氧化应激及抗氧化剂辅助治疗牙周炎的研究进展

任佳宇,任秀云

牙周炎是一种微生物相关、宿主介导引起牙周附着丧失的炎症,发生机制较为复杂[1]。牙周稳态反映了牙周定植菌和宿主固有免疫之间的动态平衡。氧化应激(oxidative stress,OS)是由于内源性或外源性刺激使机体活性氧(reactive oxygen species,ROS)产生过多和/或清除较少,导致氧化-抗氧化稳态失衡,引起组织细胞氧化损伤的反应[2]。OS与牙周炎的发生发展密切相关[3],抗氧化剂作为一种辅助治疗,可以有效改善牙周炎的临床和生化参数[4]。

1 OS与牙周炎的相关性

近年来,大量研究证明OS参与了牙周炎的发生发展。通过将红色复合体的混悬液接种于大鼠龈沟内,建立牙周炎模型,采集龈下菌斑样本,发现牙周炎大鼠的氧化应激指数(oxidative stress index,OSI)是正常组的5倍[5]。Chandra等[6]通过ROS分析显示,慢性牙周炎患者牙龈成纤维细胞中的ROS生成量较健康对照组增加了17%。Almerich等[3]横断面研究中,以86例就诊患者为研究对象,分为牙周健康组、牙龈炎组、慢性牙周炎组,检查患者的牙周状况,获取龈下菌斑样本,同时收集唾液,检测OS生物标志物,结果发现,与前两组患者相比,慢性牙周炎组患者唾液中OS生物标志物水平较高,且红色复合体细菌存在的菌斑样本中OS生物标志物水平最高。Toczewska等[7]发现,与健康对照组相比,牙周炎患者的非刺激性唾液及龈沟液(gingival crevicular fluid,GCF)中的总氧化状态(total oxidant status,TOS)、OSI均显著升高(P<0.001),总抗氧化能力(total antioxidant capacity,TAC)显著降低(P<0.001)。杨洁等[8]通过检测血浆和GCF中蛋白质总氧化水平指标蛋白羰基,发现慢性牙周炎患者蛋白羰基水平较牙周健康者明显升高(P<0.001),且与菌斑指数(plaque index,PI)、牙龈指数(gingival index,GI)、探诊深度(probing depth,PD)、临床附着水平(clinical attachment level,CAL)均呈正相关。

以上证据均表明,OS与牙周炎的发生发展密切相关。牙周炎症程度增加,OS生物标志物表达水平升高,且与牙周临床参数相关。这提示我们在牙周炎的进展中,OS可能发挥一定的促进作用。

2 OS促进牙周炎发生发展的机制

研究发现,高反应性外周血中性多形核白细胞(polymorphonuclear leukocytes,PMNs)产生的过量ROS是牙周炎中OS的潜在来源[9-10]。成熟的PMNs受外源性病原体及其产物刺激,穿过血管内皮,到达炎症部位,通过吞噬细菌,释放溶酶体酶或呼吸爆发来杀灭细菌,同时产生ROS抵御感染。然而,过量ROS生成可诱导OS的发生。OS可以直接导致细胞外基质降解及线粒体DNA过早氧化损伤[11-12],对牙周组织产生直接损害,加重炎症反应[13],促进牙周膜细胞凋亡;还可以通过增强基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)的活性,间接调节炎症、凋亡相关信号通路,导致牙周组织损伤增加及牙槽骨吸收[14-15]。Osorio等[16]将人牙周膜成纤维细胞暴露于亚致死浓度过氧化氢后,活性MMP-2、MMP-9表达显著增加,激活核因子κB信号通路,促进牙槽骨吸收。相反,抗氧化信号通路的激活能够减轻ROS引起的细胞损伤,维持细胞的氧化还原稳态,从而减少牙周膜干细胞的凋亡。Liu等[17]应用不同浓度梯度的过氧化氢刺激牙周膜干细胞,随着ROS的增加,核因子E2相关因子2(nuclear factorerythroid2-related factor2,Nrf2)介导的抗氧化信号通路也被激活,通过上调其下游的抗氧化酶来清除过量ROS,减少牙周膜干细胞的凋亡。

