張 成，蘆 笛，劉宗響，2，王鵬來，2

種植義齒已成為牙列缺損、缺失后修復(fù)的主要方式，相較于傳統(tǒng)的固定、活動(dòng)義齒，其更美觀、更舒適，且有著更高的咀嚼效率和更長(zhǎng)的使用壽命[1]。種植體的材料主要為鈦和鈦合金，其有著較好的機(jī)械強(qiáng)度和生物相容性。但鈦?zhàn)鳛樯锒栊越饘?，缺乏骨誘導(dǎo)性能，需較長(zhǎng)的時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)種植體與天然骨組織間緊密的骨結(jié)合[2]。隨著種植義齒的應(yīng)用越來越廣泛，口腔種植手術(shù)的術(shù)后并發(fā)癥也日益增多。種植體周圍炎是術(shù)后常見的并發(fā)癥，特征為種植體周圍黏膜炎癥以及支持骨的喪失，最終導(dǎo)致種植體的松動(dòng)、脫落[3]。因此，提高種植體的骨誘導(dǎo)性能，獲得種植體早期骨整合，預(yù)防和治療種植體周圍炎是口腔種植臨床診療的關(guān)鍵。

褪黑素(melatonin)，化學(xué)名稱為5-甲氧基-N乙酰色胺，是夜間主要在松果體合成的一種天然激素。松果體細(xì)胞從血液中攝取色氨酸后，在色氨酸-5-羥化酶和5-羥色胺脫羧酶的作用下，色氨酸依次羥基化和脫羧化轉(zhuǎn)化為5-羥色胺。5-羥色胺在N-乙酰轉(zhuǎn)移酶的作用下轉(zhuǎn)化為N-乙酰-5-羥色胺；隨后羥基吲哚-氧-甲基轉(zhuǎn)移酶作用于N-乙酰5-羥色胺，使其甲基化，最終形成褪黑素[4]。褪黑素也可在視網(wǎng)膜、胃腸道和骨髓等不同的器官中產(chǎn)生，與晝夜節(jié)律、體溫、性發(fā)育和生殖周期等生命活動(dòng)的調(diào)控密切相關(guān)[5]。近年來，大量研究發(fā)現(xiàn)褪黑素具有促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖與分化，抑制破骨細(xì)胞活性，誘導(dǎo)破骨細(xì)胞凋亡的作用[6-7]。在炎癥環(huán)境下，褪黑素可通過多種信號(hào)通路抑制促炎因子的釋放從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的炎癥反應(yīng)[8]。且褪黑素作為有效的抗氧化劑和自由基清除劑，可以直接中和細(xì)胞內(nèi)的活性氧和氮基反應(yīng)物，也可以刺激細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶的合成，間接發(fā)揮抗氧化作用，減輕氧化應(yīng)激反應(yīng)造成的細(xì)胞與組織損傷[9]。褪黑素的促成骨、抗炎、抗氧化等特性使其在口腔種植領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。本文就褪黑素在骨代謝和炎癥調(diào)節(jié)方面的具體機(jī)制以及褪黑素在口腔種植領(lǐng)域中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為獲得種植體早期骨整合，預(yù)防和治療種植體周圍炎拓寬思路。

1 褪黑素的調(diào)節(jié)機(jī)制

1.1 褪黑素與骨代謝

骨是整個(gè)生命過程中不斷重塑的組織，協(xié)調(diào)的骨代謝能保持良好的骨密度和骨質(zhì)量，使骨承受機(jī)械載荷，抵抗骨折。破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞之間的通信對(duì)于維持骨代謝至關(guān)重要，而褪黑素可通過影響成骨細(xì)胞與破骨細(xì)胞成熟與分化調(diào)控骨代謝的過程。

