細胞亞群，其細胞分化受轉錄因子ROR γτ調控，通過分泌IL-17A等在多種炎癥性和自身免疫性疾病中扮演重要角色。而CoQ10能發揮免疫體調節功能，調節牙周組織中Treg/T17細胞失衡狀態，減輕炎癥反應，此為牙周炎臨床免疫治療提供了新思路。

2 天然色素類在牙周炎治療中的應用

天然色素含有大量的酚羥基，因此具有高效的羥基自由基和過氧自由基清除能力，并具有強還原性，可以淬滅單線態氧，是極具潛力的天然抗氧化劑。天然色素類抗氧化劑種類較多，常見的包括番茄紅素、蝦青素、姜黃素及藻藍蛋白等。

藻藍蛋白是從螺旋藻中提取的主要有效物質，以三聚體和六聚體的復雜混合物形式存在，具有抗氧化抗炎特性。研究人員將使用螺旋藻凝膠輔助牙周基礎治療手段，在牙周炎患者牙周袋內放置凝膠120 d后評估牙周組織狀況。結果表明患者的牙周探診深度、牙齦出血指數及唾液MDA水平等均有明顯改善，說明螺旋藻是一種有效的抗氧化劑［5］。

而蝦青素作為強抗氧化劑在抗癌、抗衰老等方面發揮強大作用。有研究將其應用于糖尿病小鼠實驗性牙周炎模型中，結果表明蝦青素可顯著提高糖尿病小鼠牙周組織中的Nrf2和成骨轉錄因子水平，恢復血液中的循環淋巴細胞水平和內源性抗氧化酶活性［6］。Nrf2蛋白作為調節氧化還原平衡的關鍵轉錄因子，可以編碼抗氧化酶、解毒因子、抗凋亡蛋白和藥物轉運蛋白。其主要在細胞質中與KELCH樣ECH關聯蛋白1即Keap1特異性結合，此時Nrf2在胞質中處于非活性狀態，并通過泛素蛋白酶體途徑迅速被降解。氧化應激狀態時，大量ROS激活酪氨酸激酶解離Nrf2與Keap1復合物，部分Nrf2移位入細胞核并結合抗氧化反應元件ARE，啟動抗氧化基因的轉錄，從而介導細胞發揮抗氧化及抗毒性物質損傷的作用［7-8］。蝦青素作用機制即為通過上調Nrf2通路阻斷了晚期糖化終產物誘導的人牙周膜干細胞中的氧化應激和生長抑制，從而改善1型糖尿病中高血糖引發的牙周組織破壞和氧化應激引起的全身并發癥。

另一種常見的天然色素類抗氧化劑姜黃素是姜黃的主要活性成分，具有廣泛的藥理作用，包括抗腫瘤、抗菌、抗炎、抗氧化、免疫調節等。但姜黃素在中性、堿性及光照條件下易降解，在人體內代謝快，生物利用率低，嚴重影響其在臨床中的應用。為提高姜黃素生物利用率，近年來有諸多研究將姜黃素以溶液、芯片、凝膠和膠囊的形式用于牙周炎治療，顯著提高了牙周炎的治療效果［9］。除此之外，姜黃素還具有光敏性，被藍光激發后可產生光化學反應，增強抗菌能力，抑制細菌生物膜的形成，抑制伴放線聚集桿菌、牙齦卟啉單胞菌等牙周致病菌的生長。因此，姜黃素可作為天然光敏劑介導光動力療法應用于牙周炎等口腔感染性疾病并提高療效［10］。

經過人工化學修飾后的姜黃素如4-苯氨基羰基雙去甲氧基姜黃素（CMC 2.24）和4-甲氧基羰基姜黃素（CMC 2.5）已用于牙周炎模型的研究，表現出強大的抗氧化能力［11］。

3 黃酮類在牙周炎治療中的應用

黃酮類化合物廣泛存在于自然界植物中，其中多數化合物如黃芩素、槲皮素及蘆丁等是具有活躍的抗炎抗氧化能力的強抗氧化劑，其作用機制主要為螯合金屬離子和清除自由基。

黃芩素是植物黃芩中的主要成分，具有良好的抗炎抗菌作用，臨床上主要用于腦血管病后癱瘓的治療。有研究提出黃芩素能促進人牙周膜細胞的骨向分化能力，具有輔助牙周組織再生的能力。研究證實黃芩素能通過調節Nrf2信號通路來預防糖尿病相關的牙周組織破壞。黃芩素促進了pNrf2的細胞核易位，提高了CAT、SOD1和SOD2等靶基因的表達，在牙周炎動物模型中，黃芩素能顯著增加牙周組織中pNrf2陽性細胞的數量并降低牙槽骨吸收［12］。

槲皮素又稱為洋蔥素或槲黃素，具有抗氧化、抗炎、抗菌、抗病毒及免疫調節等生物學特性，臨床應用較為廣泛。有研究證實槲皮素可通過降低晚期糖化終產物AGEs含量保護糖尿病患者牙周組織，改善AGEs過量導致的成纖維細胞和成骨細胞增殖異常、牙槽骨吸收及膠原纖維破壞。少量的槲皮素還可激活Nrf2信號傳導通路，減輕氧化損傷并增強牙周韌帶細胞的抗氧化能力，保護牙周韌帶細胞的成骨能力［13］。

