氧化應(yīng)激及抗氧化劑輔助治療牙周炎的研究進(jìn)展

任佳宇,任秀云

牙周炎是一種微生物相關(guān)、宿主介導(dǎo)引起牙周附著喪失的炎癥,發(fā)生機(jī)制較為復(fù)雜[1]。牙周穩(wěn)態(tài)反映了牙周定植菌和宿主固有免疫之間的動(dòng)態(tài)平衡。氧化應(yīng)激(oxidative stress,OS)是由于內(nèi)源性或外源性刺激使機(jī)體活性氧(reactive oxygen species,ROS)產(chǎn)生過(guò)多和/或清除較少,導(dǎo)致氧化-抗氧化穩(wěn)態(tài)失衡,引起組織細(xì)胞氧化損傷的反應(yīng)[2]。OS與牙周炎的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[3],抗氧化劑作為一種輔助治療,可以有效改善牙周炎的臨床和生化參數(shù)[4]。

1 OS與牙周炎的相關(guān)性

近年來(lái),大量研究證明OS參與了牙周炎的發(fā)生發(fā)展。通過(guò)將紅色復(fù)合體的混懸液接種于大鼠齦溝內(nèi),建立牙周炎模型,采集齦下菌斑樣本,發(fā)現(xiàn)牙周炎大鼠的氧化應(yīng)激指數(shù)(oxidative stress index,OSI)是正常組的5倍[5]。Chandra等[6]通過(guò)ROS分析顯示,慢性牙周炎患者牙齦成纖維細(xì)胞中的ROS生成量較健康對(duì)照組增加了17%。Almerich等[3]橫斷面研究中,以86例就診患者為研究對(duì)象,分為牙周健康組、牙齦炎組、慢性牙周炎組,檢查患者的牙周狀況,獲取齦下菌斑樣本,同時(shí)收集唾液,檢測(cè)OS生物標(biāo)志物,結(jié)果發(fā)現(xiàn),與前兩組患者相比,慢性牙周炎組患者唾液中OS生物標(biāo)志物水平較高,且紅色復(fù)合體細(xì)菌存在的菌斑樣本中OS生物標(biāo)志物水平最高。Toczewska等[7]發(fā)現(xiàn),與健康對(duì)照組相比,牙周炎患者的非刺激性唾液及齦溝液(gingival crevicular fluid,GCF)中的總氧化狀態(tài)(total oxidant status,TOS)、OSI均顯著升高(P<0.001),總抗氧化能力(total antioxidant capacity,TAC)顯著降低(P<0.001)。楊潔等[8]通過(guò)檢測(cè)血漿和GCF中蛋白質(zhì)總氧化水平指標(biāo)蛋白羰基,發(fā)現(xiàn)慢性牙周炎患者蛋白羰基水平較牙周健康者明顯升高(P<0.001),且與菌斑指數(shù)(plaque index,PI)、牙齦指數(shù)(gingival index,GI)、探診深度(probing depth,PD)、臨床附著水平(clinical attachment level,CAL)均呈正相關(guān)。

以上證據(jù)均表明,OS與牙周炎的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。牙周炎癥程度增加,OS生物標(biāo)志物表達(dá)水平升高,且與牙周臨床參數(shù)相關(guān)。這提示我們?cè)谘乐苎椎倪M(jìn)展中,OS可能發(fā)揮一定的促進(jìn)作用。

