姜黄素在牙周炎防治中的研究进展

黄晗丹 杨柳青 姚经经 陶 璐 喻锦铃 高 颖 刘志辉

牙周炎是牙菌斑等局部因素导致的慢性炎症，常采用龈上洁治术、龈下刮治术等机械治疗方法，但受牙齿表面形态或器械的限制，有时无法彻底清除感染物。因此，药物治疗成为机械治疗的最常用辅助手段之一。辅助药物可以抑制致病菌活性，调节宿主炎症反应等，从而增强机械治疗效果，恢复牙周健康。常见辅助药物有抗生素类药物和非甾体类药物等[1]。但抗生素类药物易导致耐药菌株的产生或菌群失调；非甾体类药物可能增加持续出血或发生血肿的风险。因此，亟需发掘兼具疗效和安全性的新型辅助药物。

天然植物提取物具有成本低、副作用小等优点，已逐渐成为研究热点[2]。姜黄素（curcumin, Cur）是从植物姜黄、莪术中提取的一种活性多酚物质，具有抗炎、抗氧化、抗菌和促伤口愈合等作用[3]。牙周破坏是由菌斑微生物直接损害以及其引发的过度免疫反应间接损害所致，因此姜黄素的抗菌和抗炎作用可用于治疗牙周炎。然而，低生物利用度限制姜黄素将体外益处完全转化为临床应用。因此不同的药物传递系统如脂质体、纳米粒子、固体分散、乳液、胶束等被研发应用[4]。本文就姜黄素防治牙周炎的作用机制及姜黄素的不同传递策略进行综述，旨在为姜黄素用于防治牙周炎的基础研究和临床应用提供思路。

一、姜黄素对牙周炎的药物作用

1.抗菌作用：姜黄素具有较强的抗菌作用，可通过多种抗菌机制来发挥抑菌作用，如影响细胞膜的通透性、细菌分裂蛋白及毒力因子基因的表达等。Bocher 等[5]通过在钛棒周围植入人工牙周袋并引入从患者龈沟提取的多种致病菌以构建体外生物膜模型，发现经姜黄素处理后的菌落总量减少97.35%（P＜0.05），显著强于对照组。进一步将姜黄素作用于牙龈卟啉单胞菌（Porphyromonas gingivalis,P.gingivalis）、具核梭杆菌及齿垢密螺旋体等牙周致病菌，发现姜黄素可以抑制它们的生长，其中20 mg/mL的姜黄素对P.gingivalis生物膜的抑制作用达到80%，且剂量依赖性抑制P.gingivalis毒力因子（牙龈蛋白酶R 和牙龈蛋白酶K）的活性[6]。并且姜黄素及其衍生物可插入到磷脂双层中增加膜的通透性，还可抑制细菌二分裂时供应能量和驱动分裂的重要蛋白FtsZ从而抑制细菌分裂。这使得姜黄素有膜透性活性及广谱抗菌性，可用于与抗生素协同给药，提高抗生素的摄入率以增加药效[7]。