在牙周炎治療的相關研究中，黃芩素、槲皮素和蘆丁等植物來源的黃酮類抗氧化劑均具有清除自由基和抗脂質過氧化的作用，但因其生物利用率較低，多與其他藥物如姜黃素、白藜蘆醇和納米材料等聯合應用［14］。

4 多酚類在牙周炎治療中的應用

多酚類化合物因具有酚基團而得名，可分為多酚單體和單寧類物質兩類，具有獨特的生理活性和藥理活性。由于多酚對活性氧等自由基有較強的捕捉能力，作為抗氧化劑廣泛應用于臨床。近年來，將多酚類化合物的抗氧化能力作用于牙周炎治療的研究越來越多。

茶多酚是主要存在于茶中的化合物，其中兒茶素類化合物為茶多酚的主要活性成分，包括表兒茶素、表兒茶素沒食子酸酯、表沒食子兒茶素等。表兒茶素沒食子酸酯是茶多酚中含量最多、生物活性最強的成分，其能與ROS相互作用，終止隨后的鏈反應，抑制炎癥和細胞損傷。研究發現，表兒茶素沒食子酸酯預處理可顯著降低巨噬細胞的ROS生成，還可抑制LPS誘導的NO基因表達，降低氧化損傷。表兒茶素沒食子酸酯在牙周炎體內體外模型中均可下調PGE1表達，抑制成骨細胞PGE2分泌，進而抑制RANKL表達，減少牙槽骨吸收［15］。

白藜蘆醇作為抗氧化劑在抗癌、抗衰、防治心血管疾病方面表現優異，其在牙周炎領域的治療機制逐漸明確。研究證明，牙周炎發生、發展過程中，牙周組織中ROS產生增多，氧化應激狀態破壞牙周組織狀態，降低Nrf2和血紅素加氧酶1（HO-1）表達。白藜蘆醇可通過Nrf2介導的信號通路增強HO-1表達，產生氧自由基清除劑，減弱牙周組織中炎癥相關蛋白、循環ROS的產生和破骨細胞的形成。研究顯示，白藜蘆醇還可通過靶向調控PI3K/Akt和Wnt/β-catenin信號通路預防細胞的氧化應激反應，如增加SOD和GSH-Px含量，并減少ROS和氧化應激標志物MDA產生［16］。體內研究發現，白藜蘆醇可通過降低NADPH氧化酶水平，上調SIRT1來減輕牙周炎大鼠的氧化應激狀態，減輕牙周組織破壞程度，是一種具有強抗氧化作用的治療慢性牙周炎的潛在藥物［17］。

此外，將植物中直接提取的抗氧化劑進行修飾有助于開發新型藥物，研究人員從克羅阿迪納葡萄渣中提取的多酚混合物功能化后，形成一種新型生物陶瓷材料。對這種生物材料的表面和結構通過高效液相色譜分析進行表征，并進行體內外試驗評估細胞相容性和生物反應。結果顯示該材料具有高效的抗炎及抗氧化作用，可以下調巨噬細胞的炎癥反應，刺激成骨細胞中與早期骨基質沉積有關的基因表達，降低RANKL與OPG比率，減少牙槽骨吸收［18］。

多酚類化合物種類眾多，丁香酚、原花青素、安石榴苷、茄尼醇、香芹酚和厚樸酚等多酚類抗氧化劑在牙周炎的治療研究中受到越來越多關注，表現出優異的抗氧化作用［19-21］。

5 納米材料在牙周炎治療中的應用

多數常規抗氧化劑作用雖然強大，但存在生物利用率低、穩定性差和作用時間短等缺點，因此研究可行的人工抗氧化材料對治療牙周炎有重要意義。近年來，納米材料在牙周炎治療領域表現出良好前景，使用高生物相容性和低毒性納米材料將藥物輸送到特定治療部位，發揮清除ROS、促進牙周組織再生能力是其在牙周炎治療領域特有優勢［22］。

傳統的抗氧化劑如姜黃素、褪黑素［23］和白藜蘆醇等天然抗氧化劑，由于其生物學性質較難局部應用，很難滲透到牙周組織中，并可能導致不良反應。納米材料治療牙周炎的形式通常是使用納米載體系統負載抗氧化藥物精準輸送至牙周組織，增強生物利用率。WANG等［24］開發了一種新型的雙藥物負載納米系統，由負載抗氧化劑α-硫辛酸的二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇DSPE-PEG形成的疏水脂質核以及靜電吸附鹽酸米諾環素的聚乙二胺樹枝狀聚合物PAMAM親水殼組成。這種納米復合物因其特殊結構，在炎癥微環境的低pH條件下以及在受到脂肪酶刺激后釋放出抗氧化劑和抗菌劑，抑制齦下微生物菌落的形成，促進細胞的成骨分化并改善牙槽骨吸收，在治療糖尿病相關牙周炎方面具有良好的潛在應用前景。

