木犀草素在牙周炎防治中的研究进展

赵溟昱,时彬冕,谢旭东,许春梅,王 骏

牙周炎是发生在牙周支持组织的慢性炎症性疾病,微生物与宿主免疫防御的相互作用决定了疾病的过程和进展[1]。随着牙周炎的发展,牙周组织发生一系列病理性改变,包括牙周软组织和牙槽骨的不可逆性破坏[2]。牙周炎的治疗目的是消除炎症,阻止病程进一步发展,并最终实现牙支持组织再生。近年来,宿主免疫疗法在牙周领域受到广泛关注,其中调节宿主炎症反应和牙周组织内病理性胶原破坏是两条主要路径[3]。非甾体类抗炎药是最早被研究并进入牙周炎临床试验的宿主免疫调节药物,但该类药物具有诱发胃肠道反应、肾功能衰竭及严重心血管疾病等副作用,且在停药后会加速牙槽骨丢失[4]。

天然化合物近年来在牙周炎治疗中显示出巨大的应用价值[5],其中,木犀草素因其具有抗炎能力在牙周疾病中也发挥一定作用。本文归纳整理了木犀草素在抑制牙周炎相关牙周组织破坏方面的研究进展,以期为牙周炎的治疗策略提供理论基础和新思路。

1 木犀草素简介

木犀草素是一种天然四羟基黄酮类化合物,分子量为286.23 ku,因最初从草本植物木犀草的叶、茎、枝中分离出而得名[6]。木犀草素广泛分布于花卉、草本植物、蔬菜和香料中[7]。与其他黄酮类化合物类似,木犀草素具有多种药理作用,包括抗氧化、抗菌、抗炎等特性[8-11]。

目前,富含木犀草素的药物已被广泛应用于糖尿病、阿尔茨海默病、癌症和痛风等疾病的研究[12-17]。

2 木犀草素抑制牙周组织破坏

在牙周炎中,炎症介质参与牙周组织损伤破坏的整个过程,可导致软组织破坏以及硬组织吸收[18]。研究发现木犀草素可通过调控多条炎症信号通路(包括核因子-κB(nuclear factor-kappa B,NF-κB)、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(proteinserine-threonine kinase,AKT)/磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol3-kinase,PI3K)、丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)和诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)/一氧化氮(nitric oxide,NO)通路等)抑制白细胞介素(interleukin,IL)-1β、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α、前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)等炎症介质的表达,在牙周炎症反应中发挥抗炎作用,抑制牙周组织破坏。

2.1 木犀草素抑制牙周软组织破坏

牙周炎会引起牙周结缔组织中Ⅰ型胶原降解,进而导致附着丧失[19],基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)在其中起重要作用。MMP是一类依赖于Ca2+、Zn2+等金属离子的酶,在牙周炎症反应中大量表达,特别是MMP-8、MMP-9和MMP-14,造成牙周组织细胞外基质中的胶原蛋白发生不可逆的降解破坏[20]。Balci等[21]研究发现,木犀草素可上调金属蛋白酶组织抑制剂(tissue inhibitor of metalloproteinase,TIMP)-1的水平,抑制牙周炎中MMP-8的产生,进而抑制牙周组织基质内胶原蛋白变性和降解,调节宿主免疫,减少牙周软组织破坏。此外,Casili等[7]研究发现木犀草素能够显著降低牙周炎大鼠牙龈黏膜修复组织中胶原纤维的比例,减轻炎症损伤导致的牙周组织纤维化。

NF-κB信号通路是免疫炎症反应的重要调节通路,在牙周炎的发生发展中发挥关键作用[22]。Casili等[7]研究发现细菌脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)刺激上调了牙周炎大鼠牙龈组织中NF-κB蛋白的表达,而木犀草素能通过阻断NF-κB信号通路,进而降低促炎细胞因子TNF-α和IL-6以及促炎酶环氧合酶(cyclooxygenase,COX)-2和iNOS的表达水平,阻止炎症造成组织破坏。静息状态下,人牙龈成纤维细胞中的NF-κB二聚体与抑制蛋白IκB在细胞质结合成为三聚体。LPS刺激IκB的泛素化降解,NF-κB二聚体移位至细胞核,驱动细胞核中的靶基因转录。研究显示,木犀草素抑制了IκB的降解,进而抑制NF-κB通路介导的促炎介质表达。Gutiérrez‐Venegas等[23]通过体外研究证明,应用木犀草素可抑制LPS对NF-κB核定位的影响,继而影响炎症介质NO的基因转录。此外,木犀草素对NF-κB信号通路的抑制作用与AKT/PI3K选择性抑制剂LY294002的作用相似,AKT/PI3K通路的激活可导致NF-κB活化,提示木犀草素可能通过阻断AKT/PI3K信号通路下调NF-κB信号,从而发挥抗炎作用。

除此之外,Gutiérrez-Venegas等[23-25]的一系列研究发现,木犀草素能通过抑制人牙龈成纤维细胞中ERK-1/2、p38和JNK磷酸化,阻断MAPK信号通路传导,下调LPS刺激的人牙龈成纤维细胞COX-2表达,使其低于基础转录水平,进而抑制前列腺素参与的牙龈炎症反应。表明木犀草素的抗炎作用还与MAPK信号通路有关。

2.2 木犀草素抑制牙槽骨破坏

2.2.1 木犀草素抑制破骨过程

随着牙周炎的发展,牙槽骨发生不可逆性破坏,具体表现为破骨细胞介导的骨吸收与成骨细胞介导的骨形成之间平衡的破坏[26]。研究表明,木犀草素可通过调控核因子-κB受体活化因子配体(receptor activator of nuclear factor-κB ligand,RANKL)/骨保护素(osteoclastogenesis inhibitory factor,OPG)和iNOS/NO信号通路抑制单核巨噬细胞向破骨细胞分化,降低破骨细胞活性,减少骨吸收,从而减轻牙周炎造成的牙槽骨破坏[27]。

