姜黃素在牙周炎防治中的研究進展

黃晗丹 楊柳青 姚經經 陶 璐 喻錦鈴 高 穎 劉志輝

牙周炎是牙菌斑等局部因素導致的慢性炎癥，常采用齦上潔治術、齦下刮治術等機械治療方法，但受牙齒表面形態或器械的限制，有時無法徹底清除感染物。因此，藥物治療成為機械治療的最常用輔助手段之一。輔助藥物可以抑制致病菌活性，調節宿主炎癥反應等，從而增強機械治療效果，恢復牙周健康。常見輔助藥物有抗生素類藥物和非甾體類藥物等[1]。但抗生素類藥物易導致耐藥菌株的產生或菌群失調；非甾體類藥物可能增加持續出血或發生血腫的風險。因此，亟需發掘兼具療效和安全性的新型輔助藥物。

天然植物提取物具有成本低、副作用小等優點，已逐漸成為研究熱點[2]。姜黃素（curcumin, Cur）是從植物姜黃、莪術中提取的一種活性多酚物質，具有抗炎、抗氧化、抗菌和促傷口愈合等作用[3]。牙周破壞是由菌斑微生物直接損害以及其引發的過度免疫反應間接損害所致，因此姜黃素的抗菌和抗炎作用可用于治療牙周炎。然而，低生物利用度限制姜黃素將體外益處完全轉化為臨床應用。因此不同的藥物傳遞系統如脂質體、納米粒子、固體分散、乳液、膠束等被研發應用[4]。本文就姜黃素防治牙周炎的作用機制及姜黃素的不同傳遞策略進行綜述，旨在為姜黃素用于防治牙周炎的基礎研究和臨床應用提供思路。

一、姜黃素對牙周炎的藥物作用

1.抗菌作用：姜黃素具有較強的抗菌作用，可通過多種抗菌機制來發揮抑菌作用，如影響細胞膜的通透性、細菌分裂蛋白及毒力因子基因的表達等。Bocher 等[5]通過在鈦棒周圍植入人工牙周袋并引入從患者齦溝提取的多種致病菌以構建體外生物膜模型，發現經姜黃素處理后的菌落總量減少97.35%（P＜0.05），顯著強于對照組。進一步將姜黃素作用于牙齦卟啉單胞菌（Porphyromonas gingivalis,P.gingivalis）、具核梭桿菌及齒垢密螺旋體等牙周致病菌，發現姜黃素可以抑制它們的生長，其中20 mg/mL的姜黃素對P.gingivalis生物膜的抑制作用達到80%，且劑量依賴性抑制P.gingivalis毒力因子（牙齦蛋白酶R 和牙齦蛋白酶K）的活性[6]。并且姜黃素及其衍生物可插入到磷脂雙層中增加膜的通透性，還可抑制細菌二分裂時供應能量和驅動分裂的重要蛋白FtsZ從而抑制細菌分裂。這使得姜黃素有膜透性活性及廣譜抗菌性，可用于與抗生素協同給藥，提高抗生素的攝入率以增加藥效[7]。

