透明质酸在牙周病治疗中的作用机制及应用研究进展

赵鲁明，刘晓璇，于兆兰

1 潍坊市益都中心医院口腔科，山东潍坊 262500；2 烟台市烟台山医院口腔科

牙周病是由菌斑微生物导致的以牙周支持组织的慢性炎症性破坏为特征的疾病，近年发病率逐年上升［1］。使用龈上洁治、龈下刮治等机械方式去除牙菌斑生物膜和牙石是目前牙周病治疗的主要方法，但对存在深牙周袋及复杂牙体解剖结构的患者，治疗效果不佳，且单纯的机械治疗无法实现破坏的牙周组织再生。修复已破坏的牙周支持组织是目前临床治疗面临的挑战。利用生物活性材料辅助牙周病的治疗是目前临床研究的热点。透明质酸（Hyaluronic acid，HA），即玻尿酸，是一种存在于细胞外基质（ECM）中的糖胺聚糖，分子量为4～20 000 kDa。与其他糖胺聚糖不同，HA 是带有负电荷的糖胺聚糖，可通过透明质酸合酶同工酶HAS1、HAS2、HAS3在哺乳动物的细胞质膜中合成［2］。多数人体内细胞能够合成HA［3］。人体皮肤表皮层、关节滑液及脐带组织中含量较高，血清HA 水平较低。牙槽骨和牙骨质等矿化的牙周组织中HA 含量较低，但牙龈、牙周膜细胞外基质中HA含量丰富［5］。HA在水中极易溶解，在水溶液中黏度较高。既往研究［4］发现，HA有一定的抑菌活性，治疗慢性炎症性疾病的效果较好。目前HA 已逐渐用于口腔疾病的治疗中。HA在牙周病治疗中具有良好的应用前景，在控制菌斑、消除炎症及促进牙周组织再生等方面的疗效较好［6］。现将HA 在牙周病治疗中的作用机制及其临床应用研究进展综述如下，为后续HA 在牙周炎防治方面的应用提供理论依据。

1 HA在牙周病治疗中的作用机制

非特异性口腔正常菌群的混合感染促进牙周病的发生发展。牙菌斑是牙周病的始动因子，但宿主自身免疫系统释放的多种细胞因子是导致牙周组织破坏的主要因素，一方面对致病菌产生杀伤作用，另一方面作为炎症介质参与了牙周组织的继发性损伤，形成附着丧失。如何修复已破坏的牙周支持组织是目前临床治疗面临的挑战。HA 作为牙周膜基质中最丰富的糖胺聚糖，是维持牙周组织健康的关键元素。HA 在抗菌、调节炎症、组织再生等方面具有良好效果［7］，其在牙周病的诊疗中受到越来越多的关注。

1.1 HA 的抗菌作用机制 HA 的抗菌机制主要为：①吞噬作用。CD44 是 HA 的受体，结合后可导致细胞骨架重组，激激活增加免疫细胞吞噬细菌的能力，并增强抗炎作用［8］。②抗黏附作用。HA 通过干扰细菌配体—表面受体位点相互作用，并通过多糖—水相互作用形成的水合层对下层底物的屏蔽，从而降低细菌对细胞和聚合物底物粘附的功效，并避免因细菌黏附聚集、分泌大量多糖蛋白而引起的细菌生物被膜的形成。③降低细菌组织渗透性。透明质酸裂解酶是一种致病性细菌扩散因子，过量的透明质酸使细菌透明质酸裂解酶饱和，阻止细菌维持较高水平的组织通透性，阻挡细菌的传播［9］。

去除牙周致病菌是牙周治疗的首要目标，牙龈卟啉单胞菌（Porphyromonas gingivalis， P. gingivalis）是造成牙周病发生与进展的主要病原微生物，可与人牙龈成纤维细胞 （HGFs） 相互作用并触发炎症信号通路，导致牙周组织的破坏［10］。CHEN 等［11］研究了使用不同分子量的HA（30、300 和1 300 kDa）对HGFs 的牙龈卟啉单胞菌诱导的炎症和伤口愈合反应的影响。结果显示，高分子量HA（1300 kDa）以剂量依赖性方式抑制由P.g刺激导致的白细胞介素1β（IL-1β）、IL-6、IL-8 等促炎因子的产生，而中低分子量（30、300 kDa）的 HA 没有此作用。同时，30 和1300 kDa 的HA 可以显著促进巨噬细胞的迁移。此外，高分子量的HA抑制NF-κb表达，Iκbα 降解和P.g 引发的ERK 和P38 激活。我们前期研究表明，高分子量HA 可能抑制牙周炎症、修复口腔伤口。黄姣等［12］使用透明质酸凝胶与牙龈卟啉单胞菌P. g、伴放线聚集杆菌Aa、中间普氏菌Pi、具核梭杆菌Fn等4 种常见牙周病原菌体外共培养，结果发现，HA凝胶稀释 3 倍后 （HA 为 2 mg/mL ），对4 种细菌均有抑制作用；即使将凝胶7 倍稀释后（HA 为l mg/mL ）仍然对 P.g 和 Pi有抑制作用。

