外源性抗氧化剂在牙周炎治疗中的应用进展

王端，杨庆祎，石雅茹，徐晓薇

吉林大学口腔医院牙周科，长春 130021

牙周炎是一种慢性炎症性疾病，会导致牙周支持组织如牙龈、牙周膜和牙槽骨等受损。虽然牙菌斑微生物在牙周炎发生、发展中起到始动因子的作用，但越来越多的研究证明，宿主的免疫反应失调在牙周炎进展中起到同等甚至可能更重要的作用。当宿主感染牙周致病菌时，就会启动免疫系统介导的防御反应，释放中性粒细胞，产生促炎因子、基质金属蛋白酶和活性氧（ROS）等。一旦免疫反应失调，这些细胞因子在杀灭病原体的同时亦会导致严重的牙周组织损伤。其中宿主产生大量ROS使得体内氧化与抗氧化作用失衡导致的氧化应激状态，在牙周炎发生、发展中发挥重要作用［1-2］。ROS是指氧自由基和过氧化物的总称，主要包括羟基自由基、超氧阴离子、单线态氧和过氧化氢（H2O2）。ROS在牙周炎的发病机制中起重要作用。目前关于ROS参与牙周炎发病机制的研究主要集中在牙周膜干细胞凋亡、牙槽骨吸收和牙周膜成纤维细胞迁移。牙周炎的另一个重要病理表现是牙槽骨吸收，会导致牙齿逐渐松动和脱落，ROS破坏人牙周膜干细胞的成骨分化，并活化破骨细胞导致病理性骨吸收。ROS还可通过抑制牙周膜成纤维细胞的迁移而损伤牙周膜，抗氧化剂可减轻过度ROS对牙齿支持组织的不可逆破坏，因此成为牙周炎治疗的研究热点。抗氧化剂是一种可以消除或抑制氧化反应效果的物质，主要可分为内源性和外源性抗氧化剂。内源性抗氧化剂包括超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶等，可维持机体内ROS水平处于正常范围。外源性抗氧化剂结构组成各不相同，在研究中表现出良好的治疗牙周炎潜力。现就外源性抗氧化剂在牙周炎治疗中的应用进展情况综述如下。

1 维生素及其衍生物在牙周炎治疗中的应用

维生素A、维生素C、维生素E等均是经典的抗氧化剂。临床实验证明牙周炎患者使用维生素治疗可明显降低氧化应激程度，改善患者牙周临床症状。部分维生素衍生物亦在牙周炎环境中表现优异，如辅酶Q10（CoQ10）和α-硫辛酸等。

CoQ10是一种内源性脂溶性抗氧化剂，能清除机体的自由基，在心血管疾病、糖尿病、神经系统疾病等领域具有一定治疗效果。有学者建立大鼠实验性牙周炎模型研究CoQ10对实验性牙周炎的影响，结果表明CoQ10可增强氧化应激标志物SOD、GSHPx活力，减弱血浆中炎症因子IL-1β、TNF-α活力，减少牙周组织中的PGE2、MDA含量，抑制和缓解大鼠实验性牙周炎［3］。

研究发现，牙周炎状态时小鼠牙周组织和外周血中Treg细胞比例降低，Th17细胞比例升高，证实牙周炎小鼠存在Treg/Th17细胞失衡状态［4］。Treg细胞是一类具有免疫抑制作用、特异性表达Foxp3、CD25、CD4等转录因子的CD4+T细胞亚群，具有抑制机体免疫反应、维持机体免疫系统稳定及分泌炎症因子抑制炎症反应的作用。Treg细胞介导的免疫应答减弱可能参与牙周炎中牙周组织紊乱和破坏过程。Th17细胞是一类具有炎性效应的CD4+T细胞亚群，其细胞分化受转录因子ROR γτ调控，通过分泌IL-17A等在多种炎症性和自身免疫性疾病中扮演重要角色。而CoQ10能发挥免疫体调节功能，调节牙周组织中Treg/T17细胞失衡状态，减轻炎症反应，此为牙周炎临床免疫治疗提供了新思路。

2 天然色素类在牙周炎治疗中的应用

天然色素含有大量的酚羟基，因此具有高效的羟基自由基和过氧自由基清除能力，并具有强还原性，可以淬灭单线态氧，是极具潜力的天然抗氧化剂。天然色素类抗氧化剂种类较多，常见的包括番茄红素、虾青素、姜黄素及藻蓝蛋白等。

