姜黃素介導(dǎo)光動(dòng)力治療口腔感染性疾病的研究進(jìn)展

周子伊， 任彪， 周學(xué)東

1. 口腔疾病研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 國(guó)家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心 四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院牙體牙髓病科，四川成都（610041）； 2. 口腔疾病研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 國(guó)家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心 四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院，四川 成都（610041）

光動(dòng)力療法（photodynamic therapy，PDT）是利用光敏劑產(chǎn)生的光毒性反應(yīng)，選擇性地殺傷有害細(xì)菌、真菌等致病微生物，從而達(dá)到治療微生物感染的目的。其基本要素主要包括光敏劑（photosensitizer，PS）、光和氧。在特定波長(zhǎng)的光照射下，光敏劑從基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)，再與附近化學(xué)分子和氧發(fā)生電子或能量轉(zhuǎn)移，生成以單線態(tài)氧（singlet oxygen, 1O）為主的多種活性氧物種（reactive oxygen species, ROS），發(fā)揮細(xì)胞毒性作用。PDT 因具有微創(chuàng)、低毒副作用、高靶向性等優(yōu)勢(shì)已被應(yīng)用于多種口腔感染性疾病的治療中。光敏劑的選擇對(duì)于PDT 的作用效果至關(guān)重要，天然光敏劑因來(lái)源廣泛、安全性好而受到廣泛關(guān)注。

姜黃素（curcumin，Cur）是一種酸性多酚類黃色物質(zhì)，它來(lái)源于姜科植物姜黃的根莖，化學(xué)式為CHO，難溶于水，可溶于甲醇、乙醇、二甲基亞砜（dimethyl sulfoxide，DMSO）等有機(jī)溶劑。姜黃素具有抗細(xì)菌、抗真菌、抗炎等多種藥理作用，已被美國(guó)食品和藥物管理局認(rèn)定為公認(rèn)安全使用物質(zhì)。近年來(lái)的研究顯示，姜黃素單獨(dú)作用對(duì)齲病、牙髓根尖周病、牙周炎、口腔黏膜感染等均有一定的防治效果，是一種潛在的候選藥物。但姜黃素在中性、堿性以及光照條件下易降解，在人體內(nèi)代謝快，生物利用率低，嚴(yán)重影響其在臨床中的應(yīng)用。姜黃素具有光敏特性，被藍(lán)光激發(fā)后，可產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)，增強(qiáng)其抗菌能力，作為天然光敏劑介導(dǎo)PDT 應(yīng)用于口腔感染性疾病時(shí)療效顯著提高。

1 姜黃素的光敏特性

多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)姜黃素作為光敏劑用于治療口腔感染性疾病的有效濃度遠(yuǎn)低于其單獨(dú)應(yīng)用的濃度，可有效提升PDT 的治療效果。姜黃素在體內(nèi)代謝快，治療結(jié)束后可快速?gòu)捏w內(nèi)清除，無(wú)需較長(zhǎng)的避光時(shí)間，且在低濃度局部應(yīng)用于口腔時(shí)，不易使牙齒或口腔修復(fù)材料著色，是一種優(yōu)良的天然光敏劑。但它存在水溶性低、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，要將其作為光敏劑應(yīng)用于口腔感染性疾病的治療中，還需進(jìn)行改良。

1.1 姜黃素介導(dǎo)PDT 的光源選擇

姜黃素可吸收400 ～500 nm 波長(zhǎng)范圍內(nèi)的藍(lán)光，波長(zhǎng)430 nm 時(shí)具有最大吸收帶，因此通常采用波長(zhǎng)在430 nm 附近的藍(lán)光作為姜黃素的激發(fā)光源。由于藍(lán)光本身對(duì)微生物具有殺滅作用，進(jìn)一步增強(qiáng)了姜黃素介導(dǎo)PDT 的殺菌效應(yīng)。臨床常用的PDT 光源主要包括三大類：激光、發(fā)光二極管（light-emitting diode，LED）和鹵素?zé)?。這三類光源在匹配的波長(zhǎng)范圍內(nèi)均可激活姜黃素發(fā)揮光化學(xué)反應(yīng)，但目前絕大多數(shù)研究以LED 作為姜黃素的光源用于治療口腔感染性疾病。相比于其他光源，LED 具有便攜、成本低、能耗低、產(chǎn)熱少、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。更重要的是，LED 燈為口腔科廣泛使用的光固化光源，通過(guò)改良或可直接激活姜黃素治療口腔感染性疾病，提高了治療的便利性。目前姜黃素介導(dǎo)PDT 在不同口腔感染性疾病中的光照強(qiáng)度、時(shí)間等因素尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，未來(lái)需通過(guò)大量體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)確定光源的最佳參數(shù)。

