黃芩苷預(yù)防和治療牙周炎研究進(jìn)展

李伶俐，李 瀟

(1.暨南大學(xué) 口腔醫(yī)學(xué)院，廣東 廣州 510632；2.中國(guó)人民解放軍南部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院，廣東 廣州 510010)

牙周炎是牙菌斑與宿主免疫反應(yīng)相互作用后產(chǎn)生的炎癥性疾病，炎癥破壞牙周支持組織形成牙周袋，最終導(dǎo)致牙齒松動(dòng)脫落。目前，對(duì)于牙周炎的經(jīng)典治療方法是機(jī)械性清除菌斑、牙石并控制其他局部刺激因素。但在復(fù)雜的牙根結(jié)構(gòu)中存在器械無法達(dá)到的盲區(qū)，這些區(qū)域的細(xì)菌無法通過器械徹底去除。此外，口腔內(nèi)其他部位的微生物可再定植于牙周袋內(nèi)。因此，臨床上通常會(huì)使用抗菌藥物作為機(jī)械性治療的補(bǔ)充。常規(guī)抗菌藥物有硝基咪唑類、四環(huán)素類、羥氨芐青霉素類等。但長(zhǎng)期使用抗菌藥物不僅會(huì)使細(xì)菌耐藥性增強(qiáng)，還會(huì)導(dǎo)致患者口腔和腸道菌群紊亂，甚至出現(xiàn)牙齒染色、嘔吐和腹瀉等副作用。黃芩是許多中藥制劑的常見成分，它可用于炎癥、高血壓、心血管疾病以及細(xì)菌和病毒感染的治療。黃芩的主要活性成分是黃芩苷(baicalin，BC)，它是從黃芩根中分離得到的黃酮類天然化合物。研究發(fā)現(xiàn)黃芩苷具有多種不同的藥理活性，如抗菌、抗炎和抗氧化等[1]，使其有望成為預(yù)防和治療牙周炎的有效藥物。本研究從黃芩苷對(duì)牙周炎致病菌的抗菌作用、對(duì)促炎介質(zhì)的影響、對(duì)先天免疫反應(yīng)的影響和對(duì)牙周組織的保護(hù)作用等四個(gè)方面綜述使用其預(yù)防和治療牙周炎的藥理機(jī)制和療效，為在牙周疾病中應(yīng)用傳統(tǒng)中藥黃芩苷提供參考。

1 黃芩苷的抗菌作用

牙菌斑生物膜是引起牙周炎的主要致病因素。致病菌可以激活宿主免疫細(xì)胞，產(chǎn)生各種促炎介質(zhì)和細(xì)胞因子，破壞牙周支持組織。因此，抗菌是牙周炎預(yù)防和治療的重中之重。許多研究發(fā)現(xiàn)黃芩苷在抗菌方面具有突出的表現(xiàn)，可能的抗菌機(jī)制有：抑制核酸合成、抑制細(xì)胞膜功能、抑制能量代謝和抑制生物膜形成等[2]。Tsao等[3]研究湯劑黃芩苷對(duì)牙齦擬桿菌(B.gingivalis)、黑素原擬桿菌中間體(B.mel.ss intermedius)、具核梭桿菌(F. nucleatum)、放線菌(A.naeslundii)、放線桿菌(A.actinomycetemcomitans)、粘性放線菌(A.viscosus)等牙周致病菌的抑菌和殺菌作用，發(fā)現(xiàn)黃芩苷在較高濃度下對(duì)革蘭氏陰性菌的抑制效果更佳。其中，黑素原擬桿菌中間體對(duì)黃芩苷最敏感，而粘性放線菌敏感性最低。在對(duì)黃芩苷與其他抗菌藥物聯(lián)用的研究中發(fā)現(xiàn)，使用納米顆粒包裹以9∶1(w/w)比例組合的黃芩苷和氯己定，更能控制黃芩苷持續(xù)有效的釋放，并對(duì)含具核梭桿菌、牙齦卟啉單胞菌和放線桿菌的混合性口腔細(xì)菌生物膜有協(xié)同抗菌作用，最低抑菌濃度(minimun inhibitory concentration，MIC)為12.5 μg/ mL[4]。Jang[5]的研究也證明了黃芩苷與氨基青霉素或慶大霉素聯(lián)用對(duì)11種口腔常見細(xì)菌具有協(xié)同殺滅作用，聯(lián)用后氨基青霉素的MIC值降低4倍，慶大霉素的MIC值降低4～8倍。