HA 能够作为靶向分子，通过 CD44 受体和透明质酸酶识别，上调药物的局部浓度，可以特异性治疗感染［13］。此外，HA 是合成缓释基质和药物载体的良好材料，能够延长抗菌药物作用时间、控制抗菌药物的使用，并减少药物细胞毒性、提高给药顺应性。WU 等［14］设计了一种由羟丙基甲基纤维素（HPMC）、HA 和甘油组成的可注射热敏水凝胶，并进一步负载了重组抗菌肽 （AMP） Bomidin （FP），并证实该水凝胶具有三维网络结构，良好的流动性和生物相容性，对P.g 等多种口腔病原体具有很强的抗菌活性。因此，HA 的抗菌特性使其可用于牙周治疗中［15］。

1.2 HA 的炎症调节作用机制 牙周炎是由多个因素之间作用失衡导致的牙周支持组织的慢性炎症性疾病，牙周致病菌定植后会激活细胞产生等炎性介质，引起组织内的氧化应激和炎症反应。HA 可通过调控宿主一系列炎症相关信号传导通路和炎症介质的传递，可以有效地减少牙周组织的破坏，促进牙周组织的修复。

HA 可通过抑制前列腺素E2 分泌，抑制炎症细胞的趋化性及移动，下调吞噬细胞的吞噬作用，清除前列腺素、金属蛋白酶及活性氧自由基［16］。可通过调节特定的HA 受体来调节炎症，细胞迁移和血管生成。炎症出现时HA 即在伤口处聚集，以高稠度贴合伤口，在其网状结构中保存大量水分，并吸收炎性渗出物。另一方面，HA 可通过消除前列腺素、金属蛋白酶及炎细胞产生的活性氧，并减少炎细胞分泌丝氨酸蛋白酶，从而调控炎症，避免过度炎症反应损伤组织［17］。

相对高分子量（＞103kDa）的HA 具有抗炎、免疫抑制和促进伤口愈合作用，它可以通过抑制炎症组织中的炎性细胞的增殖，减少炎症细胞的聚集，从而控制和避免炎症反应中水肿现象的发生，实现调节牙龈组织炎症的发生和发展，进一步提高牙周治疗的临床效果［18］。HA 属于亲水的大分子多糖，牙周袋内注射溶解后，具有极佳的渗透性，与组织应激反应时产生的水合作用相关。HA 的分子链的结构使其能同时结合水分子并与特异性蛋白结合，甚至与组织多糖结合，构成黏性大聚合体，实现抗组织水肿的功能。

1.3 HA 的促组织再生作用机制 体外和动物研究发现，HA 显著增加肉芽组织的拉伸强度，刺激凝块形成，诱导血管生成，促进成骨，并且在骨形成过程中不干扰钙化结节。此外，在组织形成和软硬组织修复过程中，HA 可以促进细胞迁移和分化，改善韧带细胞的活力，甚至在体外早期成骨分化［19］。

牙周病治疗的最终目的是实现牙周组织再生，修复牙周附着丧失的策略之一是高效促进胶原蛋白组织的再生。牙周组织的主要细胞成分为人牙周膜细胞（periodontal ligament cell，PDLC），其主要作用是合成胶原蛋白，大量研究［20］证实，PDLC 是牙周组织再生的基础。PDLC 可以表达CD44，这是HA的主要受体，CD44 表达上调PDLC 增殖和矿化。AL-REKABI等［21］研究外源性HA 对人PDL细胞的收缩力和迁移的影响，发现补充外源HA 的PDLC 表现出更多的收缩性和较少的迁移性，细胞对肉芽组织中的纤连蛋白具或在根表面暴露的Sharpey 纤维有强烈的附着。结果表明，HA-CD44 相互作用与PDLC 功能有关伤口愈合，特别是影响与牵引力相关的机械转导机制，为牙周组织愈合和再生提供了新的治疗策略。HA 是牙周结缔组织细胞外基质的重要组成部分，较高浓度的透明质酸可以促进胶原蛋白生长，为牙周支持组织修复提供充足的胶原蛋白［22］。