藻蓝蛋白是从螺旋藻中提取的主要有效物质，以三聚体和六聚体的复杂混合物形式存在，具有抗氧化抗炎特性。研究人员将使用螺旋藻凝胶辅助牙周基础治疗手段，在牙周炎患者牙周袋内放置凝胶120 d后评估牙周组织状况。结果表明患者的牙周探诊深度、牙龈出血指数及唾液MDA水平等均有明显改善，说明螺旋藻是一种有效的抗氧化剂［5］。

而虾青素作为强抗氧化剂在抗癌、抗衰老等方面发挥强大作用。有研究将其应用于糖尿病小鼠实验性牙周炎模型中，结果表明虾青素可显著提高糖尿病小鼠牙周组织中的Nrf2和成骨转录因子水平，恢复血液中的循环淋巴细胞水平和内源性抗氧化酶活性［6］。Nrf2蛋白作为调节氧化还原平衡的关键转录因子，可以编码抗氧化酶、解毒因子、抗凋亡蛋白和药物转运蛋白。其主要在细胞质中与KELCH样ECH关联蛋白1即Keap1特异性结合，此时Nrf2在胞质中处于非活性状态，并通过泛素蛋白酶体途径迅速被降解。氧化应激状态时，大量ROS激活酪氨酸激酶解离Nrf2与Keap1复合物，部分Nrf2移位入细胞核并结合抗氧化反应元件ARE，启动抗氧化基因的转录，从而介导细胞发挥抗氧化及抗毒性物质损伤的作用［7-8］。虾青素作用机制即为通过上调Nrf2通路阻断了晚期糖化终产物诱导的人牙周膜干细胞中的氧化应激和生长抑制，从而改善1型糖尿病中高血糖引发的牙周组织破坏和氧化应激引起的全身并发症。

另一种常见的天然色素类抗氧化剂姜黄素是姜黄的主要活性成分，具有广泛的药理作用，包括抗肿瘤、抗菌、抗炎、抗氧化、免疫调节等。但姜黄素在中性、碱性及光照条件下易降解，在人体内代谢快，生物利用率低，严重影响其在临床中的应用。为提高姜黄素生物利用率，近年来有诸多研究将姜黄素以溶液、芯片、凝胶和胶囊的形式用于牙周炎治疗，显著提高了牙周炎的治疗效果［9］。除此之外，姜黄素还具有光敏性，被蓝光激发后可产生光化学反应，增强抗菌能力，抑制细菌生物膜的形成，抑制伴放线聚集杆菌、牙龈卟啉单胞菌等牙周致病菌的生长。因此，姜黄素可作为天然光敏剂介导光动力疗法应用于牙周炎等口腔感染性疾病并提高疗效［10］。

经过人工化学修饰后的姜黄素如4-苯氨基羰基双去甲氧基姜黄素（CMC 2.24）和4-甲氧基羰基姜黄素（CMC 2.5）已用于牙周炎模型的研究，表现出强大的抗氧化能力［11］。

3 黄酮类在牙周炎治疗中的应用

黄酮类化合物广泛存在于自然界植物中，其中多数化合物如黄芩素、槲皮素及芦丁等是具有活跃的抗炎抗氧化能力的强抗氧化剂，其作用机制主要为螯合金属离子和清除自由基。

黄芩素是植物黄芩中的主要成分，具有良好的抗炎抗菌作用，临床上主要用于脑血管病后瘫痪的治疗。有研究提出黄芩素能促进人牙周膜细胞的骨向分化能力，具有辅助牙周组织再生的能力。研究证实黄芩素能通过调节Nrf2信号通路来预防糖尿病相关的牙周组织破坏。黄芩素促进了pNrf2的细胞核易位，提高了CAT、SOD1和SOD2等靶基因的表达，在牙周炎动物模型中，黄芩素能显著增加牙周组织中pNrf2阳性细胞的数量并降低牙槽骨吸收［12］。

槲皮素又称为洋葱素或槲黄素，具有抗氧化、抗炎、抗菌、抗病毒及免疫调节等生物学特性，临床应用较为广泛。有研究证实槲皮素可通过降低晚期糖化终产物AGEs含量保护糖尿病患者牙周组织，改善AGEs过量导致的成纤维细胞和成骨细胞增殖异常、牙槽骨吸收及胶原纤维破坏。少量的槲皮素还可激活Nrf2信号传导通路，减轻氧化损伤并增强牙周韧带细胞的抗氧化能力，保护牙周韧带细胞的成骨能力［13］。

在牙周炎治疗的相关研究中，黄芩素、槲皮素和芦丁等植物来源的黄酮类抗氧化剂均具有清除自由基和抗脂质过氧化的作用，但因其生物利用率较低，多与其他药物如姜黄素、白藜芦醇和纳米材料等联合应用［14］。