褪黑素可通過Wnt/β-catenin信號(hào)通路促進(jìn)成骨分化，其能抑制破壞復(fù)合物糖原合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase 3β, GSK3β)的活性，從而促進(jìn)β-catenin在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的積聚并定位于細(xì)胞核調(diào)節(jié)靶基因轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells, MSCs)的增殖[10]。同時(shí)，β-catenin會(huì)干擾下游靶點(diǎn)過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferators-activated receptor γ，PPARγ)的轉(zhuǎn)錄激活，減少脂肪生成，并刺激骨特異性轉(zhuǎn)錄因子2(runt-related transcription factor 2, Runx2)的表達(dá)，從而促進(jìn)骨組織生成[11]。此外，褪黑素可通過上調(diào)神經(jīng)肽Y (neuropeptide Y, NPY)和NPY受體Y1 (neuropeptide Y receptor Y1, NPY1R)的表達(dá)促進(jìn)MSCs的增殖和分化。Dong等[12]研究發(fā)現(xiàn)褪黑素加速了MSCs的成骨分化和骨折愈合，并伴有NPY和NPY1R水平的升高，而在加入NPY1R抑制劑BIBP3226后，褪黑素介導(dǎo)的MSCs的成骨分化受到抑制。

褪黑素可促進(jìn)成骨細(xì)胞分泌骨保護(hù)素(osteoptegerin, OPG)，OPG可對(duì)核因子κB受體活化因子(receptor activator of nuclear factor-κB, RANK)產(chǎn)生拮抗作用，競(jìng)爭(zhēng)性與核因子κB受體活化因子配體(receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL)結(jié)合，從而抑制RANK/RANKL介導(dǎo)的破骨細(xì)胞的分化與成熟，抑制骨質(zhì)流失[13]。另外，褪黑素可通過下調(diào)絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)信號(hào)通路減少RANKL的表達(dá)，抑制破骨細(xì)胞活性[14]。Kim等[15]研究結(jié)果表明褪黑素能通過下調(diào)核因子κB(nuclear factor κB, NF-κB)信號(hào)通路，降低活化T細(xì)胞核因子1(nuclear factor of activated T cell 1, NFATc1)的表達(dá)，抑制RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞分化。

1.2 褪黑素與炎癥調(diào)節(jié)

在炎癥過程中，病原體、損傷、代謝應(yīng)激等有害刺激會(huì)導(dǎo)致免疫系統(tǒng)失調(diào)，炎癥因子產(chǎn)生，NF-κB信號(hào)通路激活?；罨腘F-κB迅速發(fā)生核轉(zhuǎn)位調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)炎癥因子的表達(dá)，加快炎癥的進(jìn)展[16]。同時(shí)，在炎癥狀態(tài)下，細(xì)胞內(nèi)活性氧增多，細(xì)胞膜過氧化，細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞，加劇了細(xì)胞損傷。而褪黑素可靶向多種信號(hào)分子調(diào)節(jié)炎癥的發(fā)展過程。褪黑素可通過抑制脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)誘導(dǎo)的Toll樣受體4(toll-like receptor 4, TLR4)和NF-κB的活化從而抑制炎癥因子的表達(dá)，發(fā)揮抗炎作用[17]。褪黑素抗氧化和清除自由基的性能，能減輕線粒體的氧化應(yīng)激反應(yīng)，減少活性氧過量累積造成的細(xì)胞損傷。Arioz等[18]發(fā)現(xiàn)褪黑素可通過激活沉默信息調(diào)節(jié)因子1(silent mating type information regulation 2 homolog 1, SIRT1)/核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factors E2-related factor 2,Nrf2)信號(hào)通路增強(qiáng)抗氧化防御系統(tǒng)，抑制LPS誘導(dǎo)的NOD樣受體蛋白3(NOD-like receptor protein 3, NLRP3)炎性小體的激活。Fan等[19]利用褪黑素減輕了脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(deoxynivalenol, DON)對(duì)卵巢母細(xì)胞的毒性作用，研究表明DON增加了細(xì)胞內(nèi)活性氧水平和炎癥介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，而褪黑素則能有效改善氧化應(yīng)激水平，且能夠通過阻斷NF-κB和MAPK信號(hào)通路抑制DON誘導(dǎo)的促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生。此外，褪黑素能抑制NLRP3炎癥小體的組裝減少含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶1(Caspase 1)表達(dá)從而減輕炎癥反應(yīng)[20]。褪黑素也能觸發(fā)抗凋亡蛋白B淋巴細(xì)胞瘤-2(B-cell lymphoma-2, Bcl-2)和促凋亡蛋白Bcl-2相關(guān)X蛋白(Bcl-2-associated X protein, Bax)的信號(hào)通路，減少細(xì)胞凋亡，維持炎癥狀態(tài)下細(xì)胞的生存能力[21]。