2 OS促進(jìn)牙周炎發(fā)生發(fā)展的機(jī)制

研究發(fā)現(xiàn),高反應(yīng)性外周血中性多形核白細(xì)胞(polymorphonuclear leukocytes,PMNs)產(chǎn)生的過(guò)量ROS是牙周炎中OS的潛在來(lái)源[9-10]。成熟的PMNs受外源性病原體及其產(chǎn)物刺激,穿過(guò)血管內(nèi)皮,到達(dá)炎癥部位,通過(guò)吞噬細(xì)菌,釋放溶酶體酶或呼吸爆發(fā)來(lái)殺滅細(xì)菌,同時(shí)產(chǎn)生ROS抵御感染。然而,過(guò)量ROS生成可誘導(dǎo)OS的發(fā)生。OS可以直接導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)降解及線粒體DNA過(guò)早氧化損傷[11-12],對(duì)牙周組織產(chǎn)生直接損害,加重炎癥反應(yīng)[13],促進(jìn)牙周膜細(xì)胞凋亡;還可以通過(guò)增強(qiáng)基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)的活性,間接調(diào)節(jié)炎癥、凋亡相關(guān)信號(hào)通路,導(dǎo)致牙周組織損傷增加及牙槽骨吸收[14-15]。Osorio等[16]將人牙周膜成纖維細(xì)胞暴露于亞致死濃度過(guò)氧化氫后,活性MMP-2、MMP-9表達(dá)顯著增加,激活核因子κB信號(hào)通路,促進(jìn)牙槽骨吸收。相反,抗氧化信號(hào)通路的激活能夠減輕ROS引起的細(xì)胞損傷,維持細(xì)胞的氧化還原穩(wěn)態(tài),從而減少牙周膜干細(xì)胞的凋亡。Liu等[17]應(yīng)用不同濃度梯度的過(guò)氧化氫刺激牙周膜干細(xì)胞,隨著ROS的增加,核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factorerythroid2-related factor2,Nrf2)介導(dǎo)的抗氧化信號(hào)通路也被激活,通過(guò)上調(diào)其下游的抗氧化酶來(lái)清除過(guò)量ROS,減少牙周膜干細(xì)胞的凋亡。

宿主受到微生物刺激后,產(chǎn)生的免疫炎癥反應(yīng)在牙周炎進(jìn)展中發(fā)揮重要作用,其中體液免疫能夠有效地抵抗細(xì)胞外存在的抗原微生物[18]。近年來(lái)有研究顯示,OS可能通過(guò)損害輔助性T細(xì)胞和B細(xì)胞功能,影響其介導(dǎo)的免疫反應(yīng),從而減少抗牙周致病菌特異性抗體免疫球蛋白(immunoglobulin,IL)-G的產(chǎn)生,影響牙周病原體的局部清除,促進(jìn)炎癥因子表達(dá),誘導(dǎo)全身炎癥介質(zhì)及急性期反應(yīng)物的釋放,導(dǎo)致菌血癥的發(fā)生[19]。

在牙周炎的發(fā)生發(fā)展中,OS能夠通過(guò)直接或間接參與免疫炎癥反應(yīng),引起牙周組織破壞,這提示我們可以從抑制或消除OS產(chǎn)生的角度探索治療牙周炎的新方向。

3 抗OS與牙周炎治療

3.1 牙周基礎(chǔ)治療

牙周基礎(chǔ)治療導(dǎo)致的暫時(shí)性菌血癥可能引起OS生物標(biāo)志物的表達(dá)升高[20]。D′Aiuto等[21]研究發(fā)現(xiàn),牙周炎與總活性氧代謝物(reactive oxygen metabolite,ROM)水平較高相關(guān)(OR=3.60,95%CI:1.20～10.50)?；€檢查時(shí),重度牙周炎組患者表現(xiàn)出較高的ROM水平(P<0.001),牙周基礎(chǔ)治療后1周內(nèi)ROM表達(dá)呈升高趨勢(shì)(P<0.01),但治療后30 d下降至接近基線水平。

牙周基礎(chǔ)治療后2～3個(gè)月,慢性牙周炎患者血清、唾液和GCF中的ROM水平以及血清、唾液中的丙二醛(malondialdehyde,MDA)水平、8-羥基脫氧鳥(niǎo)苷(8-hydroxydeoxyguanosine,8-OHdG)水平較基線時(shí)顯著降低(P<0.05),并且牙周臨床參數(shù)如探診出血(bleeding on probing,BOP)、PI、PD和CAL也顯著改善(P<0.05)[22-23]。在一項(xiàng)針對(duì)伴2型糖尿病牙周炎患者的臨床干預(yù)研究中,Mizuno等[24]發(fā)現(xiàn),與僅接受口腔衛(wèi)生指導(dǎo)組相比,接受完善的牙周非手術(shù)治療組3個(gè)月后血清中OSI顯著降低。

