木犀草素在牙周炎防治中的研究進展

趙溟昱,時彬冕,謝旭東,許春梅,王 駿

牙周炎是發生在牙周支持組織的慢性炎癥性疾病,微生物與宿主免疫防御的相互作用決定了疾病的過程和進展[1]。隨著牙周炎的發展,牙周組織發生一系列病理性改變,包括牙周軟組織和牙槽骨的不可逆性破壞[2]。牙周炎的治療目的是消除炎癥,阻止病程進一步發展,并最終實現牙支持組織再生。近年來,宿主免疫療法在牙周領域受到廣泛關注,其中調節宿主炎癥反應和牙周組織內病理性膠原破壞是兩條主要路徑[3]。非甾體類抗炎藥是最早被研究并進入牙周炎臨床試驗的宿主免疫調節藥物,但該類藥物具有誘發胃腸道反應、腎功能衰竭及嚴重心血管疾病等副作用,且在停藥后會加速牙槽骨丟失[4]。

天然化合物近年來在牙周炎治療中顯示出巨大的應用價值[5],其中,木犀草素因其具有抗炎能力在牙周疾病中也發揮一定作用。本文歸納整理了木犀草素在抑制牙周炎相關牙周組織破壞方面的研究進展,以期為牙周炎的治療策略提供理論基礎和新思路。

1 木犀草素簡介

木犀草素是一種天然四羥基黃酮類化合物,分子量為286.23 ku,因最初從草本植物木犀草的葉、莖、枝中分離出而得名[6]。木犀草素廣泛分布于花卉、草本植物、蔬菜和香料中[7]。與其他黃酮類化合物類似,木犀草素具有多種藥理作用,包括抗氧化、抗菌、抗炎等特性[8-11]。

目前,富含木犀草素的藥物已被廣泛應用于糖尿病、阿爾茨海默病、癌癥和痛風等疾病的研究[12-17]。

2 木犀草素抑制牙周組織破壞

在牙周炎中,炎癥介質參與牙周組織損傷破壞的整個過程,可導致軟組織破壞以及硬組織吸收[18]。研究發現木犀草素可通過調控多條炎癥信號通路(包括核因子-κB(nuclear factor-kappa B,NF-κB)、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(proteinserine-threonine kinase,AKT)/磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol3-kinase,PI3K)、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)和誘導型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)/一氧化氮(nitric oxide,NO)通路等)抑制白細胞介素(interleukin,IL)-1β、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α、前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)等炎癥介質的表達,在牙周炎癥反應中發揮抗炎作用,抑制牙周組織破壞。

2.1 木犀草素抑制牙周軟組織破壞

牙周炎會引起牙周結締組織中Ⅰ型膠原降解,進而導致附著喪失[19],基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)在其中起重要作用。MMP是一類依賴于Ca2+、Zn2+等金屬離子的酶,在牙周炎癥反應中大量表達,特別是MMP-8、MMP-9和MMP-14,造成牙周組織細胞外基質中的膠原蛋白發生不可逆的降解破壞[20]。Balci等[21]研究發現,木犀草素可上調金屬蛋白酶組織抑制劑(tissue inhibitor of metalloproteinase,TIMP)-1的水平,抑制牙周炎中MMP-8的產生,進而抑制牙周組織基質內膠原蛋白變性和降解,調節宿主免疫,減少牙周軟組織破壞。此外,Casili等[7]研究發現木犀草素能夠顯著降低牙周炎大鼠牙齦黏膜修復組織中膠原纖維的比例,減輕炎癥損傷導致的牙周組織纖維化。

