精氨酸在口腔护理用品中的功效应用进展

杨 叶 俞黄琴 仝乐平 余琦莹 范 宇

(杭州纳美智康科技有限公司,浙江杭州 311305)

精氨酸主要是指L-精氨酸,是一种 α 氨基酸,是人体五个必须氨基酸之一,分子结构上因富含氨基,呈碱性,易与酸反应形成盐,在口腔内主要分布于唾液中,在唾液中的含量为50μmol/L。精氨酸作为唾液粘蛋白的一种成分, 能够伴随唾液粘蛋白的半透膜作用粘附在牙齿表面,影响口腔菌群的定植。精氨酸在口腔中的应用最早是在牙齿敏感方面,Kleinberg[1]等人在2002年证明了含精氨酸、碳酸氢盐和碳酸钙组成的组合物,可以封堵牙本质小管和限制液体流动,显示了在牙齿敏感(DH)方面有显著功效。而后,有大量学者都对精氨酸的功效做出了探索验证。

近几年,关于精氨酸在预防治疗龋齿以及牙周炎症也有了新的发现。由于口腔是一个微生物自成系统的场所,健康的微生物组对口腔健康具有积极影响。精氨酸在口腔中被细菌代谢后引起pH值升高,导致唾液微生物组成向健康生态转变[2]。因此,精氨酸可被视为真正的口服“益生元”,因此具有潜在的抗龋效果。另外,在牙周炎症方面,通过对其代谢机理的研究,精氨酸可能还有助于间接减轻牙周炎症的过程。本研究就近年来精氨酸在牙齿敏感、龋齿、牙周炎症这三大口腔问题的研究结果进行整理叙述。

1 精氨酸在牙齿敏感中的应用与研究

精氨酸在口腔护理产品中的抗敏作用,主要源于精氨酸的正电荷基团能与牙本质表面的负电荷基团结合,提高牙齿表面的pH值,从而利于吸附唾液中的钙磷离子,促进钙磷离子沉积于牙本质表面和牙本质小管中[3]。

1.1 8%精氨酸牙膏在抗敏感中的研究结果

高露洁基于学者提出的精氨酸再矿化和脱敏理念,开发并完善了Pro-Argin技术,即:以8%精氨酸和碳酸钙为主要有效成分,通过阻塞牙本质小管的机制治疗牙本质敏感,以此开发的精氨酸牙膏已在临床应用并取得较好的疗效[3]。有研究报道[4],局部直接应用含8%精氨酸和碳酸钙的脱敏抛光膏,使牙本质敏感症状得到了即刻缓解。Schiff[5]等研究表明,在洁牙后使用1次精氨酸和碳酸钙脱敏膏能快速缓解敏感,并持续有效长达4周。在国内,徐琛蓉[6]等对122例牙本质敏感患者洁治后即刻使用含8%精氨酸和碳酸钙脱敏抛光膏 ,结果显示在洁牙后使用1次含精氨酸的碳酸钙脱敏膏能快速缓解敏感。孙昌娟[7]等人,用8%精氨酸、碳酸钙、1450ppm氟化物的高露洁脱敏抛光膏对超声龈下刮治术患者进行维持8周的治疗后,结果表明在即刻缓解牙本质敏感上有明显疗效。

1.2 精氨酸与其他抗敏感成分的功效对比验证

多位学者将含精氨酸的碳酸钙牙膏与其他功效成分进行了对比验证研究。在精氨酸与钾离子的抗敏功效对比中,马文强[3]等人回顾了其他学者对此做出的研究,统计表明4%和8%添加量的精氨酸牙膏,其抗敏感效果均优于含硝酸钾的牙膏。Elias Boneta AR[8]等人用0.8%精氨酸、PVM/MA共聚物、焦磷酸盐和0.05%氟化钠的漱口水,与含0.51%氯化钾和230ppm氟化钠的漱口水进行8周临床测试,结果表明含精氨酸的漱口水比含钾盐的漱口水,能更好地缓解牙齿敏感。

