木犀草素在牙周炎防治中的研究進(jìn)展

趙溟昱,時(shí)彬冕,謝旭東,許春梅,王 駿

牙周炎是發(fā)生在牙周支持組織的慢性炎癥性疾病,微生物與宿主免疫防御的相互作用決定了疾病的過程和進(jìn)展[1]。隨著牙周炎的發(fā)展,牙周組織發(fā)生一系列病理性改變,包括牙周軟組織和牙槽骨的不可逆性破壞[2]。牙周炎的治療目的是消除炎癥,阻止病程進(jìn)一步發(fā)展,并最終實(shí)現(xiàn)牙支持組織再生。近年來,宿主免疫療法在牙周領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注,其中調(diào)節(jié)宿主炎癥反應(yīng)和牙周組織內(nèi)病理性膠原破壞是兩條主要路徑[3]。非甾體類抗炎藥是最早被研究并進(jìn)入牙周炎臨床試驗(yàn)的宿主免疫調(diào)節(jié)藥物,但該類藥物具有誘發(fā)胃腸道反應(yīng)、腎功能衰竭及嚴(yán)重心血管疾病等副作用,且在停藥后會(huì)加速牙槽骨丟失[4]。

天然化合物近年來在牙周炎治療中顯示出巨大的應(yīng)用價(jià)值[5],其中,木犀草素因其具有抗炎能力在牙周疾病中也發(fā)揮一定作用。本文歸納整理了木犀草素在抑制牙周炎相關(guān)牙周組織破壞方面的研究進(jìn)展,以期為牙周炎的治療策略提供理論基礎(chǔ)和新思路。

1 木犀草素簡介

木犀草素是一種天然四羥基黃酮類化合物,分子量為286.23 ku,因最初從草本植物木犀草的葉、莖、枝中分離出而得名[6]。木犀草素廣泛分布于花卉、草本植物、蔬菜和香料中[7]。與其他黃酮類化合物類似,木犀草素具有多種藥理作用,包括抗氧化、抗菌、抗炎等特性[8-11]。

目前,富含木犀草素的藥物已被廣泛應(yīng)用于糖尿病、阿爾茨海默病、癌癥和痛風(fēng)等疾病的研究[12-17]。

2 木犀草素抑制牙周組織破壞

在牙周炎中,炎癥介質(zhì)參與牙周組織損傷破壞的整個(gè)過程,可導(dǎo)致軟組織破壞以及硬組織吸收[18]。研究發(fā)現(xiàn)木犀草素可通過調(diào)控多條炎癥信號(hào)通路(包括核因子-κB(nuclear factor-kappa B,NF-κB)、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(proteinserine-threonine kinase,AKT)/磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol3-kinase,PI3K)、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)/一氧化氮(nitric oxide,NO)通路等)抑制白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-1β、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α、前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)等炎癥介質(zhì)的表達(dá),在牙周炎癥反應(yīng)中發(fā)揮抗炎作用,抑制牙周組織破壞。

2.1 木犀草素抑制牙周軟組織破壞

牙周炎會(huì)引起牙周結(jié)締組織中Ⅰ型膠原降解,進(jìn)而導(dǎo)致附著喪失[19],基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)在其中起重要作用。MMP是一類依賴于Ca2+、Zn2+等金屬離子的酶,在牙周炎癥反應(yīng)中大量表達(dá),特別是MMP-8、MMP-9和MMP-14,造成牙周組織細(xì)胞外基質(zhì)中的膠原蛋白發(fā)生不可逆的降解破壞[20]。Balci等[21]研究發(fā)現(xiàn),木犀草素可上調(diào)金屬蛋白酶組織抑制劑(tissue inhibitor of metalloproteinase,TIMP)-1的水平,抑制牙周炎中MMP-8的產(chǎn)生,進(jìn)而抑制牙周組織基質(zhì)內(nèi)膠原蛋白變性和降解,調(diào)節(jié)宿主免疫,減少牙周軟組織破壞。此外,Casili等[7]研究發(fā)現(xiàn)木犀草素能夠顯著降低牙周炎大鼠牙齦黏膜修復(fù)組織中膠原纖維的比例,減輕炎癥損傷導(dǎo)致的牙周組織纖維化。