2.抗炎作用：姜黃素具有活躍的抗炎活性，可成為宿主炎癥調節的一種天然藥物選擇。姜黃素在分子水平上已被證明通過調控NF-κB[8]、Janus 激酶（janus kinase，JAK）/信號轉導及轉錄激活蛋白（signal transducer and activator of transcription，STAT）、絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPK）[9]等信號通路，抑制炎癥因子如促炎因子白介素（interleukin, IL）-1β、IL-6 和腫瘤壞死因子（tumornecrosisfactor, TNF）-α 等發揮抗炎作用，抑制牙周炎進展[10]。其中NF-κB 通路為主要途徑之一，當出現刺激時，NF-κB 通過級聯反應結合到目標基因啟動子區域，促進炎癥因子等轉錄表達。調節NF-κB 信號轉導和IL 分泌是姜黃素調節炎癥小體最重要的功能機制[8]。姜黃素可上調細胞因子信號轉導抑制因子(suppressor of cytokine signaling, SOCS)-1 減少JAK2/STAT3 信號通路的表達，從而下調炎癥因子表達來抑制炎癥[11]。例如，在結腸炎中姜黃素通過誘導SOCS1、SOCS3 下調JAK2、STAT3 和STAT6 可以減輕結腸炎癥狀和抑制樹突狀細胞[12]。抑制STAT 信號通路可以降低炎癥細胞因子的表達和水平，從而減輕炎癥反應引起的疾病。此外，姜黃素還通過調節SOCS-1 和SOCS-3以及p38 MAPK 的表達和活性，有效抑制了LPS 誘導的巨噬細胞中炎癥細胞因子的表達[9]。并且姜黃素可以通過抑制神經細胞的JNK/MAP 信號通路，顯著減輕炎性疼痛[13]。Xiao 等[14]在結扎誘導的大鼠實驗性牙周炎模型中證明姜黃素可抑制NF-κB 活化以及減少IL-1β、PGE2、TNF-α 的產生而顯著減少炎細胞浸潤。此外，Diomede等[15]發現體外實驗中姜黃素作用于牙周膜干細胞時可能通過一種新型機制級聯活性氧（ROS），即Toll 樣受體4/髓樣分化因子88/NF-κB/炎性小體NLRP3/半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1/IL-1β 信號通路，從而成為一種重建組織內穩態的新型靶點藥物。

3.骨保護作用：姜黃素具有較強的骨保護作用，主要通過抑制炎性骨喪失、促進干細胞增殖和分化實現。姜黃素通過抑制TNF-α, IL-6 等以及NF-κB 受體活化因子（receptor activator of nuclear factor-κB，RANK）和RANK 配體（receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL），減輕炎癥反應和牙槽骨的吸收[16]，RANKL 誘導破骨細胞分化，是骨代謝的主要調節劑及牙周炎中牙槽骨破壞機制的關鍵。在牙齦成纖維細胞中的體外實驗發現姜黃素糾正了LPS誘導的骨保護素/RANKL比值降低，進一步對牙周炎大鼠飼喂姜黃素后檢測發現牙槽骨喪失減少，膠原纖維分解減弱[14]。Bakir 等[10]推測姜黃素通過抑制T 細胞分化，從而降低破骨細胞生成。此外，人牙周膜干細胞可分化為成骨細胞，促進牙槽骨再生，慢性炎癥中ROS 的過量產生破壞了氧化還原穩態，導致細胞損傷及凋亡，抑制骨分化，研究發現姜黃素預處理可以保護干細胞抗氧化應激，促進細胞增殖和成骨分化[17]。

二、姜黃素的體內藥代動力學和安全性

1.姜黃素的吸收、分布：姜黃素口服吸收率極低，分布受限?？诜? g/kg 姜黃素的大鼠血漿濃度最高為1.35 μg/mL，口服1 g/kg 姜黃素的小鼠血漿濃度最高為0.22 μg/mL，口服12 g 姜黃素的志愿者血漿濃度最高為0.051 μg/mL[18]。這可能由于姜黃素不溶于水，在消化道吸收較少，還需經過肝臟的首過消除，而大部分進入下消化道的姜黃素被快速代謝或排出所致，因此血藥濃度極低。又加上姜黃素易與血漿蛋白結合，所以在各組織的分布受限。腹腔注射0.1 g/kg姜黃素的小鼠在1 h后，腸道中姜黃素含量達到最大值（0.117 g/kg），脾、肝、腎和腦的姜黃素含量分別為0.0261 g/kg、0.0269 g/kg、0.0075 g/kg和0.0004 g/kg[19]。