綜上,牙周基礎(chǔ)治療短時(shí)間內(nèi)可能會(huì)造成OS生物標(biāo)志物表達(dá)升高,隨著時(shí)間延長(zhǎng),OS生物標(biāo)志物表達(dá)顯著降低,說(shuō)明從遠(yuǎn)期效果來(lái)看,牙周基礎(chǔ)治療能夠改善OS狀態(tài)。關(guān)于牙周基礎(chǔ)治療在改善OS狀態(tài)中的作用,目前仍然需要進(jìn)行更長(zhǎng)時(shí)間的隨訪研究,尋找更精準(zhǔn)的OS標(biāo)志物。

3.2 抗氧化劑輔助治療牙周炎

抗氧化劑是能有效延遲、阻止或減緩易氧化生物分子如脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA等發(fā)生自動(dòng)氧化的物質(zhì),且其在較低濃度時(shí)即可起效[25]。主要分為酶抗氧化劑(包括谷胱甘肽過(guò)氧化物酶等)和非酶抗氧化劑(包括褪黑素、輔酶Q10(coenzyme Q10,CoQ10)等代謝抗氧化劑和維生素C、類(lèi)胡蘿卜素、多酚化合物等營(yíng)養(yǎng)抗氧化劑)[26]。大量研究發(fā)現(xiàn)抗氧化劑輔助治療有助于改善牙周炎癥狀態(tài)[4]。

3.2.1 維生素C 維生素C,也稱(chēng)為抗壞血酸,是一種水溶性抗氧化劑,通過(guò)減少ROS減輕牙周炎的炎癥程度。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明,與單獨(dú)牙周基礎(chǔ)治療相比,局部[27]或全身[28]輔助應(yīng)用維生素C,可以減輕血清中OS標(biāo)志物(MDA、OSI)水平,抑制骨吸收標(biāo)志物(Ⅰ型膠原交聯(lián)C-末端肽)、增加成骨標(biāo)志物(如骨密度指數(shù))的表達(dá)。

3.2.2 番茄紅素 番茄紅素是植物中存在的一種類(lèi)胡蘿卜素,具有很強(qiáng)的ROS清除和抗氧化能力。Ali等[4]將牙周炎患者隨機(jī)分為3組,分別使用番茄紅素凝膠、鹽酸米諾環(huán)素微球凝膠、安慰劑凝膠輔助牙周治療,于治療前和治療后30 d記錄牙周臨床參數(shù)及GCF中白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-8、MMP-9和金屬蛋白酶組織抑制劑1(tissue inhibitor of metalloproteinase 1,TIMP1)的水平,結(jié)果顯示:鹽酸米諾環(huán)素微球凝膠治療組和番茄紅素凝膠治療組CAL改善量顯著高于對(duì)照組(P<0.05),GCF中TIMP1的水平也顯著上調(diào),可抑制MMPs的產(chǎn)生,減少ROS。Reddy等[29]將40例伴糖尿病的牙周炎患者隨機(jī)分成兩組,試驗(yàn)組采用番茄紅素軟凝膠輔助牙周基礎(chǔ)治療,安慰劑組采用單純牙周基礎(chǔ)治療。治療后2個(gè)月,兩組患者血清MDA水平、糖化血紅蛋白水平、PD均降低(P<0.05),且試驗(yàn)組療效優(yōu)于對(duì)照組。

3.2.3 褪黑素 褪黑素是由腦松果體分泌的激素之一,有強(qiáng)大的神經(jīng)內(nèi)分泌免疫調(diào)節(jié)活性和抗氧化能力。在伴糖尿病的牙周炎大鼠中,輔助應(yīng)用褪黑素溶液(腹腔注射)治療2周后,OSI、牙槽骨吸收程度、RANKL陽(yáng)性破骨細(xì)胞密度、血糖水平均較單純?nèi)コY(jié)扎組低(P<0.05)[30]。Ahmed等[31]研究發(fā)現(xiàn),24例Ⅱ期牙周炎患者作自身對(duì)照,常規(guī)牙周基礎(chǔ)治療后,試驗(yàn)部位牙周袋內(nèi)放置5%的褪黑素凝膠,對(duì)照部位放置安慰劑凝膠,治療3個(gè)月,試驗(yàn)部位GCF中TAC水平增長(zhǎng)百分比、MMP-9、PD、CAL降低百分比更顯著。Bazyar等[32]研究伴糖尿病的牙周炎患者,結(jié)果發(fā)現(xiàn)牙周基礎(chǔ)治療8周后,輔助口服褪黑素片的患者血清中炎癥因子(IL-6、C反應(yīng)蛋白)表達(dá)顯著下降(P<0.05),PD、CAL顯著降低(P<0.001)。