Anand S[9]等人对含8%精氨酸和1%纳米羟基磷灰石的牙膏分别进行抗敏感的4周临床测试效果对比,样本量为30人/组,结果含羟基磷灰石组的敏感度降低了85%,这可能是由于它的再矿化能力;而含精氨酸的牙膏降低了79%敏感度,相比较Kleinberg[10]等人以及Docimo[11]等人做的研究,敏感度仅降低了11%～38%,研究者指出这可能是由于刺激试验的差异性导致的。

对于精氨酸和锶盐的抗敏功效,不同学者给出了不一样的研究结论。大多数研究发现,与乙酸锶相比,精氨酸/碳酸钙在缓解牙齿敏感方面具有更好的效果。如Swathi V[12]等人对三款市售牙膏作了临床测试,A组牙膏含有8.0%精氨酸、碳酸钙和单氟磷酸钠(以氟计,1450ppm);B组牙膏含有8%的乙酸锶和氟化钠(以氟计,1040ppm);C组牙膏含有5%硝酸钾和氟化物/单氟磷酸钠(以氟计,917 ppm),样本量50人/组,显示8周后,A组在降低牙本质过敏方面比B组和C组表现出更高的有效性。但是李锐[13]等采用Meta分析方法进行系统评价,并比较精氨酸脱敏牙膏与锶盐脱敏牙膏治疗牙本质敏感的疗效,共纳入触压评估和冷空气评估两项研究评价,结果显示在随访8周时,精氨酸脱敏牙膏对牙本质敏感的疗效不优于含锶脱敏牙膏,该作者也表明当前的研究具有一定的局限性,上述结论需要更多高质量、大样本予以进一步证实。

2021年有研究者[14]对含有5% NovaMin(磷硅酸钠钙)、蜂胶、5%硝酸钾和8%精氨酸的4种不同牙膏在治疗DH中的有效性进行了评价。与之前方法不同的是,该研究通过体外测试,电镜扫描测试封堵率。结果表明所有材料都能有效封闭牙本质小管,NovaMin效果最佳,闭塞小管百分比的平均值约为95.8%,其次是精氨酸,闭塞小管百分比的平均值约为73.70%,硝酸钾和蜂胶则较差。

因此含精氨酸的牙膏或漱口水在缓解牙齿敏感方面确实有明显效果,并且优于含锶盐、钾盐和蜂胶抗敏效果,但是相对于纳米羟基磷灰石和磷硅酸钠钙,效果略差。

2 精氨酸在预防龋齿方面的研究

龋齿可以被描述为口腔微生物群落的生态失调,它是由产酸、耐酸和适应酸的菌属造成局部致病微环境,进而导致硬组织脱矿。氟化物作用于牙齿表面,对龋齿预防的效果已得到了充分认证,但在牙齿菌斑累积的口腔病理环境中氟化物的防龋效果会受到限制。研究显示[15],含精氨酸的牙膏能有效降低龋齿的患病率,因为精氨酸不仅可以抑制变形链球菌的生长,也可作为底物参与细菌代谢产氨过程,中和有机酸,从而提高口腔微环境的pH值,促进牙齿再矿化,有利于防龋。

2.1 精氨酸可以抑制致龋菌——变形链球菌的生长,减少牙菌斑

变异链球菌能够利用糖基转移酶从蔗糖中合成细胞外葡聚糖,这是一个主要的毒性因子(major virulence factor),由糖基转移酶合成的不溶性葡聚糖为细菌在牙齿表面定植和相互定植提供了特定的结合位点,调节紧密粘附生物膜的形成。Shivani Sharma[16]研究表明,精氨酸存在时观察到的生物膜粘附力显著降低。变形链球菌生物膜表面的潜在变化导致氢键相互作用减少,导致产生的葡聚糖较少,从而降低变形链球菌的粘附特性,表明精氨酸可能具有防龋的潜力。高露洁的一项体外研究[17]将含有精氨酸和碳酸钙的牙膏与不含这两种成分的牙膏进行了比较,结果也同样表明使用含有精氨酸和碳酸钙的牙膏可以抑制变形链球菌单物种生物膜的形成和乳酸的产生。