1.2 姜黃素介導(dǎo)PDT 的抗菌作用機(jī)制

姜黃素吸收光子后被激發(fā)為三重態(tài)，在從三重態(tài)向基態(tài)衰變的過(guò)程中，可與氧分子接觸發(fā)生兩種不同的反應(yīng)，稱為Ⅰ型和Ⅱ型光化學(xué)反應(yīng)。Ⅰ型光化學(xué)反應(yīng)通過(guò)將電子或氫原子分別轉(zhuǎn)移到氧或其他鄰近分子上，產(chǎn)生陰離子或陽(yáng)離子自由基，自由基與氧作用，最終生成超氧離子、過(guò)氧化氫和羥基自由基等ROS。Ⅱ型光化學(xué)反應(yīng)是將能量直接傳遞給分子氧，生成一種高效的活性氧物質(zhì)即單線態(tài)氧，可直接誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。Ⅱ型光化學(xué)反應(yīng)在姜黃素介導(dǎo)的PDT 中占主導(dǎo)作用，生成以單線態(tài)氧為主的ROS，ROS 會(huì)與微生物內(nèi)的脂質(zhì)、DNA、蛋白質(zhì)等反應(yīng)，造成脂質(zhì)過(guò)氧化、酶金屬中心氧化和基因突變等氧化損傷，最終導(dǎo)致微生物死亡。此外，姜黃素介導(dǎo)的PDT 還能通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)菌群體感應(yīng)相關(guān)基因的表達(dá)，抑制細(xì)菌生物膜的生長(zhǎng)。口腔中的致病微生物多以生物膜的形式存在，PDT 能增強(qiáng)姜黃素對(duì)生物膜的穿透性，使姜黃素更充分地發(fā)揮作用；而適宜濃度的姜黃素本身也具有抗菌性能，兩者相互促進(jìn)，協(xié)同殺滅致病微生物。

1.3 姜黃素作為光敏劑的局限性

盡管姜黃素作為光敏劑具有諸多優(yōu)勢(shì)，但它水溶性低、穩(wěn)定性差，且在較高濃度下有使組織染色的可能，在一定程度上限制了其臨床應(yīng)用。姜黃素在水溶液中易發(fā)生自聚，嚴(yán)重影響了它的光化學(xué)反應(yīng)。據(jù)報(bào)道，DMSO、聚乙二醇水溶液是姜黃素結(jié)合PDT 發(fā)揮抗菌作用的最有效溶劑。但這兩種溶劑具有細(xì)胞毒性，不適用于人體內(nèi)。此外，姜黃素在光照、堿性環(huán)境中易發(fā)生降解，對(duì)PDT 的操作時(shí)間要求較高，抗菌作用持續(xù)時(shí)間較短。姜黃素是一種黃色化合物，低濃度時(shí)不易導(dǎo)致組織著色，但在高濃度時(shí)存在使牙本質(zhì)染色的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)評(píng)估100 mg/L 光活化姜黃素作為漱口水對(duì)口腔的消毒效果，發(fā)現(xiàn)用姜黃素溶液漱口3 min可顯著降低唾液中各種微生物的菌落數(shù)，且不存在使組織染色的副作用；而在另一項(xiàng)體外研究中，使用1 000 mg/L 姜黃素介導(dǎo)PDT 用于消毒根管牙本質(zhì)，可引起牙本質(zhì)變色，可能是由于姜黃素與牙本質(zhì)中的陽(yáng)離子結(jié)合，增加了孔隙率，使姜黃素滲透到牙本質(zhì)小管中，從而改變了牙本質(zhì)的顏色。因此，通過(guò)提高姜黃素的水溶性、穩(wěn)定性以及抗菌作用，降低使用濃度，或可克服其臨床應(yīng)用的局限性。

1.4 姜黃素光敏特性的改進(jìn)