由于HA 具有骨诱导特性，因此它可能在引导骨再生和组织工程中显示出作为生物材料支架的潜力。研究显示，水凝胶缓释系统可作为细胞加载，生长，分化和递送的支架，促进人牙周膜成纤维细胞的增殖与黏附，从而实现成骨分化［23］。HA 水凝胶具有改变天然ECM 三维结构的能力，协助干细胞在牙周组织修复中发挥积极作用。HA 能够与牙周组织内的胶原蛋白、纤维蛋白及其他一些基质分子相结合，共同形成一个可以支持细胞迁移和黏附的暂时性支架结构，有利于PDLC 在支架上更好地迁移、黏附和分化及增值，从而提高胶原蛋白的生成、促进组织修复，恢复附着丧失，消除牙周袋［24］。SHEN 等［25］开发了一种新型的HA 水凝胶，其中嵌入了生物封装的PLGA 微球，并将该制剂注入实验性牙周炎小鼠的龈沟中。持续释放阶段一直持续到第4周。体内实验表明，该水凝胶系统可以抑制牙周炎，促进骨再生，并促进在小鼠牙周炎模型中诱导骨形成标志物碱性磷酸酶 （ALP），Runt 相关转录因子2（Runx2） 和骨钙素 （OCN） 的表达，为牙周骨再生提供了一种有前途的治疗策略。BABO［26］用甲基丙烯酸基对HA 进行功能化以原位生产稳定的可光聚合水凝胶，在其中掺入不同浓度血小板裂解物（PL），并评估其机械性能、生物降解性、生长因子释放曲线、抗菌活性和对hPDLC 作用。结果显示该水凝胶可以为hPDLC 的附着和生长提供足够的底物，同时能够持续释放PL并抑制细菌生长，从而有助于预防牙周伤口的感染，促进组织再生。

2 HA在牙周病治疗中的应用

目前牙周病的治疗方式主要是通过机械清除牙菌斑生物膜和牙石，但对于晚期牙周炎和较深的牙周袋，治疗效果不佳。HA 单独或辅助用药可以促进牙周组织创伤愈合、修复，对牙周病有良好的治疗效果。

2.1 HA 在牙周病患者牙周护理中的应用 做好菌斑控制是预防和治疗牙周病的重要措施，患者通过牙周护理做好菌斑控制才能维持治疗效果。HA具有保湿、抗炎、修复等功能的天然活性成分，已被广泛应用于牙膏、含漱液等牙周护理用品［27］。

持续的口干会导致牙龈、黏膜受损，影响口腔内环境，引发牙周炎症。有学者［27］用含有HA 的复合物缓解口腔干燥，评估了使用前后唾液量的变化后证实，添加HA 的复合物具备更加长效的口腔保湿功效，同时无毒、无刺激，口感适宜，可防止口腔菌斑的聚集，导致的牙周炎症。GIZLIGOZ 等［28］评估了0.025% HA 含漱液和0.2%复方氯己定含漱液的临床功能与口腔清洁护理作用。结果显示， HA 的抑制菌斑的作用略低于氯己定，但对牙龈指数（MGI）和龈沟液体积（GCF）的改善作用与氯己定相近，同时相对于后者，HA 漱口水的口感更好，且无明显的刺激感、灼热感、口干和麻木感，从而提高患者术后药物使用的依从性，避免炎症复发。

CHEN 等［11］建立人牙龈细胞机械损伤修复模型，加入HA 共孵育24 h 后，结果发现300 kDa 分子量的HA 组（5 mg/mL）和1 300 kDa 分子量的HA 组（5m g/mL）细胞迁移情况均优于对照组，说明HA 对口腔愈合具有有益作用，可缓解患者牙周治疗后不适感，促进牙龈组织愈合。HA 可以作为日常牙周护理产品，改善牙周炎患者的口腔状况，维护牙周治疗的效果，在牙周维护期治疗中可以发挥重要作用。