在Berto Luciana Aranha[18]的一项研究中,进一步研究评估了精氨酸作为牙膏添加剂对精氨酸脱亚胺酶系统(ADS)和致龋生物膜的影响。具有精氨酸脱亚胺酶系统(ADS)的口腔细菌,它们可以代谢精氨酸,并由此产生氨等碱性物质,可以有效缓冲口腔酸性。实验发现含精氨酸牙膏对ADS+链球菌的生长有明显的促进作用,从而导致瓜氨酸产量的增加,进一步提高了生物膜的pH值。弱碱性的pH值不仅减少了牙釉质脱矿,而且还有助于形成促进再矿化的环境,这两者都解释了含有精氨酸实验组的牙釉质硬度损失较低的原因,降低了牙齿患龋的风险。Razeghian Jahromi Iman[19]临床试验研究了含8.0%精氨酸牙膏对固定正畸托槽周围牙生物膜中变形链球菌的影响,并与普通含氟牙膏的效果进行了比较。实验采用实时荧光定量PCR方法检测生物膜样品中变形链球菌的数量,通过30天的实验证明,8%精氨酸牙膏降低了接受固定正畸治疗患者牙齿上牙菌斑中的变形链球菌数量。在固定正畸治疗期间,菌斑中变形链球菌和乳酸菌的含量增加,可能会加快牙釉质脱矿。在Yiyuan Xue[20]的一项评价含8%精氨酸的牙膏对无龋(NC)和高龋(HC)患者牙菌斑的影响研究中,含精氨酸的牙膏显著降低了NC组和HC组的乳酸产量,而HC组的抑制能力强于NC组。但是,含精氨酸的洁牙剂并未显著降低NC组或HC组牙菌斑的代谢活性、活菌/死菌比例和生物膜总生物量。

大量临床实验证实,将精氨酸作为益生元,促进益生菌中ADS+细菌的生长,抑制变形链球菌等致龋菌的生长,就可以有效预防或控制蛀牙发生。含精氨酸的牙膏可以在不改变代谢活性、活菌/死菌比例和生物膜总生物量的情况下,将原位菌斑的乳酸产量显著降低至较低水平,降低龋齿的病发风险。

2.2 精氨酸可以抑制牙釉质脱矿,并促进早期龋齿牙釉质再矿化

王压冲[21]的一项研究表明,与含1450 ppm F-牙膏相比,含1.5%精氨酸及1450 ppm F-牙膏在基线、使用3个月、使用6个月后,促进儿童光滑面早期龋再矿化的效果均更加显著。证明精氨酸可以进一步促进早期龋齿的再矿化。

黄雅静[22]的一项研究同样证明了:含有精氨酸、氟化物与碳酸钙的牙膏较单一氟化物牙膏有更好的抑制牙釉质脱矿和促进早期龋齿的再矿化效果。实验采用体外pH循环模拟比较测试样品对牙釉质抑制脱矿的功效,并且建立体外模型,通过再矿化循环,比较测试样品对早期釉质龋的再矿化作用。体外pH循环6天、再矿化实验循环12天后,显示含有精氨酸、氟化物与碳酸钙的牙膏抑制牙釉质脱矿效果与促进再矿化效果最佳。

同样的,Mohammed[23]研究考察了NaF牙膏中精氨酸(Arg)的再矿化潜力,通过对人工龋齿进行为期10天的pH循环,实验结果表明:与NaF牙膏相比,在NaF牙膏中加入2%精氨酸显著增加了病变龋样的牙釉质再矿化;而NaF牙膏中4%和8%的精氨酸对改善牙釉质再矿化无效。

综上所述,精氨酸在对龋齿进行及时有效的预防方面具有明显的功效。作为新型具有生物活性的抑龋剂,仍待有进一步的临床研究证明。

3 精氨酸对牙周炎症的影响

众所周知,精氨酸是生物合成多肽和蛋白质的基本成分之一。最新的研究表明,精氨酸有助于间接减轻牙周炎症的过程。其在人体中的主要代谢机理在于:一方面宿主细胞可通过精氨酸酶途径代谢精氨酸,生成鸟氨酸和尿素等代谢产物;另一方面可通过一氧化氮合成酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)途径催化精氨酸生成NO(nitric oxide,NO),进而在细胞信号传导过程中发挥重要作用[24]。