為了更好地利用姜黃素的光敏特性，研究人員通過(guò)將姜黃素與納米顆粒、脂質(zhì)體、靜電紡絲等材料結(jié)合，改善了姜黃素的水溶性和穩(wěn)定性，增強(qiáng)抗菌效果。將姜黃素與超順磁性氧化鐵納米粒子結(jié)合，可增加姜黃素的親水性和穩(wěn)定性，顯著提升PDT 的抗菌效果。Feng 等將姜黃素與聚氨酯（polyurethane，PU）通過(guò)原位共聚制備了PU-Cur 水凝膠，經(jīng)可見(jiàn)光激發(fā)后表現(xiàn)出強(qiáng)大的抗菌能力，同時(shí)還可能有促進(jìn)傷口愈合的能力，該水凝膠有望用于多種口腔感染性疾病的治療。Liu 等采用原位靜電紡絲法設(shè)計(jì)了核殼型姜黃素復(fù)合納米纖維，表現(xiàn)出優(yōu)異的黏附性，與PDT 結(jié)合可誘導(dǎo)細(xì)菌產(chǎn)生更多的ROS。以上研究提示通過(guò)與適當(dāng)載體的結(jié)合可進(jìn)一步提升姜黃素對(duì)微生物的光毒性，降低姜黃素的使用劑量，減少組織著色，并促進(jìn)PDT 的治療效果。

2 姜黃素介導(dǎo)PDT 在口腔感染性疾病中的應(yīng)用

口腔中微生物種類繁多，在健康狀態(tài)下維持著局部微生態(tài)平衡，當(dāng)微生態(tài)失衡時(shí)，部分致病微生物過(guò)度增殖，導(dǎo)致口腔感染性疾病的發(fā)生。姜黃素因具有抗細(xì)菌、抗真菌的藥用功效，對(duì)口腔感染性疾病具有良好的防治效果。作為一種天然光敏劑，姜黃素結(jié)合PDT 對(duì)常見(jiàn)的口腔感染性疾病，如齲病、牙髓根尖周疾病、牙周炎、口腔念珠菌病的作用效果進(jìn)一步提高，在口腔感染性疾病的防治中有著廣闊的應(yīng)用前景。

2.1 姜黃素介導(dǎo)PDT 與齲病

齲病是由微生物為主要誘因的牙體硬組織破壞性疾病，其中變異鏈球菌是主要的致齲細(xì)菌。姜黃素在體外可抑制變異鏈球菌的生長(zhǎng)和胞外多糖的產(chǎn)生，并可通過(guò)下調(diào)變異鏈球菌gtfB、gtfC、gbpB、ldh 等毒力因子的表達(dá)，降低其致齲毒性。姜黃素結(jié)合PDT 可進(jìn)一步增強(qiáng)其對(duì)致齲菌的抑制作用。研究表明姜黃素介導(dǎo)的PDT 可促進(jìn)姜黃素穿透細(xì)菌生物膜，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部從而發(fā)揮殺菌作用，對(duì)齲壞牙本質(zhì)中的變異鏈球菌和嗜酸乳桿菌具有明顯的殺滅效果。Nima 等發(fā)現(xiàn)將光活化姜黃素與乙二胺四乙酸（Ethylenediamine tetraacetic acid，EDTA）聯(lián)用對(duì)變異鏈球菌顯示出強(qiáng)烈的協(xié)同抑制效果。EDTA 通過(guò)螯合鈣離子和鎂離子改變細(xì)菌細(xì)胞壁的通透性，從而促進(jìn)姜黃素進(jìn)入細(xì)胞，增加姜黃素對(duì)細(xì)菌的光毒性作用。Pourhajibagher 等評(píng)估了含有姜黃素-氧化鋅納米顆粒的正畸粘接劑的抗菌性能，該粘接劑經(jīng)LED 照射5 min后對(duì)變異鏈球菌、遠(yuǎn)緣鏈球菌、嗜酸乳桿菌形成的多菌種生物膜的代謝活性有顯著的抑制作用。此外，將5%的納米姜黃素添加至一種蓋髓劑中，對(duì)變異鏈球菌的抗菌活性可持續(xù)60 d。綜上所述，姜黃素介導(dǎo)PDT 在齲病的防治中擁有巨大的潛力，有望用于窩洞消毒或添加到粘接劑和蓋髓劑中發(fā)揮抗菌作用。然而姜黃素作用于牙本質(zhì)時(shí)可能對(duì)其粘接性能產(chǎn)生影響。

齲影響牙本質(zhì)（caries -affected dentin, CAD）是指無(wú)細(xì)菌侵入，但已發(fā)生脫礦和再礦化的牙本質(zhì)。CAD 在去齲過(guò)程中應(yīng)予以保留，但它的粘接性能與健康牙本質(zhì)相比明顯降低。研究發(fā)現(xiàn)姜黃素介導(dǎo)PDT 與常用的窩洞消毒劑氯己定相比，可顯著增強(qiáng)樹(shù)脂改性玻璃離子體對(duì)CAD 的粘接強(qiáng)度。但也有研究認(rèn)為姜黃素帶負(fù)電荷，可與牙本質(zhì)中的陽(yáng)離子如鈣、磷離子結(jié)合，導(dǎo)致粘接界面的沉淀，降低粘接劑對(duì)牙本質(zhì)的粘接強(qiáng)度。這種差異可能是由于使用的姜黃素濃度不同，當(dāng)使用500 mg/L 的姜黃素時(shí)對(duì)CAD 的粘接性能無(wú)明顯影響，而1 000 mg/L 的姜黃素明顯降低了牙本質(zhì)的粘接性能。