2.抗炎作用：姜黄素具有活跃的抗炎活性，可成为宿主炎症调节的一种天然药物选择。姜黄素在分子水平上已被证明通过调控NF-κB[8]、Janus 激酶（janus kinase，JAK）/信号转导及转录激活蛋白（signal transducer and activator of transcription，STAT）、丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPK）[9]等信号通路，抑制炎症因子如促炎因子白介素（interleukin, IL）-1β、IL-6 和肿瘤坏死因子（tumornecrosisfactor, TNF）-α 等发挥抗炎作用，抑制牙周炎进展[10]。其中NF-κB 通路为主要途径之一，当出现刺激时，NF-κB 通过级联反应结合到目标基因启动子区域，促进炎症因子等转录表达。调节NF-κB 信号转导和IL 分泌是姜黄素调节炎症小体最重要的功能机制[8]。姜黄素可上调细胞因子信号转导抑制因子(suppressor of cytokine signaling, SOCS)-1 减少JAK2/STAT3 信号通路的表达，从而下调炎症因子表达来抑制炎症[11]。例如，在结肠炎中姜黄素通过诱导SOCS1、SOCS3 下调JAK2、STAT3 和STAT6 可以减轻结肠炎症状和抑制树突状细胞[12]。抑制STAT 信号通路可以降低炎症细胞因子的表达和水平，从而减轻炎症反应引起的疾病。此外，姜黄素还通过调节SOCS-1 和SOCS-3以及p38 MAPK 的表达和活性，有效抑制了LPS 诱导的巨噬细胞中炎症细胞因子的表达[9]。并且姜黄素可以通过抑制神经细胞的JNK/MAP 信号通路，显著减轻炎性疼痛[13]。Xiao 等[14]在结扎诱导的大鼠实验性牙周炎模型中证明姜黄素可抑制NF-κB 活化以及减少IL-1β、PGE2、TNF-α 的产生而显著减少炎细胞浸润。此外，Diomede等[15]发现体外实验中姜黄素作用于牙周膜干细胞时可能通过一种新型机制级联活性氧（ROS），即Toll 样受体4/髓样分化因子88/NF-κB/炎性小体NLRP3/半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1/IL-1β 信号通路，从而成为一种重建组织内稳态的新型靶点药物。

3.骨保护作用：姜黄素具有较强的骨保护作用，主要通过抑制炎性骨丧失、促进干细胞增殖和分化实现。姜黄素通过抑制TNF-α, IL-6 等以及NF-κB 受体活化因子（receptor activator of nuclear factor-κB，RANK）和RANK 配体（receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL），减轻炎症反应和牙槽骨的吸收[16]，RANKL 诱导破骨细胞分化，是骨代谢的主要调节剂及牙周炎中牙槽骨破坏机制的关键。在牙龈成纤维细胞中的体外实验发现姜黄素纠正了LPS诱导的骨保护素/RANKL比值降低，进一步对牙周炎大鼠饲喂姜黄素后检测发现牙槽骨丧失减少，胶原纤维分解减弱[14]。Bakir 等[10]推测姜黄素通过抑制T 细胞分化，从而降低破骨细胞生成。此外，人牙周膜干细胞可分化为成骨细胞，促进牙槽骨再生，慢性炎症中ROS 的过量产生破坏了氧化还原稳态，导致细胞损伤及凋亡，抑制骨分化，研究发现姜黄素预处理可以保护干细胞抗氧化应激，促进细胞增殖和成骨分化[17]。

二、姜黄素的体内药代动力学和安全性

1.姜黄素的吸收、分布：姜黄素口服吸收率极低，分布受限。口服2 g/kg 姜黄素的大鼠血浆浓度最高为1.35 μg/mL，口服1 g/kg 姜黄素的小鼠血浆浓度最高为0.22 μg/mL，口服12 g 姜黄素的志愿者血浆浓度最高为0.051 μg/mL[18]。这可能由于姜黄素不溶于水，在消化道吸收较少，还需经过肝脏的首过消除，而大部分进入下消化道的姜黄素被快速代谢或排出所致，因此血药浓度极低。又加上姜黄素易与血浆蛋白结合，所以在各组织的分布受限。腹腔注射0.1 g/kg姜黄素的小鼠在1 h后，肠道中姜黄素含量达到最大值（0.117 g/kg），脾、肝、肾和脑的姜黄素含量分别为0.0261 g/kg、0.0269 g/kg、0.0075 g/kg和0.0004 g/kg[19]。

