姜黃素抗牙齦卟啉單胞菌脂多糖機(jī)制

張琳琳王偉杜毅

姜黃素抗牙齦卟啉單胞菌脂多糖機(jī)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(fā)展過(guò)程中至關(guān)重要的毒力因子之一。姜黃素是姜黃的活性成分，其擁有強(qiáng)有力的抗炎活性并能調(diào)節(jié)多種細(xì)胞信號(hào)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(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，包括骨和組織的破壞。有關(guān)研究證明，脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）、牙齦素（gingipains）和菌毛證實(shí)為牙周炎最關(guān)鍵的毒力因子，其中LPS是P.g的主要毒力因子，LPS刺激所產(chǎn)生的炎癥反應(yīng)在牙周炎發(fā)展過(guò)程中有著非常重要的作用［1-2］。之前的研究已經(jīng)報(bào)道，姜黃素表現(xiàn)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(jīng)保護(hù)并參與多種藥物之間的相互作用［3］。從細(xì)胞水平上來(lái)看，姜黃素能調(diào)節(jié)重要分子目標(biāo)轉(zhuǎn)錄因子，如核轉(zhuǎn)錄因子κB（Nuclear Factor-κB，NF-κB） 和 激 活 蛋 白-1（activator protein，AP-1）、酶如環(huán)氧合酶-2（Cyclooxygenase-2，COX-2）和5-脂氧酶（5-lipoxygenase）、細(xì)胞周期蛋白如細(xì)胞周期蛋白D1和P21、細(xì)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(zhǎng)因子受體和細(xì)胞表面粘附分子［4］，姜黃素還能通過(guò)調(diào)節(jié)誘導(dǎo)型一氧化碳合成酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）從而發(fā)揮其作用［5］。

1　脂多糖致病機(jī)制

LPS是革蘭陰性菌外膜中的主要結(jié)構(gòu)成分，其致病機(jī)制主要為兩種：激活胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)通路，誘導(dǎo)炎性細(xì)胞因子產(chǎn)生并參與骨吸收。LPS首先與細(xì)胞表面受體相結(jié)合，然后刺激細(xì)胞分泌炎性細(xì)胞因子［6］。Toll樣受體（Toll-like receptor，TLR）和CD14（membrane CD14，mCD14）是LPS常見的信號(hào)傳導(dǎo)受體，CD14介導(dǎo)單核-巨噬細(xì)胞識(shí)別LPS使細(xì)胞合成并分泌各種細(xì)胞因子［7］。TLR在炎癥反應(yīng)和炎性介質(zhì)的誘導(dǎo)產(chǎn)生中扮演重要角色，TLR尤其是TLR-2和TLR-4起到了主導(dǎo)作用［8］，TLR-2 和TLR-4可能作為炎癥細(xì)胞因子的上游目標(biāo)。LPS激活TLR-2、TLR-4能刺激破骨細(xì)胞形成和骨吸收，細(xì)胞膜上TLR-2和TLR-4識(shí)別LPS后通過(guò)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)途徑活化NF-κB［9］，NF-κB能調(diào)節(jié)多種基因包括腫瘤細(xì)胞增殖、侵襲、血管生成和新陳代謝，并且能上調(diào)多種炎癥介質(zhì)基因的表達(dá)，如LPS作用于巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和上皮細(xì)胞等可促進(jìn)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(fā)生的關(guān)鍵炎癥因子［11］，TNF-α可誘導(dǎo)基質(zhì)金屬蛋白酶和PGE2的產(chǎn)生，能增強(qiáng)破骨細(xì)胞活性［12］；IL-1β能抑制膠原合成，促進(jìn)骨吸收，加速牙周組織破壞。IL-6能夠刺激造血前體細(xì)胞分化為破骨細(xì)胞，并且LPS能促進(jìn)人成骨細(xì)胞合成IL-6。LPS能作用于成骨細(xì)胞產(chǎn)生核因子κB受體活化因子配基（recep-tor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL），可經(jīng)TLR-2刺激骨膜使破骨細(xì)胞形成和參與骨吸收［13］。TLR-2/4-NF-κB信號(hào)通路啟動(dòng)促炎介質(zhì)的表達(dá)和炎癥反應(yīng)的誘導(dǎo)。

2　姜黃素抗牙齦卟啉單胞菌脂多糖機(jī)制

2.1 姜黃素可抑制TNF表達(dá)和NF-κB的活化 姜黃素盡管半衰期短但對(duì)信號(hào)通路的調(diào)節(jié)有持續(xù)的影響并能夠調(diào)控很多重要的信號(hào)傳導(dǎo)途徑，其中NF-κB為主要的途徑。姜黃素能調(diào)節(jié)有關(guān)基因表達(dá)，如炎癥反應(yīng)、細(xì)胞生長(zhǎng)/增殖、細(xì)胞粘連等，其中包括真核轉(zhuǎn)錄因子即NF-κB。NF-κB通過(guò)綁定具體的DNA共有序列激活某些因子的轉(zhuǎn)錄，產(chǎn)生自由NF-κB移位進(jìn)入細(xì)胞核，綁定到特定的啟動(dòng)子區(qū)域目標(biāo)基因，激活它們的表達(dá)。姜黃素抗炎通路在體外腫瘤細(xì)胞研究中證明主要通過(guò)下調(diào)NF-κB，姜黃素能減少IκBα磷酸化作用和依賴NF-κB細(xì)胞因子/趨化因子的產(chǎn)生。研究證實(shí)姜黃素能抑制不同癌細(xì)胞系中NF-κB的活性［14］，姜黃素通過(guò)阻斷NF-κB信號(hào)通路來(lái)抑制破骨細(xì)胞瘤的細(xì)胞增值和促進(jìn)細(xì)胞凋亡［15］。姜黃素可抑制TNF誘導(dǎo)的促炎基因和蛋白的表達(dá)，抑制NF-κB活化和細(xì)胞增殖［16］，抑制TNF-α誘導(dǎo)的NF-κB依賴性報(bào)告基因的表達(dá)［17］。長(zhǎng)期低濃度姜黃素治療可降低巨噬細(xì)胞中LPS誘導(dǎo)的NF-κB水平［18］。姜黃素能明顯地抑制LPS誘導(dǎo)的對(duì)氧化還原敏感的NF-κB 和AP-1的活性，其機(jī)制可能是姜黃素減少了與促炎相關(guān)基因的表達(dá)［19］。姜黃素能通過(guò)降低小鼠巨噬細(xì)胞RAW264.7 NF-κB水平來(lái)抑制破骨細(xì)胞生成［20］。抑制炎癥反應(yīng)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(diào)節(jié)的各種疾?。?1］。