2.2 姜黃素介導(dǎo)PDT 與牙髓根尖周疾病

根管系統(tǒng)解剖結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性使常規(guī)機(jī)械預(yù)備難以徹底清除根管內(nèi)感染物質(zhì)，通常需要輔以藥物消毒。糞腸球菌近年來(lái)已被證明是導(dǎo)致根管長(zhǎng)期持續(xù)感染以及根管治療失敗的主要細(xì)菌。研究發(fā)現(xiàn)與單獨(dú)使用以及超聲振蕩下使用姜黃素相比，光活化姜黃素可最大限度地清除根管壁牙本質(zhì)小管內(nèi)的糞腸球菌；同時(shí)它與EDTA 聯(lián)用對(duì)糞腸球菌生物膜具有協(xié)同抑制作用，可能與EDTA促進(jìn)姜黃素進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞有關(guān)。Strazzi 等發(fā)現(xiàn)光活化姜黃素能增加根管牙本質(zhì)的馬氏硬度和彈性模量，同時(shí)較低濃度（500 mg/L）的姜黃素不影響粘接劑對(duì)根管牙本質(zhì)的粘接性，有利于后續(xù)的樁冠修復(fù)。

牙髓血運(yùn)重建術(shù)是用于治療牙髓壞死或根尖周炎年輕恒牙的一種新技術(shù)，它能促進(jìn)牙根繼續(xù)發(fā)育，使牙根長(zhǎng)度增加，根管壁增厚。在牙髓血運(yùn)重建治療中，目前最常用的根管消毒藥物為三聯(lián)抗生素（甲硝唑、環(huán)丙沙星和米諾環(huán)素）和氫氧化鈣。然而，這些藥物可能對(duì)牙髓干細(xì)胞有潛在毒性，影響療效。有學(xué)者比較了光活化姜黃素與三聯(lián)抗生素糊劑、氫氧化鈣作為根管內(nèi)消毒藥物時(shí)的抗生物膜活性，結(jié)果顯示在封藥14 d 后，光活化姜黃素與三聯(lián)抗生素均能抑制離體牙根管內(nèi)糞腸球菌生物膜的形成，效果明顯強(qiáng)于氫氧化鈣，未來(lái)需明確這種有效濃度下的姜黃素對(duì)牙髓干細(xì)胞是否具有毒性。有研究顯示姜黃素可促進(jìn)牙髓間充質(zhì)干細(xì)胞增殖，進(jìn)一步提示光活化姜黃素在牙髓血運(yùn)重建術(shù)中的潛在應(yīng)用價(jià)值。

2.3 姜黃素介導(dǎo)PDT 與牙周炎

牙周炎是一種發(fā)生在牙周支持組織，以菌斑生物膜為始動(dòng)因子的炎癥性疾病，治療措施包括牙周基礎(chǔ)治療、牙周手術(shù)治療等，有時(shí)需輔以藥物治療。由于傳統(tǒng)抗生素的使用可能誘導(dǎo)耐藥，破壞口腔微生態(tài)平衡，天然藥物因安全性更高可能成為新的治療手段。姜黃素可通過(guò)其抑菌和抗炎功效從而實(shí)現(xiàn)對(duì)牙周炎的防治效果。姜黃素結(jié)合PDT 可到達(dá)治療器械難以進(jìn)入的部位，例如深牙周袋、根分叉和根面凹陷，提高對(duì)牙周炎的療效。研究發(fā)現(xiàn)姜黃素通過(guò)藍(lán)光激活后可抑制包括伴放線聚集桿菌、牙齦卟啉單胞菌、具核梭桿菌、中間普氏菌等在內(nèi)的多種牙周致病菌的生長(zhǎng)，效果明顯強(qiáng)于未經(jīng)光活化的姜黃素。Sreedhar 等比較了單獨(dú)使用姜黃素和姜黃素介導(dǎo)PDT 作為常規(guī)刮治和根面平整術(shù)（scaling and root planning，SRP）的輔助手段治療慢性牙周炎患者的效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過(guò)將姜黃素凝膠注入牙周袋內(nèi)，經(jīng)藍(lán)色LED 燈照射5 min，能顯著減少齦下菌斑中牙周致病菌數(shù)量，改善牙周狀況，進(jìn)一步增強(qiáng)姜黃素對(duì)牙周炎的療效。Ivanaga 等將姜黃素作為牙周沖洗劑，經(jīng)藍(lán)光激活后輔助SRP 治療伴有2 型糖尿病的牙周炎患者，在短期內(nèi)取得了較好的療效。以上研究均提示姜黃素介導(dǎo)PDT 可能成為牙周炎的新型輔助治療手段。