黃芩苷單獨(dú)用藥時(shí)的抗菌活性較為明確，但在與其他抗菌藥物聯(lián)用時(shí)，能否與其他藥物產(chǎn)生協(xié)同作用還需要進(jìn)一步探索。另外，黃芩苷作為抗菌藥在使用時(shí)強(qiáng)調(diào)最低抑菌濃度，所以，一般以含藥牙膏或漱口水的方式用藥[6]。

2 黃芩苷對(duì)促炎介質(zhì)的影響

產(chǎn)生促炎介質(zhì)是牙周炎發(fā)展過程中必不可少的一環(huán)。一般參與炎癥反應(yīng)的促炎介質(zhì)有環(huán)氧合酶(cyclo-oxygen-ase，COX)、氮代謝產(chǎn)物、活性氧和各類細(xì)胞因子。因此，下調(diào)過度表達(dá)的促炎介質(zhì)是治療牙周炎的有效措施。

2.1 前列腺素E2(PGE2)和白細(xì)胞介素(interleukin,IL)

PGE2是由活化的巨噬細(xì)胞和成纖維細(xì)胞產(chǎn)生的花生四烯酸環(huán)氧合酶代謝產(chǎn)物，是骨破壞的主要炎癥介質(zhì)。李敏等[7]研究發(fā)現(xiàn)黃芩苷(0.01～10 μg/mL)可抑制牙周膜細(xì)胞(Periodontal ligament cells，PDLCs)中IL-1β誘導(dǎo)產(chǎn)生的PGE2。白細(xì)胞介素作為合成PGE2的增強(qiáng)劑，也受到黃芩苷的調(diào)節(jié)。IL-1β是一種典型的細(xì)胞因子,可在牙周組織感染狀態(tài)下引發(fā)炎癥反應(yīng)[8]。IL-8對(duì)中性粒細(xì)胞的移動(dòng)起著重要作用[8]。這些炎性細(xì)胞因子通過與牙周炎原體的相互作用，達(dá)到破壞牙周支持組織的效果。Chung[9]的研究發(fā)現(xiàn)黃芩苷濃度在1 μg/mL時(shí)，可導(dǎo)致單核細(xì)胞中IL-1β的分泌量減少50%以上，此外，還可減少牙齦成纖維細(xì)胞中IL-1β誘導(dǎo)的PGE2水平。研究者們也通過牙周炎動(dòng)物模型探索了黃芩苷對(duì)白細(xì)胞介素的調(diào)節(jié)作用。Zeng等[10]在小型豬牙周炎模型中，每?jī)芍茉谘乐艽鼉?nèi)注入黃芩苷凝膠(122.4 μg/mL)，齦溝液中IL-1β的水平明顯降低。在結(jié)扎下頜第一磨牙的牙周炎大鼠模型中，黃芩苷以100 mg/kg/day的劑量喂食14 d，可減少細(xì)胞因子IL-1β、IL-6、IL-8和TNF-α的mRNA在牙齦組織中的表達(dá)[8]。但是Li等[11]發(fā)現(xiàn)納米粒子包封的黃芩苷在人類牙齦上皮細(xì)胞中并沒有明顯下調(diào)IL-6和IL-8的表達(dá)水平。鑒于目前的研究結(jié)果尚無一致定論，因此，還需進(jìn)一步研究黃芩苷對(duì)白細(xì)胞介素的調(diào)控機(jī)制。

2.2 環(huán)氧合酶-2(COX-2)

COX-2是炎癥部位的PGE2誘導(dǎo)酶，以往的研究發(fā)現(xiàn)抑制牙周組織中COX-2的表達(dá)可改變牙周炎的病程進(jìn)展，這表明COX-2在牙周炎中具有促炎作用。Cai等[12]發(fā)現(xiàn)黃芩苷(200 mg /kg/day)可以明顯抑制牙周炎小鼠模型中巨噬細(xì)胞、漿細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和牙齦組織COX-2的蛋白表達(dá)。細(xì)胞學(xué)研究結(jié)果表明，黃芩苷在濃度為0.01 μg/mL時(shí)能顯著抑制人牙周膜細(xì)胞(Human periodontal ligament cells，HPLCs) 中由IL-1β誘導(dǎo)的COX-2 mRNA的表達(dá)水平[13]。