2.姜黄素的代谢、排泄：姜黄素体内代谢快，主要在肝脏和肠道中代谢，通过粪便排泄。口服1 g/kg姜黄素的小鼠，1 h 后血浆内姜黄素浓度迅速下降，6 h 内降至检测限（5×10-9g/mL）以下[19]。Burapan等[20]进一步体外实验发现姜黄素被人类肠道细菌Blautia sp.MRG-PMF1 去甲基化为去甲基姜黄素，再继续去甲基为双去甲基姜黄素。口服后，大部分姜黄素通过粪便排出，一小部分姜黄素在肠道内被吸收，在肝脏和血浆中迅速代谢[18]。给大鼠口服1 g/kg 的姜黄素后，检测到粪便中的排泄量约75%，而尿中的含量却微乎其微[21]。

3.姜黄素的安全性：作为FDA 归类为公认安全的物质[22]，姜黄素的安全性很高。大鼠口服姜黄素高达5 g/kg 时，未发现明显毒性作用，且进行3 代以上长期研究未发现致畸或致癌作用，也未损害生殖能力等[19]。第一阶段的临床试验表明，姜黄素在人体内即使在高剂量(12 g/d)下也是安全的，志愿者未发现明显不良反应[23]；以剂量为0.5 g，一天两次口服姜黄素制剂持续30天对人体是安全的[24]。

三、姜黄素的常用传递系统

不同的策略如提高姜黄素溶解度，合成姜黄素纳米制剂，联合佐剂，合成新的姜黄素衍生物和类似物，设计姜黄素杂化分子等均被应用于提高姜黄素的生物利用度[25]，其中脂质体、纳米粒子、佐剂、胶束、水凝胶最为广泛使用，表1 为姜黄素的常用传递系统以及不同传递系统之间的特点比较。

表1 不同传递系统的特点比较

1.脂质体：脂质体是人工构建的球形双分子层囊泡结构[26]。脂质体的包封能显著改善姜黄素的多种理化特性。通过包被牛血清白蛋白构建姜黄素脂质体的长循环给药体系，具有低吞噬、缓释、增强稳定性、无毒性等特点[27]。此外，开发具有靶向性的脂质体制剂可以进一步提高姜黄素的药效。Barattin[28]等制备了一种新型pH 敏感脂质体，采用四精氨酸-二硬脂酰甘油和聚乙二醇化对应物修饰脂质体，其中包含pH 敏感的聚阴离子嵌段，在肿瘤的酸性环境下易暴露精氨酸部分，增强脂质体靶向结合癌细胞。

2.纳米粒子：纳米微粒给药系统可提高疏水性药物的溶解性，同时小颗粒可以延长药物在体循环中维持时间和改变分布，并允许靶向和跨屏障运输[29]。采用乳化低温凝固法将姜黄素包裹在固体脂质纳米粒中，增加细胞内姜黄素浓度及其在线粒体中的积累，并提高其水溶液稳定性，以增强姜黄素治疗活性[30]。12 名志愿者分别口服γ-环糊精姜黄素制剂和姜黄素，与直接口服姜黄素相比，服用γ-环糊精姜黄素制剂后血浆姜黄素浓度更高，人体对姜黄素吸收增强，生物利用度明显提高[31]。目前常见的纳米粒子还有介孔二氧化硅纳米颗粒、蛋白质基纳米载体等[32]，未来也可应用于提高姜黄素的生物利用度。

3.佐剂：佐剂可改变姜黄素的代谢从而间接提高生物利用度，如胡椒碱、卵磷脂和芝麻素等。在体内代谢时葡萄糖醛酸基转移到姜黄素的羟基形成葡萄糖醛酸苷，姜黄素活性降低，易外排。胡椒碱是一种肝和肠的葡萄糖醛酸酸化抑制剂[33]，其主要通过抑制葡萄糖醛酸化酶对姜黄素的醛酸化以提高姜黄素的生物利用度。给予人工构建牙周炎模型的大鼠姜黄素和胡椒碱，发现与单独应用姜黄素组相比，联合应用可明显降低牙周组织中NF-κB 的活性，减少炎症细胞浸润，增加胶原含量，具有促进牙周炎软组织愈合和骨组织矿化的潜力[34]。进一步体外实验发现姜黄素联合胡椒碱可抑制破骨细胞特异性标志抗酒石酸酸性磷酸酶（TRAP）、组织蛋白酶K 和降钙素受体的表达，减少破骨发生，且不会对牙周膜细胞产生毒性作用[35]。