2 褪黑素在口腔種植中的應(yīng)用

2.1 褪黑素與骨整合

種植體植入到宿主骨組織后，皮質(zhì)骨承受扭轉(zhuǎn)負(fù)載，并提供較高的初期穩(wěn)定性。松質(zhì)骨的血管豐富，血管系統(tǒng)供給的具有多向分化潛能的MSCs吸附于種植體表面，向成骨細(xì)胞分化，促進(jìn)新骨形成。成骨細(xì)胞和由單核-巨噬細(xì)胞分化而來的破骨細(xì)胞的共同作用，構(gòu)成了骨整合這一復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程。臨床中所用的鈦及鈦合金種植體雖然具有較好的生物相容性和機(jī)械性能，但缺乏骨誘導(dǎo)性能，需要較長(zhǎng)的時(shí)間實(shí)現(xiàn)骨整合。而褪黑素對(duì)骨代謝的正向調(diào)節(jié)作用使其可在口腔種植中作為一種有效的促成骨劑，加快骨整合進(jìn)程[22]。Dundar等[23]在種植體植入兔脛骨前將褪黑素粉末置于種植窩內(nèi)，顯著增加了種植體-骨接觸率(bone-to-implant contact, BIC)。Salomó-Coll等[24]將種植體于褪黑素溶液中浸泡后植入獵狐犬下頜骨，可見種植體螺紋間有更多的骨組織生成，BIC增加，舌側(cè)牙槽嵴吸收減少。

褪黑素的全身或局部應(yīng)用是通過血液循環(huán)和組織滲透作用于靶點(diǎn)，藥物利用率低下，且代謝吸收較快，難以獲得長(zhǎng)期的療效[25]。Lai等[26]將褪黑素吸附在陽極氧化形成的氧化鈦納米管表面，通過層層自組裝技術(shù)在鈦表面形成殼聚糖和海藻酸鈉的多層膜結(jié)構(gòu)，隨著殼聚糖和海藻酸鈉的不斷降解從而實(shí)現(xiàn)褪黑素緩釋，長(zhǎng)期有效促進(jìn)了MSCs在鈦表面的粘附、增殖和成骨分化。Xiao等[27]構(gòu)建了復(fù)合粘接水凝膠體系，通過多巴胺仿貽貝吸附的能力使褪黑素牢固地結(jié)合在鈦表面，從而實(shí)現(xiàn)褪黑素在局部區(qū)域的持續(xù)釋放，降低了過氧化氫誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激引起的細(xì)胞凋亡，恢復(fù)了細(xì)胞的成骨分化潛能并增加了種植體周圍骨量。褪黑素促進(jìn)成骨細(xì)胞分化、加速骨質(zhì)生成和礦化的性能為增加種植體的骨誘導(dǎo)性能，實(shí)現(xiàn)早期骨整合提供新的方法和策略。