2.3 核因子κB受體活化因子配體(receptor activator of nuclear factor-κB ligand, RANKL)

RANKL作為腫瘤壞死因子配體家族的一員，通過激活炎癥反應(yīng)和誘導(dǎo)破骨細(xì)胞分化來參與牙周炎的發(fā)展，其在破骨細(xì)胞前體分化到破骨細(xì)胞過程中發(fā)揮重要作用。由成骨細(xì)胞譜系細(xì)胞產(chǎn)生的RANKL與骨髓細(xì)胞表面的核因子κB受體活化因子(receptor activator of nuclear factor-κB，RANK)結(jié)合，RANKL-RANK信號(hào)通路激活核因子κB (nuclear factor-κB，NF-κB)、c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)及c-Myc等，從而促進(jìn)破骨細(xì)胞成熟分化及行使功能[14]。細(xì)胞學(xué)研究結(jié)果表明,黃芩苷能抑制HPLCs中由IL-1β調(diào)節(jié)的RANKL mRNA表達(dá)水平，最有效的濃度為0.01 μg/mL，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)IL-1β誘導(dǎo)的COX-2也可被黃芩苷抑制，這表明黃芩苷可能通過抑制IL-1β誘導(dǎo)的COX-2的表達(dá)從而抑制RANKL的mRNA表達(dá)。

3 黃芩苷對(duì)先天免疫反應(yīng)的影響

Toll樣受體(Toll-like receptors，TLR)是一種I型跨膜蛋白，用于識(shí)別微生物成分并介導(dǎo)先天免疫反應(yīng)的激活。TLR在牙周炎的病理過程中起著雙重作用。一方面，TLR可以通過對(duì)微生物的識(shí)別來激活先天免疫反應(yīng)，維持牙周健康。另一方面，TLR受到長(zhǎng)期刺激會(huì)使促炎介質(zhì)水平過度升高，最終導(dǎo)致牙周組織的破壞。微生物脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)可以利用TLR2和TLR4激活p38有絲分裂原激活的蛋白激酶(p38 MAPK)、JNK和NF-κB通路，從而導(dǎo)致促炎介質(zhì)的釋放進(jìn)而造成牙槽骨的吸收[15]。這表明調(diào)節(jié)TLR的表達(dá)及其下游信號(hào)通路可能是治療牙周炎的另一種方法。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)表明，在大鼠牙周炎模型中黃芩苷以100 mg/kg/day或更高濃度給藥，可顯著降低牙齦組織中TLR2和TLR4的表達(dá)水平，此外，黃芩苷還以劑量依賴的方式降低了MyD88的表達(dá)水平和p38 MAPK的磷酸化[16]。細(xì)胞學(xué)研究結(jié)果與動(dòng)物研究結(jié)果一致。Wu等[17]用黃芩苷對(duì)金葡菌感染的成骨細(xì)胞(MC3T3-E1)進(jìn)行干預(yù)，黃芩苷可抑制MC3T3-E1細(xì)胞中TLR2表達(dá)和MAPK信號(hào)通路激活，還可以提高堿性磷酸酶(alkaline phosphatase, ALP)、骨橋蛋白(osteocalcin,OCN)和 I型膠原蛋白(collagen type I，COL-I)等成骨標(biāo)志物的表達(dá)水平。黃芩苷與先天免疫反應(yīng)和促炎介質(zhì)的相互關(guān)系如圖1所示。