2.4 姜黃素介導(dǎo)PDT 與口腔念珠菌病

與傳統(tǒng)抗真菌藥物治療相比，姜黃素介導(dǎo)的PDT 具有靶向性高、不易誘導(dǎo)耐藥等優(yōu)勢(shì)。藍(lán)光激活姜黃素與單獨(dú)使用藍(lán)光照射均能導(dǎo)致ROS 的產(chǎn)生，引起白色念珠菌的DNA 損傷。但姜黃素的存在抑制了白色念珠菌的DNA 修復(fù)，這可能是姜黃素介導(dǎo)的PDT 抗真菌作用的主要機(jī)制。體外研究發(fā)現(xiàn)姜黃素介導(dǎo)PDT 在體外能有效滅活白色念珠菌生物膜，當(dāng)功率密度為82 mW/cm（單位面積內(nèi)的輻照能量）時(shí)，姜黃素對(duì)白色念珠菌的滅活作用最強(qiáng)。義齒性口炎是一種常發(fā)生在佩戴活動(dòng)義齒的老年人中的口腔黏膜感染性疾病，白色念珠菌在義齒組織面定植通常被認(rèn)為是主要的致病因素。此外，變異鏈球菌、光滑念珠菌在義齒表面檢出率也較高。姜黃素介導(dǎo)PDT 可顯著抑制白色念珠菌、光滑念珠菌和變異鏈球菌多菌種生物膜的形成。一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照臨床研究評(píng)價(jià)了姜黃素介導(dǎo)PDT 與臨床常用抗真菌藥物制霉菌素對(duì)有吸煙習(xí)慣的義齒性口炎患者的干預(yù)效果，結(jié)果表明姜黃素介導(dǎo)PDT 能有效減少患者腭部黏膜和義齒表面念珠菌的定植量，達(dá)到了臨床抗真菌藥物的作用水平，體現(xiàn)了姜黃素介導(dǎo)PDT 在口腔念珠菌病治療中的潛在應(yīng)用價(jià)值。

3 總結(jié)與展望

姜黃素來(lái)源廣泛，成本低，安全性高，在多種口腔感染性疾病的治療中顯示出一定的潛力。姜黃素作為天然光敏劑與PDT 聯(lián)用時(shí)對(duì)齲病、牙髓根尖周病、牙周炎、口腔念珠菌病等口腔感染性疾病的作用進(jìn)一步增強(qiáng)。目前，姜黃素介導(dǎo)PDT 治療口腔感染性疾病的機(jī)制尚不完全明確。現(xiàn)有研究大多局限于體外實(shí)驗(yàn)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究階段，在部分臨床研究中也存在樣本量不足和觀察時(shí)間短等問(wèn)題，無(wú)法證實(shí)其長(zhǎng)期療效。此外，姜黃素對(duì)于放射性口腔黏膜炎、口腔扁平苔蘚、復(fù)發(fā)性阿弗他潰瘍等與微生物相關(guān)的口腔黏膜病均具有一定的治療作用，而PDT 在這幾種疾病中也具有應(yīng)用潛力，研究姜黃素介導(dǎo)PDT 對(duì)它們的療效可能是未來(lái)研究的新方向。今后的研究重點(diǎn)可包括以下幾點(diǎn)：①深入探究姜黃素介導(dǎo)PDT 對(duì)不同口腔感染性疾病的具體作用機(jī)制，包括抗菌以及與宿主的作用機(jī)制；②尋找合適的載藥體系或通過(guò)化學(xué)結(jié)構(gòu)修飾構(gòu)建衍生物，進(jìn)一步提升姜黃素的光敏特性；③探究姜黃素介導(dǎo)PDT 與現(xiàn)有藥物或其他治療方式聯(lián)用效應(yīng)；④進(jìn)行樣本量充足、長(zhǎng)期隨訪的臨床試驗(yàn)?？傊?，姜黃素介導(dǎo)PDT 有望成為一種新型治療手段，為口腔感染性疾病的預(yù)防和治療提供新策略。

【Author Contributions】 Zhou ZY wrote the article. Ren B, Zhou XD revised the article. All authors read and approved the final manuscript as submitted.