NF-κB信號通路是免疫炎癥反應的重要調節通路,在牙周炎的發生發展中發揮關鍵作用[22]。Casili等[7]研究發現細菌脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)刺激上調了牙周炎大鼠牙齦組織中NF-κB蛋白的表達,而木犀草素能通過阻斷NF-κB信號通路,進而降低促炎細胞因子TNF-α和IL-6以及促炎酶環氧合酶(cyclooxygenase,COX)-2和iNOS的表達水平,阻止炎癥造成組織破壞。靜息狀態下,人牙齦成纖維細胞中的NF-κB二聚體與抑制蛋白IκB在細胞質結合成為三聚體。LPS刺激IκB的泛素化降解,NF-κB二聚體移位至細胞核,驅動細胞核中的靶基因轉錄。研究顯示,木犀草素抑制了IκB的降解,進而抑制NF-κB通路介導的促炎介質表達。Gutiérrez‐Venegas等[23]通過體外研究證明,應用木犀草素可抑制LPS對NF-κB核定位的影響,繼而影響炎癥介質NO的基因轉錄。此外,木犀草素對NF-κB信號通路的抑制作用與AKT/PI3K選擇性抑制劑LY294002的作用相似,AKT/PI3K通路的激活可導致NF-κB活化,提示木犀草素可能通過阻斷AKT/PI3K信號通路下調NF-κB信號,從而發揮抗炎作用。

除此之外,Gutiérrez-Venegas等[23-25]的一系列研究發現,木犀草素能通過抑制人牙齦成纖維細胞中ERK-1/2、p38和JNK磷酸化,阻斷MAPK信號通路傳導,下調LPS刺激的人牙齦成纖維細胞COX-2表達,使其低于基礎轉錄水平,進而抑制前列腺素參與的牙齦炎癥反應。表明木犀草素的抗炎作用還與MAPK信號通路有關。

2.2 木犀草素抑制牙槽骨破壞

2.2.1 木犀草素抑制破骨過程

隨著牙周炎的發展,牙槽骨發生不可逆性破壞,具體表現為破骨細胞介導的骨吸收與成骨細胞介導的骨形成之間平衡的破壞[26]。研究表明,木犀草素可通過調控核因子-κB受體活化因子配體(receptor activator of nuclear factor-κB ligand,RANKL)/骨保護素(osteoclastogenesis inhibitory factor,OPG)和iNOS/NO信號通路抑制單核巨噬細胞向破骨細胞分化,降低破骨細胞活性,減少骨吸收,從而減輕牙周炎造成的牙槽骨破壞[27]。

RANKL是破骨細胞活化所需的重要細胞因子,其與破骨細胞上的核因子-κB配體受體激活劑(receptor activator of nuclear factor-κB,RANK)結合,提高破骨細胞的活性。OPG是RANKL的可溶性誘餌受體,阻礙RANK/RANKL結合并抑制破骨細胞生成[26]。在牙周炎患者牙周組織中,RANKL/OPG比值上升,提示破骨與成骨平衡紊亂[28]。Balci等[21]在絲線結扎誘導的大鼠牙周炎模型中應用木犀草素進行治療,發現治療組大鼠釉牙骨質界到牙槽嵴頂的距離明顯少于對照組,并且TRAP染色陽性破骨細胞計數也相對減少,表明木犀草素可有效抑制破骨細胞活化,抑制骨吸收破壞。進一步研究結果顯示,治療組中RANKL表達水平相對對照組降低,而OPG水平升高,提示木犀草素可通過降低RANKL/OPG比值減輕對破骨細胞的激活作用。Kim等[29]研究發現使用木犀草素能阻斷RANKL對骨髓細胞向破骨細胞分化的激活作用,抑制破骨細胞相關基因(NFATc1、c-Src、DC-STAMP、MMP-9、蛋白酶K和TRAP)的表達,阻礙破骨細胞分化。另外,木犀草素還能通過抑制RANKL介導的Ca2+信號轉導發揮抑制破骨細胞分化作用[30]。