宿主受到微生物刺激后,产生的免疫炎症反应在牙周炎进展中发挥重要作用,其中体液免疫能够有效地抵抗细胞外存在的抗原微生物[18]。近年来有研究显示,OS可能通过损害辅助性T细胞和B细胞功能,影响其介导的免疫反应,从而减少抗牙周致病菌特异性抗体免疫球蛋白(immunoglobulin,IL)-G的产生,影响牙周病原体的局部清除,促进炎症因子表达,诱导全身炎症介质及急性期反应物的释放,导致菌血症的发生[19]。

在牙周炎的发生发展中,OS能够通过直接或间接参与免疫炎症反应,引起牙周组织破坏,这提示我们可以从抑制或消除OS产生的角度探索治疗牙周炎的新方向。

3 抗OS与牙周炎治疗

3.1 牙周基础治疗

牙周基础治疗导致的暂时性菌血症可能引起OS生物标志物的表达升高[20]。D′Aiuto等[21]研究发现,牙周炎与总活性氧代谢物(reactive oxygen metabolite,ROM)水平较高相关(OR=3.60,95%CI:1.20～10.50)。基线检查时,重度牙周炎组患者表现出较高的ROM水平(P<0.001),牙周基础治疗后1周内ROM表达呈升高趋势(P<0.01),但治疗后30 d下降至接近基线水平。

牙周基础治疗后2～3个月,慢性牙周炎患者血清、唾液和GCF中的ROM水平以及血清、唾液中的丙二醛(malondialdehyde,MDA)水平、8-羟基脱氧鸟苷(8-hydroxydeoxyguanosine,8-OHdG)水平较基线时显著降低(P<0.05),并且牙周临床参数如探诊出血(bleeding on probing,BOP)、PI、PD和CAL也显著改善(P<0.05)[22-23]。在一项针对伴2型糖尿病牙周炎患者的临床干预研究中,Mizuno等[24]发现,与仅接受口腔卫生指导组相比,接受完善的牙周非手术治疗组3个月后血清中OSI显著降低。

综上,牙周基础治疗短时间内可能会造成OS生物标志物表达升高,随着时间延长,OS生物标志物表达显著降低,说明从远期效果来看,牙周基础治疗能够改善OS状态。关于牙周基础治疗在改善OS状态中的作用,目前仍然需要进行更长时间的随访研究,寻找更精准的OS标志物。

3.2 抗氧化剂辅助治疗牙周炎

抗氧化剂是能有效延迟、阻止或减缓易氧化生物分子如脂质、蛋白质和DNA等发生自动氧化的物质,且其在较低浓度时即可起效[25]。主要分为酶抗氧化剂(包括谷胱甘肽过氧化物酶等)和非酶抗氧化剂(包括褪黑素、辅酶Q10(coenzyme Q10,CoQ10)等代谢抗氧化剂和维生素C、类胡萝卜素、多酚化合物等营养抗氧化剂)[26]。大量研究发现抗氧化剂辅助治疗有助于改善牙周炎症状态[4]。

3.2.1 维生素C 维生素C,也称为抗坏血酸,是一种水溶性抗氧化剂,通过减少ROS减轻牙周炎的炎症程度。动物实验表明,与单独牙周基础治疗相比,局部[27]或全身[28]辅助应用维生素C,可以减轻血清中OS标志物(MDA、OSI)水平,抑制骨吸收标志物(Ⅰ型胶原交联C-末端肽)、增加成骨标志物(如骨密度指数)的表达。

3.2.2 番茄红素 番茄红素是植物中存在的一种类胡萝卜素,具有很强的ROS清除和抗氧化能力。Ali等[4]将牙周炎患者随机分为3组,分别使用番茄红素凝胶、盐酸米诺环素微球凝胶、安慰剂凝胶辅助牙周治疗,于治疗前和治疗后30 d记录牙周临床参数及GCF中白细胞介素(interleukin,IL)-8、MMP-9和金属蛋白酶组织抑制剂1(tissue inhibitor of metalloproteinase 1,TIMP1)的水平,结果显示:盐酸米诺环素微球凝胶治疗组和番茄红素凝胶治疗组CAL改善量显著高于对照组(P<0.05),GCF中TIMP1的水平也显著上调,可抑制MMPs的产生,减少ROS。Reddy等[29]将40例伴糖尿病的牙周炎患者随机分成两组,试验组采用番茄红素软凝胶辅助牙周基础治疗,安慰剂组采用单纯牙周基础治疗。治疗后2个月,两组患者血清MDA水平、糖化血红蛋白水平、PD均降低(P<0.05),且试验组疗效优于对照组。