2.姜黃素的代謝、排泄：姜黃素體內代謝快，主要在肝臟和腸道中代謝，通過糞便排泄?？诜? g/kg姜黃素的小鼠，1 h 后血漿內姜黃素濃度迅速下降，6 h 內降至檢測限（5×10-9g/mL）以下[19]。Burapan等[20]進一步體外實驗發現姜黃素被人類腸道細菌Blautia sp.MRG-PMF1 去甲基化為去甲基姜黃素，再繼續去甲基為雙去甲基姜黃素?？诜?，大部分姜黃素通過糞便排出，一小部分姜黃素在腸道內被吸收，在肝臟和血漿中迅速代謝[18]。給大鼠口服1 g/kg 的姜黃素后，檢測到糞便中的排泄量約75%，而尿中的含量卻微乎其微[21]。

3.姜黃素的安全性：作為FDA 歸類為公認安全的物質[22]，姜黃素的安全性很高。大鼠口服姜黃素高達5 g/kg 時，未發現明顯毒性作用，且進行3 代以上長期研究未發現致畸或致癌作用，也未損害生殖能力等[19]。第一階段的臨床試驗表明，姜黃素在人體內即使在高劑量(12 g/d)下也是安全的，志愿者未發現明顯不良反應[23]；以劑量為0.5 g，一天兩次口服姜黃素制劑持續30天對人體是安全的[24]。

三、姜黃素的常用傳遞系統

不同的策略如提高姜黃素溶解度，合成姜黃素納米制劑，聯合佐劑，合成新的姜黃素衍生物和類似物，設計姜黃素雜化分子等均被應用于提高姜黃素的生物利用度[25]，其中脂質體、納米粒子、佐劑、膠束、水凝膠最為廣泛使用，表1 為姜黃素的常用傳遞系統以及不同傳遞系統之間的特點比較。

表1 不同傳遞系統的特點比較

1.脂質體：脂質體是人工構建的球形雙分子層囊泡結構[26]。脂質體的包封能顯著改善姜黃素的多種理化特性。通過包被牛血清白蛋白構建姜黃素脂質體的長循環給藥體系，具有低吞噬、緩釋、增強穩定性、無毒性等特點[27]。此外，開發具有靶向性的脂質體制劑可以進一步提高姜黃素的藥效。Barattin[28]等制備了一種新型pH 敏感脂質體，采用四精氨酸-二硬脂酰甘油和聚乙二醇化對應物修飾脂質體，其中包含pH 敏感的聚陰離子嵌段，在腫瘤的酸性環境下易暴露精氨酸部分，增強脂質體靶向結合癌細胞。

2.納米粒子：納米微粒給藥系統可提高疏水性藥物的溶解性，同時小顆?？梢匝娱L藥物在體循環中維持時間和改變分布，并允許靶向和跨屏障運輸[29]。采用乳化低溫凝固法將姜黃素包裹在固體脂質納米粒中，增加細胞內姜黃素濃度及其在線粒體中的積累，并提高其水溶液穩定性，以增強姜黃素治療活性[30]。12 名志愿者分別口服γ-環糊精姜黃素制劑和姜黃素，與直接口服姜黃素相比，服用γ-環糊精姜黃素制劑后血漿姜黃素濃度更高，人體對姜黃素吸收增強，生物利用度明顯提高[31]。目前常見的納米粒子還有介孔二氧化硅納米顆粒、蛋白質基納米載體等[32]，未來也可應用于提高姜黃素的生物利用度。

3.佐劑：佐劑可改變姜黃素的代謝從而間接提高生物利用度，如胡椒堿、卵磷脂和芝麻素等。在體內代謝時葡萄糖醛酸基轉移到姜黃素的羥基形成葡萄糖醛酸苷，姜黃素活性降低，易外排。胡椒堿是一種肝和腸的葡萄糖醛酸酸化抑制劑[33]，其主要通過抑制葡萄糖醛酸化酶對姜黃素的醛酸化以提高姜黃素的生物利用度。給予人工構建牙周炎模型的大鼠姜黃素和胡椒堿，發現與單獨應用姜黃素組相比，聯合應用可明顯降低牙周組織中NF-κB 的活性，減少炎癥細胞浸潤，增加膠原含量，具有促進牙周炎軟組織愈合和骨組織礦化的潛力[34]。進一步體外實驗發現姜黃素聯合胡椒堿可抑制破骨細胞特異性標志抗酒石酸酸性磷酸酶（TRAP）、組織蛋白酶K 和降鈣素受體的表達，減少破骨發生，且不會對牙周膜細胞產生毒性作用[35]。