4 多酚类在牙周炎治疗中的应用

多酚类化合物因具有酚基团而得名，可分为多酚单体和单宁类物质两类，具有独特的生理活性和药理活性。由于多酚对活性氧等自由基有较强的捕捉能力，作为抗氧化剂广泛应用于临床。近年来，将多酚类化合物的抗氧化能力作用于牙周炎治疗的研究越来越多。

茶多酚是主要存在于茶中的化合物，其中儿茶素类化合物为茶多酚的主要活性成分，包括表儿茶素、表儿茶素没食子酸酯、表没食子儿茶素等。表儿茶素没食子酸酯是茶多酚中含量最多、生物活性最强的成分，其能与ROS相互作用，终止随后的链反应，抑制炎症和细胞损伤。研究发现，表儿茶素没食子酸酯预处理可显著降低巨噬细胞的ROS生成，还可抑制LPS诱导的NO基因表达，降低氧化损伤。表儿茶素没食子酸酯在牙周炎体内体外模型中均可下调PGE1表达，抑制成骨细胞PGE2分泌，进而抑制RANKL表达，减少牙槽骨吸收［15］。

白藜芦醇作为抗氧化剂在抗癌、抗衰、防治心血管疾病方面表现优异，其在牙周炎领域的治疗机制逐渐明确。研究证明，牙周炎发生、发展过程中，牙周组织中ROS产生增多，氧化应激状态破坏牙周组织状态，降低Nrf2和血红素加氧酶1（HO-1）表达。白藜芦醇可通过Nrf2介导的信号通路增强HO-1表达，产生氧自由基清除剂，减弱牙周组织中炎症相关蛋白、循环ROS的产生和破骨细胞的形成。研究显示，白藜芦醇还可通过靶向调控PI3K/Akt和Wnt/β-catenin信号通路预防细胞的氧化应激反应，如增加SOD和GSH-Px含量，并减少ROS和氧化应激标志物MDA产生［16］。体内研究发现，白藜芦醇可通过降低NADPH氧化酶水平，上调SIRT1来减轻牙周炎大鼠的氧化应激状态，减轻牙周组织破坏程度，是一种具有强抗氧化作用的治疗慢性牙周炎的潜在药物［17］。

此外，将植物中直接提取的抗氧化剂进行修饰有助于开发新型药物，研究人员从克罗阿迪纳葡萄渣中提取的多酚混合物功能化后，形成一种新型生物陶瓷材料。对这种生物材料的表面和结构通过高效液相色谱分析进行表征，并进行体内外试验评估细胞相容性和生物反应。结果显示该材料具有高效的抗炎及抗氧化作用，可以下调巨噬细胞的炎症反应，刺激成骨细胞中与早期骨基质沉积有关的基因表达，降低RANKL与OPG比率，减少牙槽骨吸收［18］。

多酚类化合物种类众多，丁香酚、原花青素、安石榴苷、茄尼醇、香芹酚和厚朴酚等多酚类抗氧化剂在牙周炎的治疗研究中受到越来越多关注，表现出优异的抗氧化作用［19-21］。

5 纳米材料在牙周炎治疗中的应用

多数常规抗氧化剂作用虽然强大，但存在生物利用率低、稳定性差和作用时间短等缺点，因此研究可行的人工抗氧化材料对治疗牙周炎有重要意义。近年来，纳米材料在牙周炎治疗领域表现出良好前景，使用高生物相容性和低毒性纳米材料将药物输送到特定治疗部位，发挥清除ROS、促进牙周组织再生能力是其在牙周炎治疗领域特有优势［22］。

传统的抗氧化剂如姜黄素、褪黑素［23］和白藜芦醇等天然抗氧化剂，由于其生物学性质较难局部应用，很难渗透到牙周组织中，并可能导致不良反应。纳米材料治疗牙周炎的形式通常是使用纳米载体系统负载抗氧化药物精准输送至牙周组织，增强生物利用率。WANG等［24］开发了一种新型的双药物负载纳米系统，由负载抗氧化剂α-硫辛酸的二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇DSPE-PEG形成的疏水脂质核以及静电吸附盐酸米诺环素的聚乙二胺树枝状聚合物PAMAM亲水壳组成。这种纳米复合物因其特殊结构，在炎症微环境的低pH条件下以及在受到脂肪酶刺激后释放出抗氧化剂和抗菌剂，抑制龈下微生物菌落的形成，促进细胞的成骨分化并改善牙槽骨吸收，在治疗糖尿病相关牙周炎方面具有良好的潜在应用前景。