2.2 HA 在牙周基础性治疗中的应用 国内外多项研究表明，局部应用HA 辅助牙周基础、手术治疗慢性牙周炎后，牙周临床指标得到显著改善［29］。SAHAYATA 等［30］使用了0.2% HA 凝胶局部用于治疗牙周炎患者，研究的结果表明，HA 治疗可减少牙龈出血，改善牙龈健康。PILLONI 等［31］选择了19 例牙周炎患者，观察了使用HA 凝胶后牙周炎患者牙周参数菌斑指数（PLI）、探查出血（BOP）、探诊深度（PD）、牙龈指数（GI）、探诊附着水平（PAL）的变化，结果发现，与对照组相比，HA 组的症状得到了改善，这表明牙周基础性治疗后局部应用HA 有助于改善患者的牙周临床指标。EICK 等［32］选择17 例慢性牙周炎患者在完成SRP后2周内使用HA凝胶的，对照组的17 例患者只进行SRP；在基线、3 个月和6个月后记录探查深度 （PD） 和临床附着水平（CAL），并采集龈下斑块和龈沟液样品进行微生物和生化分析。结果显示，使用HA后患者在3、6个月PD 改善的程度优于对照组，同时中间普氏菌和牙龈卟啉单胞菌的数目也显著减少。

ALEFIYA 等［33］使用0.8%的HA 凝胶作为翻瓣术清创术（OFD）的辅助治疗牙周内缺损，结果显示术后12个月，与对照组相比，HA 组CAL增加和骨缺损填充更加显著，且避免了牙龈退缩。以上结果说明，HA 可通过自身特性，辅助牙周炎治疗，提高治疗的疗效。同时凭借其良好的促伤口愈合的功能，显著改善牙周清创手术的术后反应，减少患者的不适感。

2.3 HA 在牙周美学治疗中的应用 近年来，由于对美观需求的增加，牙周根面覆盖术的也成为目前临床常用术式。PILLONI等［33］评估了对单颗牙MillerⅠ牙龈退缩的患者进行冠向复位瓣（CAF）同时使用HA，结果发现，使用HA 可以减少术后组织的水肿和不适感。术后18个月，实验组牙龈退缩情况优于对照组；实验组完全根面覆盖率（CRC）达到80%，对照组为33.3%。SELIN 等［34］在一项随机对照试验中，对进行游离龈移植术（FGG）的患者供区部位使用HA 凝胶。结果显示，HA 组患者的疼痛感与灼热感在14 天后完全消退，对照组则持续到术后21 天。并且HA 组患者的供区在21 天已经完全角化，优于对照的42天，同时HA实现了更好的牙龈颜色匹配。

牙周病常导致的牙龈乳头退缩，由此所导致的牙间“黑三角”被认为是继龋齿和切缘之后的第三个牙周美学问题。因为HA 可促进新血管形成，使用各种剂量的可注射HA 凝胶，可促进成纤维细胞的迁移和纤维化，缓解牙龈乳头的退缩，改善牙龈“黑三角”情况［35］。TAMAM 等［36］将HA 注入上颌和下颌后的牙间乳头进行填充，术后3、12 和24 个月后，齿间区域显示上颌实现54.21%、73.22%和79.35%覆盖，下颌则有57.24%、71.40%和78.71%覆盖。ROLA 等［37］在86 个美学区牙龈乳头退缩位点注射0.2 mL 的HA，并在21 天后重复注射。在3 周后，黑三角 （BT）高度平均降低0.17 mm，术后3 个月，BT高度平均降低为0.83 mm（39%降低），术后6 个月，BT 高度平均降低0.62 mm （29% 降低）。传统的牙周治疗方法对于恢复患者牙龈形态，特别是重建牙龈乳头方面效果不佳。HA 的生物相容性良好，安全性优良，使用方式简便，给牙周美学治疗提供了新的策略。

综上所述，HA 作为一种人体的天然成分，在牙周病治疗中具有良好的应用前景，在控制菌斑、消除炎症及促进牙周组织再生等方面的疗效较好，在牙周基础性治疗中辅助应用可改善患者的临床症状，提高患者舒适度，牙周美学修复中局部注射HA 可缓解牙龈乳头的退缩，改善牙龈“黑三角”情况。但是，牙周病的致病因素复杂，目前对于HA 在牙周病治疗中的临床应用还需更加长期的随访观察。