声动力疗法在牙周病防治中的研究进展

王碧琳，闫春阳，庄德舒，张 祎，王宜静，毕良佳

牙周病是发生于牙周支持组织的炎症性疾病，影响全世界15%～20%人口[1]，是常见的口腔细菌感染性疾病。牙周病防治的主要方法是清除始动因素牙菌斑生物膜，在预防方面主要包括牙刷、牙线及牙间隙刷的使用，在治疗方面主要包括龈上洁治术、龈下刮治术(SRP)和辅助使用漱口水及抗生素，但是这些方法都存在一定的局限性。本文在阐述以上防治方法以及局限性的同时，介绍有关牙周病防治的一些前沿研究，重点对声动力疗法(sonodynamic therapy, SDT)的概念、作用机制以及对牙周病的作用进行综述。

1 牙周病的防治

1.1 牙周病的常规防治方法

主要由患者采用机械方式清除菌斑，而患者因自身清除菌斑效率和方法不佳，常导致牙龈炎继而诱发牙周病[2]。牙周病的常规治疗中，基础治疗SRP有局限性：某些后牙轴角或者根分叉部位等解剖结构限制的区域应用手用器械往往无法深入到牙周袋底进行彻底清创，且与放线菌相关的病例，单纯使用SRP并不能达到最佳的治疗效果[3]。在药物治疗中，使用氯己定漱口水可以在一定程度上抑制细菌，但其具有细胞毒性[4-5]；使用抗生素阿莫西林、甲硝唑及阿霉素等辅助治疗牙周病有效[6-7]，但此类药物存在一定弊端，如不易渗透生物膜并且长期服用有耐药性[8-9]，因此漱口水及抗生素的使用并不是辅助治疗牙周病的最佳手段。在这种情况下，出现了一些新兴的牙周病防治思路，为提高牙周病治疗效率及效果提供了可能性。

1.2 牙周病预防以及辅助治疗进展

牙周病防治研究前沿主要包括应用微生物、蜂胶提取物、金属材料和光动力疗法(PDT)等，它们都有一定抗菌能力以及防治牙周病的潜在能力。

基于以上牙周防治进展，急需能解决上述缺点的牙周防治新方法。

2 SDT概述

2.1 SDT的出现

1989年，日本学者Yumita等[15]在利用血卟啉类衍生物作为光敏剂进行PDT时，发现血卟啉类药物也能通过超声激活引起明显的细胞损伤，提出声动力疗法的概念。随着超声医学的进步，一些学者发现使用超声激活部分光敏剂同样可以达到杀伤作用，并将介导SDT发挥作用的敏化剂定义为声敏剂，自此展开了关于SDT的相关研究。

2.2 SDT概念

SDT是超声波联合声敏剂对目标细胞或病原微生物进行杀伤的治疗方法，主要依靠超声作为能量源激活声敏剂[16]。在SDT中低频超声具有无害性、价格低而且可重复使用等优点，因此在医学诊断、治疗以及工业上被广泛使用。例如介导的微生物杀伤在医学中用于洁牙机清除菌斑，在工业中可降低食物中的细菌负荷且对食物本身无影响[17]。超声可在无创条件下引发声敏剂产生化学变化，对靶向组织产生杀伤效应。SDT使用的声敏剂有多种类型，主要集中于卟啉类、氧杂蒽类、喹诺酮类、吩噻嗪类、非甾体抗炎药等，其中卟啉类及其衍生物由于毒性低等特点是SDT中应用最广的声敏剂类型[18]。

2.3 SDT与PDT比较

2.3.1 SDT与PDT的相同点 SDT与PDT均可应用于治疗牙周病，二者都是无创非侵入性操作，具有一定的靶向性，对周围正常组织损伤程度最小化。体外实验研究表明，使用SDT与PDT后，肿瘤细胞活性氧(ROS)水平均有所上升，胞内ROS含量的提升会导致细胞内氧化压力升高，继而引发细胞死亡[19]。两者可以单独应用，也能联合应用，还能与放、化疗联合应用[17,19-20]。

2.3.2 SDT与PDT的不同点 在作用能力上，与光波的短穿性相比，声波可到达组织深部进行作用。SDT的穿透力具有适当的组织衰减系数，在到达深层病损的同时，能把能量安全无创地聚焦到深层范围内的靶细胞[19]。因此SDT在某种程度上改良了PDT只能应用于浅表疾病治疗的局限性，不但可以杀灭细胞，还可以最大限度减少不良反应[21-22]。在作用机制方面，PDT的作用主要围绕在ROS的生成、肿瘤周围血管的破坏以及激活机体对靶细胞的免疫应答这三方面[23]，而SDT的作用机制与PDT相比有较大的不同。

3 SDT作用机制

现有研究表明SDT存在的作用机制包括声空化作用、声致发光作用、热效应、单线态氧机制以及递送作用等[20,24-28]，每种机制之间又有相互联系，下面对这几个作用机制进行分析。