RANKL是破骨细胞活化所需的重要细胞因子,其与破骨细胞上的核因子-κB配体受体激活剂(receptor activator of nuclear factor-κB,RANK)结合,提高破骨细胞的活性。OPG是RANKL的可溶性诱饵受体,阻碍RANK/RANKL结合并抑制破骨细胞生成[26]。在牙周炎患者牙周组织中,RANKL/OPG比值上升,提示破骨与成骨平衡紊乱[28]。Balci等[21]在丝线结扎诱导的大鼠牙周炎模型中应用木犀草素进行治疗,发现治疗组大鼠釉牙骨质界到牙槽嵴顶的距离明显少于对照组,并且TRAP染色阳性破骨细胞计数也相对减少,表明木犀草素可有效抑制破骨细胞活化,抑制骨吸收破坏。进一步研究结果显示,治疗组中RANKL表达水平相对对照组降低,而OPG水平升高,提示木犀草素可通过降低RANKL/OPG比值减轻对破骨细胞的激活作用。Kim等[29]研究发现使用木犀草素能阻断RANKL对骨髓细胞向破骨细胞分化的激活作用,抑制破骨细胞相关基因(NFATc1、c-Src、DC-STAMP、MMP-9、蛋白酶K和TRAP)的表达,阻碍破骨细胞分化。另外,木犀草素还能通过抑制RANKL介导的Ca2+信号转导发挥抑制破骨细胞分化作用[30]。

在生理状态下,iNOS催化生成的NO会抑制破骨细胞引起的骨吸收;而病理状态下,超过生理状况1 000倍的NO导致破骨细胞活性增强,成骨细胞活性下降[31]。在大鼠牙周炎模型中,唾液和血清NO水平随着牙槽骨的破坏进程显著增加,牙周组织中iNOS水平也明显升高[32]。有研究在体外评估了木犀草素调节LPS刺激人牙龈成纤维细胞产生NO的能力,发现木犀草素显著抑制NO的合成[33]。同时,多项体内研究均证实了木犀草素可通过阻断iNOS/NO信号通路,减轻动物牙周炎模型中的牙槽骨吸收[7,21],提示木犀草素可能是NO介导牙周组织损伤的有效治疗药物。

此外,氧化应激诱导破骨细胞前体转化为成熟破骨细胞,是骨丢失的重要因素之一[34],木犀草素可减少骨丢失,其强大的抗氧化性可能在其中发挥关键作用[9]。

2.2.2 木犀草素促进成骨过程

牙周膜干细胞(periodontal ligament stem cells,PDLSCs)是牙周组织修复的重要干细胞来源,可分化为成纤维细胞、成骨细胞和成牙骨质细胞[35]。经典Wnt信号通路通过提高ALP的活性和成骨相关基因的表达促进PDLSCs的成骨分化[36]。Quan等[37]向体外培养的PDLSCs中加入木犀草素,发现木犀草素可以通过以下方式促进PDLSCs的成骨向分化能力:①升高碱性磷酸酶活性以及钙化结节的含量;②上调成骨分化相关基因如骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)-2、骨钙素(osteocalcin,OCN)、成骨细胞特异性转录因子Osterix和Runt相关转录因子2(runt-related transcription factor 2,RUNX2)的表达。进一步研究表明,木犀草素提高了成骨向分化相关的Wnt/β-catenin通路蛋白成员cyclin D1和β-catenin的水平,并且能够拮抗β-catenin蛋白解聚诱导剂XAV939的作用。因此,木犀草素可能通过上调Wnt/β-catenin信号水平来促进PDLSCs向成骨细胞分化,进而促进牙周骨组织再生。除此之外,木犀草素还能通过ERK/Lrp-5/GSK-3β信号途径使成骨细胞凋亡减少和成骨细胞分化增加[38]。在动物实验中,木犀草素处理组的牙周炎小鼠牙周组织切片中成骨细胞计数增多,同时BMP-2水平显著上调,提示木犀草素改善了牙周炎引起的成骨抑制[21]。然而,目前还没有研究将木犀草素应用于牙周组织的骨再生模型中,其促进牙周骨组织再生的能力仍有待进一步验证。

综上所述,木犀草素改善过于活跃的骨吸收与受抑制的骨形成之间的失衡关系,从而减轻牙周炎中牙槽骨的破坏。

3 总结与展望

木犀草素是一个多靶点的抗炎药物,其优良的抗炎效应是多条炎症信号通路综合作用的结果。这意味着在发挥相同的抗炎作用时,木犀草素能更有效地避免不良反应[39]。截至目前,木犀草素在炎症中作用已被广泛研究和报道,但对其在牙周炎中作用的研究较少。木犀草素通过调节NF-κB、MAPK和iNOS/NO等多种信号通路下调炎症介质的表达,抑制过度炎症对牙周组织的损伤。此外,木犀草素不但能减轻牙周组织中胶原蛋白破坏,还被证明通过促进成骨和抑制破骨来保护牙槽骨。尽管木犀草素在牙周炎相关研究中表现出多维度的治疗潜力,目前还没有临床试验将其应用于牙周炎患者的治疗中,其发展潜能、相关作用机制及安全性仍有待进一步研究。此外,木犀草素的低水溶性限制了其在牙周炎中的应用,而利用聚维酮制备的木犀草素无定形固体分散体较好地提高了其在唾液中的溶解度[40],为木犀草素在牙周炎领域的产品设计提供了更多选择。