圖1黃芩苷影響先天免疫反應(yīng)和促炎介質(zhì)的通路機(jī)制

4 黃芩苷對(duì)牙周組織的保護(hù)作用

隨著牙周炎的發(fā)展，在細(xì)菌和炎癥反應(yīng)的雙重作用下牙周支持組織會(huì)遭到破壞，如結(jié)締組織的斷裂和骨吸收。因此，對(duì)損傷組織進(jìn)行保護(hù)和修復(fù)也是牙周治療的目的之一。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，黃芩苷對(duì)炎癥狀態(tài)下的牙周組織有保護(hù)作用。研究人員對(duì)大鼠上頜第二磨牙的牙頸部進(jìn)行結(jié)扎,并接種牙齦卟啉單胞菌4周，以誘發(fā)牙周炎。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用100mg/kg/day或200mg/kg/day的黃芩苷治療可明顯減少因細(xì)菌感染而產(chǎn)生的牙槽骨吸收，改善牙周組織的形態(tài)[16]。Zeng等[10]在小型豬牙周炎模型中也發(fā)現(xiàn)黃芩苷能顯著提高牙周炎狀態(tài)下的牙槽骨密度和高度，還能促進(jìn)牙槽骨的修復(fù)和再生。細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)研究也發(fā)現(xiàn)，黃芩苷對(duì)炎癥狀態(tài)下的牙周組織有保護(hù)作用。

4.1 牙周膜細(xì)胞(PDLCs)

PDLCs被認(rèn)為是牙周組織再生和修復(fù)最有效的細(xì)胞來源之一，PDLCs在一定條件下具有向成骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞或神經(jīng)源性細(xì)胞分化的潛力，其功能是負(fù)責(zé)牙周膜的形成和維護(hù),以及鄰近牙槽骨修復(fù)、重建和再生。所以，促進(jìn)PDLCs分化成骨的藥物可能對(duì)牙周炎癥組織修復(fù)有一定的價(jià)值。李昂等[18]發(fā)現(xiàn)黃芩苷(0.1～1 mg/L)對(duì)PDLCs中COL-I 表達(dá)有促進(jìn)作用，還能顯著提高ALP的活性，促進(jìn)細(xì)胞成骨分化。還有研究表明，黃芩苷在0.15～0.6 mg/L濃度范圍可以促進(jìn)HPLCs增殖、基質(zhì)礦化和形成鈣結(jié)節(jié)[19]。Chen等[20]研究了黃芩苷促進(jìn)HPLCs成骨分化的機(jī)制，發(fā)現(xiàn)黃芩苷通過激活Wnt/β-兒茶素通路，上調(diào)相關(guān)因子如β-兒茶素，淋巴增強(qiáng)因子和細(xì)胞周期蛋白D1，促進(jìn)成骨相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子-2(RUNX2)、骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2(bone morphogenetic protein,BMP-2)、成骨細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子(osterix，OSX) 和OCN等成骨相關(guān)標(biāo)志物的表達(dá)，從而提高HPLC成骨分化的能力。但該實(shí)驗(yàn)的局限性在于HPLCs是一個(gè)混合細(xì)胞群，由于含有高比例的終末分化細(xì)胞，其分化潛力有限。

4.2 成骨細(xì)胞(osteoblast，OB)和破骨細(xì)胞(Osteoclast，OC)

破骨細(xì)胞與成骨細(xì)胞之間的平衡是維持正常骨量的關(guān)鍵，破骨細(xì)胞與成骨細(xì)胞相互協(xié)同，在骨骼的發(fā)育和形成過程中發(fā)揮重要作用。Guo等[21]發(fā)現(xiàn)黃芩苷(50 μmol/L)可以通過激活Wnt/β-兒茶素信號(hào)通路促進(jìn)體外培養(yǎng)的成骨細(xì)胞分化，并提高OCN和COL-I等成骨分化標(biāo)志物的mRNA水平。然而，在對(duì)黃芩苷干預(yù)破骨細(xì)胞的研究中發(fā)現(xiàn)，黃芩苷的濃度對(duì)其具有雙重效應(yīng)。破骨細(xì)胞成熟分化的經(jīng)典通路是RANKL和M-CSF通路[22]。Lu L等[22]研究了不同濃度下的黃芩苷對(duì)體外培養(yǎng)破骨細(xì)胞分化和骨吸收的雙重作用，發(fā)現(xiàn)10-7-10-6mol/L的黃芩苷可促進(jìn)破骨細(xì)胞成熟和功能化，高劑量的黃芩苷(10-5mol/L)抑制破骨細(xì)胞的成熟。他們認(rèn)為黃芩苷通過與RANK對(duì)接，激活p-ERK/Mitf信號(hào)通路來調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞分化，破骨細(xì)胞發(fā)生標(biāo)志物基因c-Fos、c-Src、NFATc1、MMP9、TRAP、CtsK和OSCAR的表達(dá)被黃芩苷上調(diào)。Lu X等[23]得出的體內(nèi)體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果與前者的研究一致，同樣發(fā)現(xiàn)黃芩苷以濃度相關(guān)的方式對(duì)破骨細(xì)胞產(chǎn)生雙向調(diào)節(jié)作用。具體而言,低濃度(低于1 μmol/L)的黃芩苷增強(qiáng)了破骨細(xì)胞的分化和骨吸收，而高濃度(2 μmol/L以上) 的黃芩苷對(duì)破骨細(xì)胞表現(xiàn)出相反作用。具體機(jī)制是在低劑量時(shí)黃芩苷通過上調(diào)ERK/c-Fos/NFATc1，加強(qiáng)了RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞成熟分化通路，造成了破骨細(xì)胞成熟分化和骨吸收，然而在較高濃度下黃芩苷不僅抑制了ERK磷酸化和c-Fos及NFATc1的表達(dá)，而且改變了凋亡相關(guān)蛋白的表達(dá)，從而抑制了破骨細(xì)胞的功能。黃芩苷對(duì)破骨細(xì)胞的影響機(jī)制如圖2所示。