3.1 声空化作用

声空化是超声与周围介质之间的相互作用，包括稳定空化和惯性空化两种形式。稳定空化利用超声波震荡形成液体流，进而与周围介质相混合。惯性空化与ROS的产生相关：超声作用于周围介质所产生的气泡会随着超声强度的周期性变化而改变，其内部压力被不规则拉伸，当气泡体积与声波达到共振时会迅速内爆，给局部作用位点瞬时高温和极压[25,29-30]，同时气泡在内爆的过程中会产生自由基等物质反应生成ROS[25-27]，包括过氧化物、超氧化物以及单线态氧等，对细胞形成氧化压力[31]。

3.2 声致发光作用

超声在刚好达到使气泡塌陷强度时，声波作用于周围介质产生光，声波产生的光可激活敏化剂从而集中大量的ROS，破坏细菌细胞膜、蛋白质及DNA结构[29-30,32-33]，增加声敏剂、气泡和周围介质之间的反应实现对靶细胞的杀伤[27]。

3.3 热效应

超声作用于周围介质所产生的气泡在塌陷时会导致局部热点处产生瞬时极高的温度，从而对作用位点实现有效杀伤作用。首先高温可增加细胞膜动能，提高细胞膜渗透性，对治疗剂向靶器官中的转移有重要作用；其次高温可使病原微生物细胞凝固型坏死；最后，高温通过分解敏化剂、热解周围介质中的水等方式增加ROS的含量[17,20,26-27]，增加靶细胞内氧化压力。

3.4 单线态氧机制

3.5 递送作用

超声波作用所产生的微泡具有将治疗剂带入细胞中的能力。目前，微泡已经广泛用于药物递送[27,35]。例如阿霉素(DOX)就可在超声波的作用下被微泡传送入细胞膜内，该种方法可以减少DOX的非特异性释放并提高递送效率[36]。

4 SDT对细菌的作用

多项研究表明SDT对细菌有明显杀伤作用：Wang等[37]发现竹红菌乙素介导的SDT可有效破坏耐甲氧西林金黄色葡萄球菌生物膜的完整性。Costley等[38]发现玫瑰孟加拉-抗菌肽偶联物用于抗菌SDT可有效杀灭金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌，用超声预处理铜绿假单胞菌生物膜可使声敏剂扩散提高2.6倍，进一步提高细菌的杀灭效果。还有报道证实SDT对白念珠菌有明显的杀伤作用[39]。SDT作为新兴治疗技术已经成功应用于治疗多种疾病，例如动脉粥样硬化、神经胶质瘤以及癌症等[40-42]。单独使用超声波可用于多种抗菌方案，能从细菌以及病毒水平上消灭微生物，联合声敏剂的超声增加了激活ROS的潜力，可克服生物膜的抗性，破坏生物膜结构从而杀伤膜内细菌。

SDT对细菌杀伤的机制包括以下几个方面：①SDT聚焦的超声波能够产生剪切力使生物膜结构形成孔隙，增加细胞膜的通透性，方便其他药物穿透生物膜产生杀伤作用[43-44]。②声敏剂通过生物膜孔隙传递到细菌内，并被超声激活诱导产生ROS[43-44]，增加细菌内部氧化压力。③超声作用下，菌细胞周围塌陷空化产生光，声敏剂在这种光作用下从基态转向激发态产生ROS，介导菌细胞光氧化[39]。激活状态下的声敏剂所产生的ROS还可通过直接热解或与水热解进一步生成ROS[44]。SDT抗菌效果的基础实验及杀伤细菌的机制研究表明SDT对于牙周病治疗有很高的应用前景。

5 SDT在牙周病防治中的应用现状和优势

Zhuang等[45-46]实验研究发现，血卟啉单甲醚(HMME)介导的SDT对大鼠牙周炎有很好的治疗效果，具体表现在以上颌骨第一磨牙与第二磨牙之间的位点进行实验，实验组大鼠相较于对照组牙槽骨丧失程度明显下降并且有效减轻牙周组织的炎性病变。表明SDT能抑制骨吸收作用，具有治疗牙周病的能力。SDT在牙周病防治中也有不可比拟的优势：一方面，超声和声敏剂之间相互作用能产生大量ROS，对细菌形成氧化压力实现杀伤作用。因为ROS在细菌中有高细胞毒性，能在高效杀伤细菌的同时不出现药物的耐药性等不良反应现象[47-48]，所以SDT可以安全无害地杀灭牙周致病菌[49]。另一方面，SDT可安全无创地穿透几十厘米的软组织，对周围正常组织的影响都很小[50]，可有效作用于牙周袋壁和深部细菌。SDT相较其他的治疗牙周病方法优势明显，未来有望应用于临床。

6 结 语

尽管SDT安全有效，但是国内外在牙周病的防治领域上有关SDT的研究仍在起步阶段，目前仍有一些问题等待着我们去解决：①影响SDT杀伤细菌的机制并未完全明确，且没有大量的体内外实验以研究[51]。②声敏剂的应用有待进一步研究，如何找到一个价格更低、清除细菌效率更快的声敏剂是值得探讨的问题。③SDT所产生的ROS在清除细菌方面是有益的，但是ROS产生的具体方法以及产生后的消除方式还未可知。

SDT相较传统治疗方式具有无可比拟的优势，确保了它在牙周病治疗上具有广阔发展前景和使用价值。