2.2 褪黑素與種植體周圍炎

種植體周圍炎是以種植體周圍黏膜炎癥和支持骨組織進(jìn)行性吸收為基本特征的炎癥性疾病。種植體周圍炎是由口腔微生物失調(diào)所引起，種植體上菌斑生物膜的成熟會(huì)導(dǎo)致種植體周圍的軟組織炎癥，首先出現(xiàn)種植體周圍黏膜炎，隨后出現(xiàn)牙槽骨的進(jìn)行性吸收，發(fā)展為種植體周圍炎，組織病理學(xué)特征為淋巴細(xì)胞、中性粒細(xì)胞的炎性浸潤(rùn)。種植周圍炎的發(fā)病機(jī)制、臨床表現(xiàn)和病理特征與牙周炎的發(fā)生發(fā)展極為相似[28]。褪黑素在牙周炎的預(yù)防和治療中應(yīng)用廣泛，口服褪黑素結(jié)合非手術(shù)牙周治療(nonsurgical periodontal therapy, NSPT)能有效改善牙周炎患者的炎癥狀態(tài)[29]，Tinto等[30]的實(shí)驗(yàn)也得到了相同的結(jié)果。在結(jié)扎絲誘導(dǎo)的大鼠實(shí)驗(yàn)性牙周炎模型中，腹腔注射褪黑素可顯著抑制破骨細(xì)胞的形成及局部牙槽骨的吸收，有助于牙周組織的愈合[31]。而在局部應(yīng)用中，褪黑素凝膠與NSPT的聯(lián)合使用在牙周炎患者的治療中也展現(xiàn)出較好的抗炎和抗氧化性能[32]。褪黑素可抑制白細(xì)胞介素1β(interleukin-1β, IL-1β)誘導(dǎo)產(chǎn)生的基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase, MMP)和CXC趨化因子配體1(CXC chemokine ligand 1，CXCL 1)的表達(dá)，保護(hù)MMP組織抑制劑，減輕牙周炎造成的軟組織破壞[33]。預(yù)防性應(yīng)用褪黑素能抑制TLR4/髓樣細(xì)胞分化因子88(myeloid differentiation factor 88, MyD88)信號(hào)通路介導(dǎo)的促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生，使RANKL/OPG的比例恢復(fù)正常，抑制骨組織的吸收[34]。研究表明，種植體周圍炎與牙周炎臨床和病理改變雖然相似，但種植體周圍病變占據(jù)更大的體積，包含更多的多形核白細(xì)胞和巨噬細(xì)胞[3]，比牙周炎病變進(jìn)展更快，更具有侵襲性[35]。早期診斷、發(fā)現(xiàn)和干預(yù)是治療種植體周圍炎的關(guān)鍵。Wu等[36]通過在種植體周圍注射脂多糖誘導(dǎo)了大鼠種植體周圍炎模型，并預(yù)防性應(yīng)用褪黑素，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明褪黑素通過降低TLR4蛋白的表達(dá)，抑制NF-κB的活化，下調(diào)了腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)、IL-1β等炎癥因子的水平，抑制了破骨細(xì)胞的骨吸收作用，有效地預(yù)防種植體周圍炎的產(chǎn)生。此外，種植體周圍炎性浸潤(rùn)會(huì)產(chǎn)生大量活性氧，活性氧的積聚又會(huì)加劇種植體周圍軟硬組織的損傷，而褪黑素的抗氧化和清除自由基的性能則能減輕種植體周圍炎的氧化應(yīng)激反應(yīng)，抑制炎癥進(jìn)一步發(fā)展。

3 展 望

褪黑素對(duì)骨代謝和炎癥的正向調(diào)節(jié)作用，使其在口腔種植領(lǐng)域中有著較好的應(yīng)用前景。但褪黑素促進(jìn)種植體骨整合，改善種植體周圍炎的具體機(jī)制還有待進(jìn)一步的研究。且如何實(shí)現(xiàn)褪黑素在種植體周圍長(zhǎng)期穩(wěn)定的釋放，提高藥物利用效率也是未來研究的方向。綜上所述，褪黑素在促進(jìn)種植體骨整合，預(yù)防和治療種植體周圍炎方面展現(xiàn)出優(yōu)異的性能，但要實(shí)現(xiàn)褪黑素的臨床應(yīng)用，還需科研人員不斷研究和探索。