3.1 一氧化氮合成酶途径

精氨酸作为NO的前体,通过一氧化氮合成酶作用产生具有生物活性的一氧化氮和瓜氨酸,其中NO是调节血管功能和体内平衡的关键血管扩张剂[25]。宿主对菌斑生物膜中的细菌及其毒性产物的免疫反应是导致牙周炎症的主要原因。同时有研究发现身体内许多小分子自由基在牙周炎症的发展过程中发挥了特殊作用。其中,一氧化氮(NO)作为一种不稳定、极其活泼、小分子自由基,与牙周病的发病机制有密切的关系[26～28]。研究表明外源性L-精氨酸能增加血管NO生物活性,明显促进NO合成[29]。此外,有研究报道认为[30],L-精氨酸减轻炎症反应可能与NO生成增加 ,导致血管舒张 ,从而增加了组织的血流量有关;可能还与NO能清除氧自由基,抑制血小板聚集以及白细胞渗透等有关。龚斌[31]等研究发现,慢性牙周炎患者龈沟液中NO水平较牙周健康者和慢性牙龈炎患者明显升高。李慧[32]等通过建立大鼠实验性牙移动模型,注射L-精氨酸后,观测到eNOS的表达明显增多,说明L-精氨酸促进了eNOS在实验性牙移动中的参与与表达,促进eNOS参与牙周组织改建,从而在促进牙周组织的血管改建与骨改建方面发挥了作用,为L-精氨酸的相关临床应用提供了实验依据。

3.2 精氨酸酶途径

精氨酸通过精氨酸酶在体内分解为鸟氨酸与尿素,进一步转化为多胺。孙继军[33]等精氨酸酶通过酶联免疫吸附法(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)和分光光度法检测精氨酸酶在正常与牙周炎患者的牙龈组织中的含量及活性的差异,发现实验组牙龈组织中精氨酸酶的含量和活性均高于对照组,精氨酸代谢产物鸟氨酸含量增加,而鸟氨酸是多胺的前体,多胺是许多细菌的营养物质,最终使得多胺生成增多,促进细菌的生长,加重牙周炎症疾病的进程。

精氨酸酶和一氧化氮合酶的催化底物均为L-精氨酸,两种酶在竞争同一底物时,如牙周炎患者牙龈组织中精氨酸酶的含量升高,使得牙龈组织中NO生成减少牙龈组织的细菌易感性升高,抵抗病原微生物的能力下降,血小板凝集,血管通透性增高,炎症渗出物增加,加重牙龈组织的炎症;如一氧化氮合成酶增加,机体产生NO增加,同时降低精氨酸酶活性,进而发挥抗牙周炎症的作用。

4 总结

牙齿敏感的临床表现因人而异,严重性和部位也不同。疼痛可能表现为轻微的不适,也可能是极端和难以忍受的,它可能是间歇性的或持续的。由于这种不同的表现,患有DH的患者发现很难量化和报告疼痛,表明其高度主观的性质。对疼痛的感知也因人而异,并受心理因素、性格和教育水平的影响。且大多数研究数据由于样本数量过少以及随访时间过短,无法可靠地确认长期使用含精氨酸的牙膏可以改善牙本质的敏感症状。对它抗敏的持久性,是一个值得进行中长期研究的领域,仍需进行良好的研究来评估减敏牙膏的有效性[34]。目前,精氨酸作为新型具有生物活性的防龋抑龋剂,仍待有进一步的临床研究证明。而精氨酸对牙周炎症的作用仅为机理推断,尚无精氨酸对牙周炎致病菌作用及减轻牙龈炎症临床的相关数据。

总的来说,精氨酸在牙齿敏感、龋齿、牙周炎症方面具有一定效果,其临床相关数据有待进一步探索。