氧化應激及抗氧化劑輔助治療牙周炎的研究進展

任佳宇,任秀云

牙周炎是一種微生物相關、宿主介導引起牙周附著喪失的炎癥,發生機制較為復雜[1]。牙周穩態反映了牙周定植菌和宿主固有免疫之間的動態平衡。氧化應激(oxidative stress,OS)是由于內源性或外源性刺激使機體活性氧(reactive oxygen species,ROS)產生過多和/或清除較少,導致氧化-抗氧化穩態失衡,引起組織細胞氧化損傷的反應[2]。OS與牙周炎的發生發展密切相關[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[4]。

1 OS與牙周炎的相關性

近年來,大量研究證明OS參與了牙周炎的發生發展。通過將紅色復合體的混懸液接種于大鼠齦溝內,建立牙周炎模型,采集齦下菌斑樣本,發現牙周炎大鼠的氧化應激指數(oxidative stress index,OSI)是正常組的5倍[5]。Chandra等[6]通過ROS分析顯示,慢性牙周炎患者牙齦成纖維細胞中的ROS生成量較健康對照組增加了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,同時收集唾液,檢測OS生物標志物,結果發現,與前兩組患者相比,慢性牙周炎組患者唾液中OS生物標志物水平較高,且紅色復合體細菌存在的菌斑樣本中OS生物標志物水平最高。Toczewska等[7]發現,與健康對照組相比,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(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]通過檢測血漿和GCF中蛋白質總氧化水平指標蛋白羰基,發現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(plaque index,PI)、牙齦指數(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。

以上證據均表明,OS與牙周炎的發生發展密切相關。牙周炎癥程度增加,OS生物標志物表達水平升高,且與牙周臨床參數相關。這提示我們在牙周炎的進展中,OS可能發揮一定的促進作用。

2 OS促進牙周炎發生發展的機制

研究發現,高反應性外周血中性多形核白細胞(polymorphonuclear leukocytes,PMNs)產生的過量ROS是牙周炎中OS的潛在來源[9-10]。成熟的PMNs受外源性病原體及其產物刺激,穿過血管內皮,到達炎癥部位,通過吞噬細菌,釋放溶酶體酶或呼吸爆發來殺滅細菌,同時產生ROS抵御感染。然而,過量ROS生成可誘導OS的發生。OS可以直接導致細胞外基質降解及線粒體DNA過早氧化損傷[11-12],對牙周組織產生直接損害,加重炎癥反應[13],促進牙周膜細胞凋亡;還可以通過增強基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)的活性,間接調節炎癥、凋亡相關信號通路,導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胞暴露于亞致死濃度過氧化氫后,活性MMP-2、MMP-9表達顯著增加,激活核因子κB信號通路,促進牙槽骨吸收。相反,抗氧化信號通路的激活能夠減輕ROS引起的細胞損傷,維持細胞的氧化還原穩態,從而減少牙周膜干細胞的凋亡。Liu等[17]應用不同濃度梯度的過氧化氫刺激牙周膜干細胞,隨著ROS的增加,核因子E2相關因子2(nuclear factorerythroid2-related factor2,Nrf2)介導的抗氧化信號通路也被激活,通過上調其下游的抗氧化酶來清除過量ROS,減少牙周膜干細胞的凋亡。

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

在牙周炎的發生發展中,OS能夠通過直接或間接參與免疫炎癥反應,引起牙周組織破壞,這提示我們可以從抑制或消除OS產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 牙周基礎治療

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

牙周基礎治療后2～3個月,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-羥基脫氧鳥苷(8-hydroxydeoxyguanosine,8-OHdG)水平較基線時顯著降低(P<0.05),并且牙周臨床參數如探診出血(bleeding on probing,BOP)、PI、PD和CAL也顯著改善(P<0.05)[22-23]。在一項針對伴2型糖尿病牙周炎患者的臨床干預研究中,Mizuno等[24]發現,與僅接受口腔衛生指導組相比,接受完善的牙周非手術治療組3個月后血清中OSI顯著降低。

綜上,牙周基礎治療短時間內可能會造成OS生物標志物表達升高,隨著時間延長,OS生物標志物表達顯著降低,說明從遠期效果來看,牙周基礎治療能夠改善OS狀態。關于牙周基礎治療在改善OS狀態中的作用,目前仍然需要進行更長時間的隨訪研究,尋找更精準的OS標志物。

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、蛋白質和DNA等發生自動氧化的物質,且其在較低濃度時即可起效[25]。主要分為酶抗氧化劑(包括谷胱甘肽過氧化物酶等)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、類胡蘿卜素、多酚化合物等營養抗氧化劑)[26]。大量研究發現抗氧化劑輔助治療有助于改善牙周炎癥狀態[4]。