3.2.4 CoQ10 CoQ10也稱(chēng)為泛醌,是人體唯一的脂溶性抗氧化劑,可以抑制蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、DNA過(guò)氧化。金惠姣等[33]建立牙周炎大鼠模型后應(yīng)用CoQ10溶液灌胃處理,連續(xù)給藥12周,發(fā)現(xiàn)對(duì)照組牙齦組織中腫瘤壞死因子-α陽(yáng)性細(xì)胞平均表達(dá)率(54.9%)顯著高于CoQ10治療組(15.1%)(P<0.05),而IL-10陽(yáng)性細(xì)胞平均表達(dá)率顯著低于CoQ10治療組(8.9%vs.38.9%,P<0.05),提示CoQ10可抑制實(shí)驗(yàn)性牙周炎大鼠牙齦組織中炎癥因子的表達(dá),促進(jìn)抗炎因子分泌,可能具有治療和緩解牙周炎癥的作用。近年來(lái),已有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn),與僅行牙周基礎(chǔ)治療相比,CoQ10膠束納米載體的輔助應(yīng)用對(duì)于牙周炎的治療效果更顯著[34]。包括吸煙的牙周炎患者,輔助應(yīng)用CoQ10凝膠,牙周臨床參數(shù)(PD、CAL、改良齦溝出血指數(shù))在治療后1、3個(gè)月均有顯著改善[35]。

3.2.5 多酚化合物 姜黃素和白藜蘆醇屬于多酚化合物,具有良好的抗氧化活性,可以通過(guò)激活Nrf2抗氧化信號(hào)通路,減少ROS產(chǎn)生。Tan等[12]將人牙周膜干細(xì)胞隨機(jī)分為兩組,實(shí)驗(yàn)組置于含有姜黃素的過(guò)氧化氫培養(yǎng)基中,對(duì)照組置于單純的過(guò)氧化氫培養(yǎng)基中,隨后將人牙周膜干細(xì)胞移植到SD大鼠顱骨缺損模型中,模擬體內(nèi)OS環(huán)境。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與對(duì)照組相比,實(shí)驗(yàn)組MDA、ROS水平下降,超氧化物歧化酶、成骨標(biāo)志物(骨鈣素等)mRNA水平升高,細(xì)胞凋亡減少。Bhattarai等[36]研究發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇可以通過(guò)激活Nrf2抗氧化信號(hào)通路來(lái)減輕炎癥,減弱脂多糖刺激下人牙齦成纖維細(xì)胞ROS、MMP-2、MMP-9和Toll樣受體4的表達(dá),減少破骨細(xì)胞的形成。

4 總結(jié)與展望

OS可能通過(guò)過(guò)量釋放ROS,參與炎癥、凋亡信號(hào)通路的調(diào)節(jié),削弱免疫防御等途徑參與牙周炎的發(fā)生發(fā)展。牙周炎患者體液中OS生物標(biāo)志物的水平較高,牙周基礎(chǔ)治療會(huì)對(duì)OS生物標(biāo)志物產(chǎn)生影響。輔助應(yīng)用抗氧化劑可通過(guò)減少ROS的過(guò)量產(chǎn)生、抑制炎癥因子的表達(dá)以及激活Nrf2抗氧化信號(hào)通路,改善牙周組織的炎癥狀態(tài)。然而,抗氧化劑輔助牙周治療的臨床應(yīng)用尚少,大多研究隨訪時(shí)間尚短,仍需要大量研究證明抗氧化劑在牙周炎中的作用。