在生理狀態下,iNOS催化生成的NO會抑制破骨細胞引起的骨吸收;而病理狀態下,超過生理狀況1 000倍的NO導致破骨細胞活性增強,成骨細胞活性下降[31]。在大鼠牙周炎模型中,唾液和血清NO水平隨著牙槽骨的破壞進程顯著增加,牙周組織中iNOS水平也明顯升高[32]。有研究在體外評估了木犀草素調節LPS刺激人牙齦成纖維細胞產生NO的能力,發現木犀草素顯著抑制NO的合成[33]。同時,多項體內研究均證實了木犀草素可通過阻斷iNOS/NO信號通路,減輕動物牙周炎模型中的牙槽骨吸收[7,21],提示木犀草素可能是NO介導牙周組織損傷的有效治療藥物。

此外,氧化應激誘導破骨細胞前體轉化為成熟破骨細胞,是骨丟失的重要因素之一[34],木犀草素可減少骨丟失,其強大的抗氧化性可能在其中發揮關鍵作用[9]。

2.2.2 木犀草素促進成骨過程

牙周膜干細胞(periodontal ligament stem cells,PDLSCs)是牙周組織修復的重要干細胞來源,可分化為成纖維細胞、成骨細胞和成牙骨質細胞[35]。經典Wnt信號通路通過提高ALP的活性和成骨相關基因的表達促進PDLSCs的成骨分化[36]。Quan等[37]向體外培養的PDLSCs中加入木犀草素,發現木犀草素可以通過以下方式促進PDLSCs的成骨向分化能力:①升高堿性磷酸酶活性以及鈣化結節的含量;②上調成骨分化相關基因如骨形態發生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)-2、骨鈣素(osteocalcin,OCN)、成骨細胞特異性轉錄因子Osterix和Runt相關轉錄因子2(runt-related transcription factor 2,RUNX2)的表達。進一步研究表明,木犀草素提高了成骨向分化相關的Wnt/β-catenin通路蛋白成員cyclin D1和β-catenin的水平,并且能夠拮抗β-catenin蛋白解聚誘導劑XAV939的作用。因此,木犀草素可能通過上調Wnt/β-catenin信號水平來促進PDLSCs向成骨細胞分化,進而促進牙周骨組織再生。除此之外,木犀草素還能通過ERK/Lrp-5/GSK-3β信號途徑使成骨細胞凋亡減少和成骨細胞分化增加[38]。在動物實驗中,木犀草素處理組的牙周炎小鼠牙周組織切片中成骨細胞計數增多,同時BMP-2水平顯著上調,提示木犀草素改善了牙周炎引起的成骨抑制[21]。然而,目前還沒有研究將木犀草素應用于牙周組織的骨再生模型中,其促進牙周骨組織再生的能力仍有待進一步驗證。

綜上所述,木犀草素改善過于活躍的骨吸收與受抑制的骨形成之間的失衡關系,從而減輕牙周炎中牙槽骨的破壞。

3 總結與展望

木犀草素是一個多靶點的抗炎藥物,其優良的抗炎效應是多條炎癥信號通路綜合作用的結果。這意味著在發揮相同的抗炎作用時,木犀草素能更有效地避免不良反應[39]。截至目前,木犀草素在炎癥中作用已被廣泛研究和報道,但對其在牙周炎中作用的研究較少。木犀草素通過調節NF-κB、MAPK和iNOS/NO等多種信號通路下調炎癥介質的表達,抑制過度炎癥對牙周組織的損傷。此外,木犀草素不但能減輕牙周組織中膠原蛋白破壞,還被證明通過促進成骨和抑制破骨來保護牙槽骨。盡管木犀草素在牙周炎相關研究中表現出多維度的治療潛力,目前還沒有臨床試驗將其應用于牙周炎患者的治療中,其發展潛能、相關作用機制及安全性仍有待進一步研究。此外,木犀草素的低水溶性限制了其在牙周炎中的應用,而利用聚維酮制備的木犀草素無定形固體分散體較好地提高了其在唾液中的溶解度[40],為木犀草素在牙周炎領域的產品設計提供了更多選擇。