3.2.1 維生素C 維生素C,也稱為抗壞血酸,是一種水溶性抗氧化劑,通過減少ROS減輕牙周炎的炎癥程度。動物實驗表明,與單獨牙周基礎治療相比,局部[27]或全身[28]輔助應用維生素C,可以減輕血清中OS標志物(MDA、OSI)水平,抑制骨吸收標志物(Ⅰ型膠原交聯C-末端肽)、增加成骨標志物(如骨密度指數)的表達。

3.2.2 番茄紅素 番茄紅素是植物中存在的一種類胡蘿卜素,具有很強的ROS清除和抗氧化能力。Ali等[4]將牙周炎患者隨機分為3組,分別使用番茄紅素凝膠、鹽酸米諾環素微球凝膠、安慰劑凝膠輔助牙周治療,于治療前和治療后30 d記錄牙周臨床參數及GCF中白細胞介素(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,結果顯示:鹽酸米諾環素微球凝膠治療組和番茄紅素凝膠治療組CAL改善量顯著高于對照組(P<0.05),GCF中TIMP1的水平也顯著上調,可抑制MMPs的產生,減少ROS。Reddy等[29]將40例伴糖尿病的牙周炎患者隨機分成兩組,試驗組采用番茄紅素軟凝膠輔助牙周基礎治療,安慰劑組采用單純牙周基礎治療。治療后2個月,兩組患者血清MDA水平、糖化血紅蛋白水平、PD均降低(P<0.05),且試驗組療效優于對照組。

3.2.3 褪黑素 褪黑素是由腦松果體分泌的激素之一,有強大的神經內分泌免疫調節活性和抗氧化能力。在伴糖尿病的牙周炎大鼠中,輔助應用褪黑素溶液(腹腔注射)治療2周后,OSI、牙槽骨吸收程度、RANKL陽性破骨細胞密度、血糖水平均較單純去除結扎組低(P<0.05)[30]。Ahmed等[31]研究發現,24例Ⅱ期牙周炎患者作自身對照,常規牙周基礎治療后,試驗部位牙周袋內放置5%的褪黑素凝膠,對照部位放置安慰劑凝膠,治療3個月,試驗部位GCF中TAC水平增長百分比、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,結果發現牙周基礎治療8周后,輔助口服褪黑素片的患者血清中炎癥因子(IL-6、C反應蛋白)表達顯著下降(P<0.05),PD、CAL顯著降低(P<0.001)。

3.2.4 CoQ10 CoQ10也稱為泛醌,是人體唯一的脂溶性抗氧化劑,可以抑制蛋白質、脂質、DNA過氧化。金惠姣等[33]建立牙周炎大鼠模型后應用CoQ10溶液灌胃處理,連續給藥12周,發現對照組牙齦組織中腫瘤壞死因子-α陽性細胞平均表達率(54.9%)顯著高于CoQ10治療組(15.1%)(P<0.05),而IL-10陽性細胞平均表達率顯著低于CoQ10治療組(8.9%vs.38.9%,P<0.05),提示CoQ10可抑制實驗性牙周炎大鼠牙齦組織中炎癥因子的表達,促進抗炎因子分泌,可能具有治療和緩解牙周炎癥的作用。近年來,已有學者研究發現,與僅行牙周基礎治療相比,CoQ10膠束納米載體的輔助應用對于牙周炎的治療效果更顯著[34]。包括吸煙的牙周炎患者,輔助應用CoQ10凝膠,牙周臨床參數(PD、CAL、改良齦溝出血指數)在治療后1、3個月均有顯著改善[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,可以通過激活Nrf2抗氧化信號通路,減少ROS產生。Tan等[12]將人牙周膜干細胞隨機分為兩組,實驗組置于含有姜黃素的過氧化氫培養基中,對照組置于單純的過氧化氫培養基中,隨后將人牙周膜干細胞移植到SD大鼠顱骨缺損模型中,模擬體內OS環境。實驗結果表明,與對照組相比,實驗組MDA、ROS水平下降,超氧化物歧化酶、成骨標志物(骨鈣素等)mRNA水平升高,細胞凋亡減少。Bhattarai等[36]研究發現白藜蘆醇可以通過激活Nrf2抗氧化信號通路來減輕炎癥,減弱脂多糖刺激下人牙齦成纖維細胞ROS、MMP-2、MMP-9和Toll樣受體4的表達,減少破骨細胞的形成。

4 總結與展望

OS可能通過過量釋放ROS,參與炎癥、凋亡信號通路的調節,削弱免疫防御等途徑參與牙周炎的發生發展。牙周炎患者體液中OS生物標志物的水平較高,牙周基礎治療會對OS生物標志物產生影響。輔助應用抗氧化劑可通過減少ROS的過量產生、抑制炎癥因子的表達以及激活Nrf2抗氧化信號通路,改善牙周組織的炎癥狀態。然而,抗氧化劑輔助牙周治療的臨床應用尚少,大多研究隨訪時間尚短,仍需要大量研究證明抗氧化劑在牙周炎中的作用。