MURGIA等［25］開發了一種生物黏附片，該片劑由負載甲硝唑的親水基質和負載姜黃素的親脂性納米顆粒組成。使用甘草次酸、十六醇、棕櫚酸異丙酯等作為表面活性劑，制備負載姜黃素的納米載體。將納米載體和甲硝唑混合凝膠冷凍干燥后獲得親水海綿狀結構，隨后壓縮獲得黏附片劑。這種新型黏附片劑將姜黃素與甲硝唑一起遞送于牙周組織治療牙周炎，共同發揮抗氧化和抗菌作用。

將抗氧化劑槲皮素負載于鈰納米材料中，結果顯示這種納米復合物可以有效增加炎癥細胞模型中巨噬細胞極化的M2/M1比率，證明該復合物可以控制巨噬細胞的表型轉換，通過抑制M1極化、促進M2極化促進牙周組織再生。在牙周炎動物模型中，納米復合材料還顯著下調了促炎細胞因子，因此這種新開發的納米藥物在清除ROS和抑制炎癥方面發揮強大的作用［26］。研究人員也制備出搭載白藜蘆醇的介孔二氧化硅納米復合材料，制備原理和抗氧化作用等相似，這些都為治療牙周炎提供了有潛力的候選藥物。

除了作為負載抗氧化藥物的載體系統之外，有些納米材料本身也可以清除ROS。研究人員制備出了可生物降解的聚多巴胺納米顆粒作為牙周炎中ROS清除劑，具有優秀的生物安全性及可降解性。在牙周炎動物模型中注射聚多巴胺納米顆粒，牙周組織中氧化應激標志物和炎癥因子明顯降低，是一種新型抗氧化抗炎納米材料。

同樣具有清除ROS作用的納米材料還有含鉬多金屬氧酸鹽（Mo-POM），多金屬氧酸鹽（POM）是一類由過渡金屬和氧等組成的化合物，作為新興的陰離子簇材料，其具有獨特的物理化學性質。POM的結構、極性和電荷等經過修飾后可以合成許多低毒、高穩定性和高活性的納米顆粒，其中基于金屬鉬的Mo-POM具有體積小、生物相容性高、毒性低等優點，廣泛應用于癌癥治療、抗菌和抗病毒治療等生物醫學領域。CHEN等［27］首次將超小鉬基納米材料用于牙周炎治療的研究中，結果表明超小鉬基納米材料能清除ROS，并能抑制巨噬細胞M1表型發揮免疫調節作用，可用于牙周炎的治療。盡管將納米材料用于牙周炎的治療仍處于研究階段，但納米材料治療牙周炎的潛力巨大。

6 其他材料在牙周炎治療中的應用

近年來，隨著對中醫藥研究的不斷深入，中草藥在調節機體內環境和綜合治療作用上的獨特優勢逐漸顯露，在牙周治療中的應用也日趨增多。其中大黃為蓼科大黃屬，在牙周治療中大黃發揮作用的主要有效成分是以大黃素為代表的蒽醌類化合物。大黃素可通過抑制牙周病原菌的增殖、參與抗炎和抗氧化過程、抑制牙槽骨吸收和增強牙周膜活性等多種方式控制炎癥進展，改善氧化應激，從而對常規的牙周治療起到補充和輔助作用。

通過化學發光體系檢測發現，大黃能夠清除O2-、H2O2和其他ROS，抑制脂質過氧化，起到抗氧化作用。將2%大黃素局部注射于牙周炎大鼠牙齦，結果表明大黃素能顯著提高牙周組織中SOD、GSHPx活力并降低血清中MDA含量，說明大黃素對炎癥狀態下的牙周組織具有保護作用，是具有潛力的牙周輔助治療藥物［28］。然而目前大黃治療牙周炎的部分藥理作用機制未完全了解，尤其對促進牙周再生的機制研究有待加強。

還有部分抗氧化劑主要應用于其他領域，近年發現，在牙周炎治療中這些材料可發揮強大作用。二甲雙胍是一種雙胍類化合物，臨床上主要用于治療糖尿病。研究發現，二甲雙胍具有抗炎抗氧化活性，可以通過調節關鍵轉錄因子AMPK、NF-κB、p65和HMGB1等基因表達，從而降低牙周組織中MDA、TNF-α和IL-1β水平并控制牙槽骨流失［29］。衣康酸四辛酯是一種細胞滲透性衣康酸衍生物，在牙周炎中發揮抗氧化作用，作用機制為通過烷基化Keap1的半胱氨酸殘基使Keap1-Nrf2解離并激活Nrf2信號通路來減輕牙周炎癥和氧化應激狀態［30］。除此之外，還有很多自然界中存在的或人工合成的抗氧化材料有待進一步研究。

綜上所述，使用抗氧化劑治療牙周炎的研究取得較大進展，不同種類和結構的抗氧化劑均可調節牙周組織氧化應激狀態，在牙周炎治療中具有潛在應用前景。