4.胶束：胶束指在水溶液中，表面活性剂形成的分子有序聚集体，由亲水壳和疏水核组成，可装载疏水药物。纳米级胶束可从血管壁溢出进入细胞，且胶束的外亲水壳可逃脱网状内皮系统的清除，延长药物体循环时间。制备姜黄素聚乳酸-葡聚糖纳米胶束，考察其对假单胞菌的抗菌活性发现，与游离姜黄素相比，姜黄素胶束可较好地渗透生物膜进而有效破坏，增强了姜黄素的抗菌作用[36]。LeeD 等[37]设计了一种酸响应姜黄素聚合物，由1,4,4'-三亚甲基二哌啶和聚乙二醇丙烯酸酯共轭加成，将姜黄素纳入其疏水主干后，由于两亲性，在水条件下自组装成胶束，在酸性条件下迅速释放姜黄素。解决了姜黄素水溶性差的问题，且具有病理学上的刺激反应能力，实现控制化释放。

5.水凝胶：水凝胶是以水为分散介质的半固体凝胶，通常为亲水性三维网络结构，可实现姜黄素缓释且具有强黏膜亲和力以及长局部滞留时间等优势，适于作为经皮肤、黏膜给药剂型。采用羟丙基-β-环糊精提高姜黄素的溶解度，将其负载到细菌纤维素水凝胶中，对葡萄球菌显著抑制，还具有血液相容性、细胞相容性和抗氧化作用等[38]。以泊洛沙姆F 127为温敏聚合物，波普P 934为pH敏感聚合物，配制可控释放的姜黄素水凝胶，体外实验证明该凝胶易插入牙周袋、控释药物时间长，进一步临床试验发现牙周炎患者刮治术后应用该凝胶与不用相比，可明显减小牙周探诊深度和出血指数，且提高患者依从性[39]。

四、姜黄素的临床应用

在临床研究中，应用姜黄素作为牙周治疗的辅助手段，可以显著减少牙周炎症。Ravishankar 等[45]选取牙周炎患者分别应用姜黄素凝胶和奥硝唑凝胶，1 个月评价时，姜黄素凝胶比奥硝唑凝胶具有更好的治疗效果，牙周袋深度、菌斑指数和临床附着丧失明显降低。Pulikkotil 等[46]选取健康受试者，分别应用姜黄素、氯己定和氯己定-甲硝唑凝胶作为维持口腔卫生的唯一方法，构建29 天牙龈炎模型，评估牙周状况和龈沟液中IL-1β 和粘膜相关上皮趋化因子（MEC/ C-C motif chemokine 28, CCL28）的变化，发现姜黄素组与氯己定-甲硝唑凝胶组牙周状况相当，但IL-1β 与CCL28显著低于氯己定凝胶组。此外，一项纳入9 项随机对照试验、涉及420 名检测者/位点的meta 分析[47]显示，与同作为辅助药物的氯己定相比，姜黄素对降低牙周袋深度、临床附着丧失、牙龈指数和菌斑指数的效果相似。另一项评估姜黄素漱口水对菌斑和牙龈指数作用的meta 分析也得出了相似的结论，姜黄素和氯己定在减少菌斑（CI:-0.53,1.07,P=0.51）和牙龈指数（CI:-0.35,0.09,P=0.24）方面具有相当的疗效[48]。氯己定是目前牙周辅助用药的“金标准”药物，姜黄素与其疗效相当，说明姜黄素在抑制牙周致病菌、减轻炎症程度、改善牙周临床指标等方面具有重要作用。