3.2.3 褪黑素 褪黑素是由脑松果体分泌的激素之一,有强大的神经内分泌免疫调节活性和抗氧化能力。在伴糖尿病的牙周炎大鼠中,辅助应用褪黑素溶液(腹腔注射)治疗2周后,OSI、牙槽骨吸收程度、RANKL阳性破骨细胞密度、血糖水平均较单纯去除结扎组低(P<0.05)[30]。Ahmed等[31]研究发现,24例Ⅱ期牙周炎患者作自身对照,常规牙周基础治疗后,试验部位牙周袋内放置5%的褪黑素凝胶,对照部位放置安慰剂凝胶,治疗3个月,试验部位GCF中TAC水平增长百分比、MMP-9、PD、CAL降低百分比更显著。Bazyar等[32]研究伴糖尿病的牙周炎患者,结果发现牙周基础治疗8周后,辅助口服褪黑素片的患者血清中炎症因子(IL-6、C反应蛋白)表达显著下降(P<0.05),PD、CAL显著降低(P<0.001)。

3.2.4 CoQ10 CoQ10也称为泛醌,是人体唯一的脂溶性抗氧化剂,可以抑制蛋白质、脂质、DNA过氧化。金惠姣等[33]建立牙周炎大鼠模型后应用CoQ10溶液灌胃处理,连续给药12周,发现对照组牙龈组织中肿瘤坏死因子-α阳性细胞平均表达率(54.9%)显著高于CoQ10治疗组(15.1%)(P<0.05),而IL-10阳性细胞平均表达率显著低于CoQ10治疗组(8.9%vs.38.9%,P<0.05),提示CoQ10可抑制实验性牙周炎大鼠牙龈组织中炎症因子的表达,促进抗炎因子分泌,可能具有治疗和缓解牙周炎症的作用。近年来,已有学者研究发现,与仅行牙周基础治疗相比,CoQ10胶束纳米载体的辅助应用对于牙周炎的治疗效果更显著[34]。包括吸烟的牙周炎患者,辅助应用CoQ10凝胶,牙周临床参数(PD、CAL、改良龈沟出血指数)在治疗后1、3个月均有显著改善[35]。

3.2.5 多酚化合物 姜黄素和白藜芦醇属于多酚化合物,具有良好的抗氧化活性,可以通过激活Nrf2抗氧化信号通路,减少ROS产生。Tan等[12]将人牙周膜干细胞随机分为两组,实验组置于含有姜黄素的过氧化氢培养基中,对照组置于单纯的过氧化氢培养基中,随后将人牙周膜干细胞移植到SD大鼠颅骨缺损模型中,模拟体内OS环境。实验结果表明,与对照组相比,实验组MDA、ROS水平下降,超氧化物歧化酶、成骨标志物(骨钙素等)mRNA水平升高,细胞凋亡减少。Bhattarai等[36]研究发现白藜芦醇可以通过激活Nrf2抗氧化信号通路来减轻炎症,减弱脂多糖刺激下人牙龈成纤维细胞ROS、MMP-2、MMP-9和Toll样受体4的表达,减少破骨细胞的形成。

4 总结与展望

OS可能通过过量释放ROS,参与炎症、凋亡信号通路的调节,削弱免疫防御等途径参与牙周炎的发生发展。牙周炎患者体液中OS生物标志物的水平较高,牙周基础治疗会对OS生物标志物产生影响。辅助应用抗氧化剂可通过减少ROS的过量产生、抑制炎症因子的表达以及激活Nrf2抗氧化信号通路,改善牙周组织的炎症状态。然而,抗氧化剂辅助牙周治疗的临床应用尚少,大多研究随访时间尚短,仍需要大量研究证明抗氧化剂在牙周炎中的作用。