2.2 姜黃素能抑制PGE的合成和iNOS的異常表達(dá) 姜黃素的抗炎特性至少部分歸功于對(duì)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(xì)胞釋放PGE2，促進(jìn)抗炎因子IL-10表達(dá)［23］。IFN-γ和IL-12等致炎細(xì)胞因子產(chǎn)物可誘導(dǎo)iNOS的產(chǎn)生，其產(chǎn)生可介導(dǎo)炎癥并催化可產(chǎn)生一氧化碳（nitric oxide，NO），NO是有效的促炎癥介質(zhì)，iNOS也是姜黃素抗炎作用的靶點(diǎn)之一，NO的過(guò)度產(chǎn)生能上調(diào)iNOS的表達(dá)，有研究表明姜黃素能強(qiáng)有力抑制過(guò)多NO的產(chǎn)生［4］。姜黃素降低氧化應(yīng)急水平，抑制NO和PGE2的合成，減輕糖尿病大鼠肺部炎癥反應(yīng)［24］。據(jù)報(bào)道，姜黃素能抑制由LPS或INF-γ誘導(dǎo)的RAW264.7小鼠巨噬細(xì)胞中NO產(chǎn)生和iNOS蛋白的表達(dá)［25］。然而，姜黃素減少氧化應(yīng)激的分子機(jī)制仍不清楚，總的來(lái)說(shuō)，姜黃素通過(guò)抑制iNOS和PGE2合酶-1的表達(dá)來(lái)阻斷NO和PGE2的產(chǎn)生，已成為一個(gè)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(dǎo)的成骨細(xì)胞RANKL mRNA表達(dá)升高，抑制骨吸收，為姜黃素治療牙周炎提供理論依據(jù)以指導(dǎo)臨床［26］。姜黃素能通過(guò)下調(diào)促炎性細(xì)胞因子（TNF-α和IL-6）和破骨細(xì)胞形成相關(guān)分子（RANKL和RANK），減少實(shí)驗(yàn)性牙周炎鼠的炎癥反應(yīng)和牙槽骨的吸收［27］，通過(guò)抑制鏈脲霉素誘導(dǎo)的糖尿病鼠破骨細(xì)胞的生成來(lái)減少骨吸收［28］，能有效地刺激兔破骨細(xì)胞凋亡，抑制骨吸收［29］，使其可以進(jìn)行臨床牙周炎治療。姜黃素能有力地刺激破骨細(xì)胞的凋亡和抑制骨吸收，下一步筆者需要證實(shí)破骨細(xì)胞凋亡中轉(zhuǎn)錄因子的角色。

3　應(yīng)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(diào)味劑，也被用于治療膽道疾病、厭食癥、咳嗽、風(fēng)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(jī)制復(fù)雜。由其影響眾多的信號(hào)通路，通過(guò)轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控途徑，生長(zhǎng)因子，不同的酶和激酶，炎性細(xì)胞因子和促進(jìn)/凋亡蛋白調(diào)節(jié)姜黃素的多方面的活動(dòng)。姜黃素調(diào)節(jié)許多細(xì)胞內(nèi)目標(biāo)，包括蛋白質(zhì)參與抗氧化反應(yīng)、抗血管增生、細(xì)胞毒性、抗血栓、免疫反應(yīng)、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期調(diào)控和腫瘤進(jìn)展。近年來(lái)，姜黃素由于其能夠下調(diào)各種轉(zhuǎn)錄因子（如NF-κB）、促炎性介質(zhì)（如IL-6、TNF-α、IL-1β和NO）及細(xì)胞表面黏附分子的表達(dá)來(lái)改善炎癥反應(yīng)，其抗炎特性受到廣泛關(guān)注，真正的研究需要進(jìn)一步闡明姜黃素的抗炎和抑制牙周炎牙槽骨吸收的機(jī)制。盡管得到廣泛的研究和發(fā)展，由于其生物利用率低、生理?xiàng)l件下穩(wěn)定性差、水溶解度極低、代謝快、體內(nèi)吸收差，臨床應(yīng)用受到限制，有待進(jìn)一步深入研究。因此在未來(lái)的研究中，需要研究和開發(fā)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(wěn)定性。為了更好地評(píng)估姜黃素的治療作用，在動(dòng)物模型體內(nèi)還需要對(duì)其抗炎作用進(jìn)一步的研究，運(yùn)用姜黃素強(qiáng)有力的益處更好的為將來(lái)臨床治療和人類健康服務(wù)。

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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(yī)學(xué)院 山東 煙臺(tái) 264003

②濟(jì)南市口腔醫(yī)院

杜毅

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