圖2不同濃度黃芩苷對(duì)破骨細(xì)胞分化的影響機(jī)制

盡管實(shí)驗(yàn)證實(shí)了黃芩苷對(duì)破骨細(xì)胞分化成熟的雙重作用，但現(xiàn)有研究并沒有完全解釋黃芩苷雙重作用的分子機(jī)制。黃芩苷的這些雙重作用表明其具有治療破骨細(xì)胞相關(guān)疾病的潛力，但需謹(jǐn)慎對(duì)待藥物劑量所產(chǎn)生的功能差異。

5 討論

本文綜述了黃芩苷預(yù)防和治療牙周炎的藥理機(jī)制和療效。大多數(shù)研究都是圍繞黃芩苷在牙周組織炎癥微環(huán)境中的分子作用機(jī)制?？傊S芩苷可從上述四個(gè)方面控制牙周炎，它們之間的相互作用在牙周炎的預(yù)防和治療中建立了一個(gè)完整系統(tǒng)。黃芩苷可以通過直接抑制NF-κB的活性，下調(diào)相關(guān)的促炎介質(zhì),減少組織的氧化應(yīng)激,從而控制炎癥。此外,黃芩苷還可通過對(duì)TLR信號(hào)的負(fù)調(diào)節(jié)，抑制NF-κB的活性，同時(shí)也可直接抑制IL-6和IL-8的表達(dá)。

黃芩苷表現(xiàn)有獨(dú)特的藥代動(dòng)力學(xué)特性，包括胃腸道水解，肝腸循環(huán)，載體轉(zhuǎn)運(yùn)穿過細(xì)胞膜和排泄到膽汁和尿液中。黃芩苷在體內(nèi)的吸收代謝會(huì)受到其他聯(lián)用藥物的影響，因?yàn)?，它們?huì)互相競(jìng)爭(zhēng)代謝酶和結(jié)合蛋白質(zhì)。另外，某些特定的疾病也會(huì)改變轉(zhuǎn)運(yùn)體和酶的功能，繼而影響黃芩苷在體內(nèi)的分布與吸收。因此，使用黃芩苷時(shí)應(yīng)考慮個(gè)性化方案和用藥安全性。雖然黃芩苷具有良好的穩(wěn)定性和生物活性，但它們的溶解度差、半衰期短、生物利用度低，研究證明其在體內(nèi)的生物利用度僅有2.2%[24]，這些因素嚴(yán)重限制了其在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用。為了解決其溶解度和生物利用度的問題，現(xiàn)已研究出新型黃芩苷制劑,如納米級(jí)黃芩苷載藥系統(tǒng),該系統(tǒng)在臨床前研究中表現(xiàn)出了較高的吸收度。此外，局部用藥方式有望提高藥物利用率。

總之,現(xiàn)有的研究很大程度上支持了黃芩苷在預(yù)防和治療牙周炎中的治療作用。然而目前關(guān)于黃芩苷對(duì)牙周炎癥影響的研究還有局限性，其基本機(jī)制尚未明確，還需更進(jìn)一步的研究，為臨床牙周治療提供更科學(xué)的依據(jù)。