MURGIA等［25］开发了一种生物黏附片，该片剂由负载甲硝唑的亲水基质和负载姜黄素的亲脂性纳米颗粒组成。使用甘草次酸、十六醇、棕榈酸异丙酯等作为表面活性剂，制备负载姜黄素的纳米载体。将纳米载体和甲硝唑混合凝胶冷冻干燥后获得亲水海绵状结构，随后压缩获得黏附片剂。这种新型黏附片剂将姜黄素与甲硝唑一起递送于牙周组织治疗牙周炎，共同发挥抗氧化和抗菌作用。

将抗氧化剂槲皮素负载于铈纳米材料中，结果显示这种纳米复合物可以有效增加炎症细胞模型中巨噬细胞极化的M2/M1比率，证明该复合物可以控制巨噬细胞的表型转换，通过抑制M1极化、促进M2极化促进牙周组织再生。在牙周炎动物模型中，纳米复合材料还显著下调了促炎细胞因子，因此这种新开发的纳米药物在清除ROS和抑制炎症方面发挥强大的作用［26］。研究人员也制备出搭载白藜芦醇的介孔二氧化硅纳米复合材料，制备原理和抗氧化作用等相似，这些都为治疗牙周炎提供了有潜力的候选药物。

除了作为负载抗氧化药物的载体系统之外，有些纳米材料本身也可以清除ROS。研究人员制备出了可生物降解的聚多巴胺纳米颗粒作为牙周炎中ROS清除剂，具有优秀的生物安全性及可降解性。在牙周炎动物模型中注射聚多巴胺纳米颗粒，牙周组织中氧化应激标志物和炎症因子明显降低，是一种新型抗氧化抗炎纳米材料。

同样具有清除ROS作用的纳米材料还有含钼多金属氧酸盐（Mo-POM），多金属氧酸盐（POM）是一类由过渡金属和氧等组成的化合物，作为新兴的阴离子簇材料，其具有独特的物理化学性质。POM的结构、极性和电荷等经过修饰后可以合成许多低毒、高稳定性和高活性的纳米颗粒，其中基于金属钼的Mo-POM具有体积小、生物相容性高、毒性低等优点，广泛应用于癌症治疗、抗菌和抗病毒治疗等生物医学领域。CHEN等［27］首次将超小钼基纳米材料用于牙周炎治疗的研究中，结果表明超小钼基纳米材料能清除ROS，并能抑制巨噬细胞M1表型发挥免疫调节作用，可用于牙周炎的治疗。尽管将纳米材料用于牙周炎的治疗仍处于研究阶段，但纳米材料治疗牙周炎的潜力巨大。

6 其他材料在牙周炎治疗中的应用

近年来，随着对中医药研究的不断深入，中草药在调节机体内环境和综合治疗作用上的独特优势逐渐显露，在牙周治疗中的应用也日趋增多。其中大黄为蓼科大黄属，在牙周治疗中大黄发挥作用的主要有效成分是以大黄素为代表的蒽醌类化合物。大黄素可通过抑制牙周病原菌的增殖、参与抗炎和抗氧化过程、抑制牙槽骨吸收和增强牙周膜活性等多种方式控制炎症进展，改善氧化应激，从而对常规的牙周治疗起到补充和辅助作用。

通过化学发光体系检测发现，大黄能够清除O2-、H2O2和其他ROS，抑制脂质过氧化，起到抗氧化作用。将2%大黄素局部注射于牙周炎大鼠牙龈，结果表明大黄素能显著提高牙周组织中SOD、GSHPx活力并降低血清中MDA含量，说明大黄素对炎症状态下的牙周组织具有保护作用，是具有潜力的牙周辅助治疗药物［28］。然而目前大黄治疗牙周炎的部分药理作用机制未完全了解，尤其对促进牙周再生的机制研究有待加强。

还有部分抗氧化剂主要应用于其他领域，近年发现，在牙周炎治疗中这些材料可发挥强大作用。二甲双胍是一种双胍类化合物，临床上主要用于治疗糖尿病。研究发现，二甲双胍具有抗炎抗氧化活性，可以通过调节关键转录因子AMPK、NF-κB、p65和HMGB1等基因表达，从而降低牙周组织中MDA、TNF-α和IL-1β水平并控制牙槽骨流失［29］。衣康酸四辛酯是一种细胞渗透性衣康酸衍生物，在牙周炎中发挥抗氧化作用，作用机制为通过烷基化Keap1的半胱氨酸残基使Keap1-Nrf2解离并激活Nrf2信号通路来减轻牙周炎症和氧化应激状态［30］。除此之外，还有很多自然界中存在的或人工合成的抗氧化材料有待进一步研究。

综上所述，使用抗氧化剂治疗牙周炎的研究取得较大进展，不同种类和结构的抗氧化剂均可调节牙周组织氧化应激状态，在牙周炎治疗中具有潜在应用前景。