4.膠束：膠束指在水溶液中，表面活性劑形成的分子有序聚集體，由親水殼和疏水核組成，可裝載疏水藥物。納米級膠束可從血管壁溢出進入細胞，且膠束的外親水殼可逃脫網狀內皮系統的清除，延長藥物體循環時間。制備姜黃素聚乳酸-葡聚糖納米膠束，考察其對假單胞菌的抗菌活性發現，與游離姜黃素相比，姜黃素膠束可較好地滲透生物膜進而有效破壞，增強了姜黃素的抗菌作用[36]。LeeD 等[37]設計了一種酸響應姜黃素聚合物，由1,4,4'-三亞甲基二哌啶和聚乙二醇丙烯酸酯共軛加成，將姜黃素納入其疏水主干后，由于兩親性，在水條件下自組裝成膠束，在酸性條件下迅速釋放姜黃素。解決了姜黃素水溶性差的問題，且具有病理學上的刺激反應能力，實現控制化釋放。

5.水凝膠：水凝膠是以水為分散介質的半固體凝膠，通常為親水性三維網絡結構，可實現姜黃素緩釋且具有強黏膜親和力以及長局部滯留時間等優勢，適于作為經皮膚、黏膜給藥劑型。采用羥丙基-β-環糊精提高姜黃素的溶解度，將其負載到細菌纖維素水凝膠中，對葡萄球菌顯著抑制，還具有血液相容性、細胞相容性和抗氧化作用等[38]。以泊洛沙姆F 127為溫敏聚合物，波普P 934為pH敏感聚合物，配制可控釋放的姜黃素水凝膠，體外實驗證明該凝膠易插入牙周袋、控釋藥物時間長，進一步臨床試驗發現牙周炎患者刮治術后應用該凝膠與不用相比，可明顯減小牙周探診深度和出血指數，且提高患者依從性[39]。

四、姜黃素的臨床應用

在臨床研究中，應用姜黃素作為牙周治療的輔助手段，可以顯著減少牙周炎癥。Ravishankar 等[45]選取牙周炎患者分別應用姜黃素凝膠和奧硝唑凝膠，1 個月評價時，姜黃素凝膠比奧硝唑凝膠具有更好的治療效果，牙周袋深度、菌斑指數和臨床附著喪失明顯降低。Pulikkotil 等[46]選取健康受試者，分別應用姜黃素、氯己定和氯己定-甲硝唑凝膠作為維持口腔衛生的唯一方法，構建29 天牙齦炎模型，評估牙周狀況和齦溝液中IL-1β 和粘膜相關上皮趨化因子（MEC/ C-C motif chemokine 28, CCL28）的變化，發現姜黃素組與氯己定-甲硝唑凝膠組牙周狀況相當，但IL-1β 與CCL28顯著低于氯己定凝膠組。此外，一項納入9 項隨機對照試驗、涉及420 名檢測者/位點的meta 分析[47]顯示，與同作為輔助藥物的氯己定相比，姜黃素對降低牙周袋深度、臨床附著喪失、牙齦指數和菌斑指數的效果相似。另一項評估姜黃素漱口水對菌斑和牙齦指數作用的meta 分析也得出了相似的結論，姜黃素和氯己定在減少菌斑（CI:-0.53,1.07,P=0.51）和牙齦指數（CI:-0.35,0.09,P=0.24）方面具有相當的療效[48]。氯己定是目前牙周輔助用藥的“金標準”藥物，姜黃素與其療效相當，說明姜黃素在抑制牙周致病菌、減輕炎癥程度、改善牙周臨床指標等方面具有重要作用。