NF-κB信號(hào)通路是免疫炎癥反應(yīng)的重要調(diào)節(jié)通路,在牙周炎的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用[22]。Casili等[7]研究發(fā)現(xiàn)細(xì)菌脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)刺激上調(diào)了牙周炎大鼠牙齦組織中NF-κB蛋白的表達(dá),而木犀草素能通過阻斷NF-κB信號(hào)通路,進(jìn)而降低促炎細(xì)胞因子TNF-α和IL-6以及促炎酶環(huán)氧合酶(cyclooxygenase,COX)-2和iNOS的表達(dá)水平,阻止炎癥造成組織破壞。靜息狀態(tài)下,人牙齦成纖維細(xì)胞中的NF-κB二聚體與抑制蛋白IκB在細(xì)胞質(zhì)結(jié)合成為三聚體。LPS刺激IκB的泛素化降解,NF-κB二聚體移位至細(xì)胞核,驅(qū)動(dòng)細(xì)胞核中的靶基因轉(zhuǎn)錄。研究顯示,木犀草素抑制了IκB的降解,進(jìn)而抑制NF-κB通路介導(dǎo)的促炎介質(zhì)表達(dá)。Gutiérrez‐Venegas等[23]通過體外研究證明,應(yīng)用木犀草素可抑制LPS對(duì)NF-κB核定位的影響,繼而影響炎癥介質(zhì)NO的基因轉(zhuǎn)錄。此外,木犀草素對(duì)NF-κB信號(hào)通路的抑制作用與AKT/PI3K選擇性抑制劑LY294002的作用相似,AKT/PI3K通路的激活可導(dǎo)致NF-κB活化,提示木犀草素可能通過阻斷AKT/PI3K信號(hào)通路下調(diào)NF-κB信號(hào),從而發(fā)揮抗炎作用。

除此之外,Gutiérrez-Venegas等[23-25]的一系列研究發(fā)現(xiàn),木犀草素能通過抑制人牙齦成纖維細(xì)胞中ERK-1/2、p38和JNK磷酸化,阻斷MAPK信號(hào)通路傳導(dǎo),下調(diào)LPS刺激的人牙齦成纖維細(xì)胞COX-2表達(dá),使其低于基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄水平,進(jìn)而抑制前列腺素參與的牙齦炎癥反應(yīng)。表明木犀草素的抗炎作用還與MAPK信號(hào)通路有關(guān)。

2.2 木犀草素抑制牙槽骨破壞

2.2.1 木犀草素抑制破骨過程

隨著牙周炎的發(fā)展,牙槽骨發(fā)生不可逆性破壞,具體表現(xiàn)為破骨細(xì)胞介導(dǎo)的骨吸收與成骨細(xì)胞介導(dǎo)的骨形成之間平衡的破壞[26]。研究表明,木犀草素可通過調(diào)控核因子-κB受體活化因子配體(receptor activator of nuclear factor-κB ligand,RANKL)/骨保護(hù)素(osteoclastogenesis inhibitory factor,OPG)和iNOS/NO信號(hào)通路抑制單核巨噬細(xì)胞向破骨細(xì)胞分化,降低破骨細(xì)胞活性,減少骨吸收,從而減輕牙周炎造成的牙槽骨破壞[27]。

RANKL是破骨細(xì)胞活化所需的重要細(xì)胞因子,其與破骨細(xì)胞上的核因子-κB配體受體激活劑(receptor activator of nuclear factor-κB,RANK)結(jié)合,提高破骨細(xì)胞的活性。OPG是RANKL的可溶性誘餌受體,阻礙RANK/RANKL結(jié)合并抑制破骨細(xì)胞生成[26]。在牙周炎患者牙周組織中,RANKL/OPG比值上升,提示破骨與成骨平衡紊亂[28]。Balci等[21]在絲線結(jié)扎誘導(dǎo)的大鼠牙周炎模型中應(yīng)用木犀草素進(jìn)行治療,發(fā)現(xiàn)治療組大鼠釉牙骨質(zhì)界到牙槽嵴頂?shù)木嚯x明顯少于對(duì)照組,并且TRAP染色陽性破骨細(xì)胞計(jì)數(shù)也相對(duì)減少,表明木犀草素可有效抑制破骨細(xì)胞活化,抑制骨吸收破壞。進(jìn)一步研究結(jié)果顯示,治療組中RANKL表達(dá)水平相對(duì)對(duì)照組降低,而OPG水平升高,提示木犀草素可通過降低RANKL/OPG比值減輕對(duì)破骨細(xì)胞的激活作用。Kim等[29]研究發(fā)現(xiàn)使用木犀草素能阻斷RANKL對(duì)骨髓細(xì)胞向破骨細(xì)胞分化的激活作用,抑制破骨細(xì)胞相關(guān)基因(NFATc1、c-Src、DC-STAMP、MMP-9、蛋白酶K和TRAP)的表達(dá),阻礙破骨細(xì)胞分化。另外,木犀草素還能通過抑制RANKL介導(dǎo)的Ca2+信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)發(fā)揮抑制破骨細(xì)胞分化作用[30]。

在生理狀態(tài)下,iNOS催化生成的NO會(huì)抑制破骨細(xì)胞引起的骨吸收;而病理狀態(tài)下,超過生理狀況1 000倍的NO導(dǎo)致破骨細(xì)胞活性增強(qiáng),成骨細(xì)胞活性下降[31]。在大鼠牙周炎模型中,唾液和血清NO水平隨著牙槽骨的破壞進(jìn)程顯著增加,牙周組織中iNOS水平也明顯升高[32]。有研究在體外評(píng)估了木犀草素調(diào)節(jié)LPS刺激人牙齦成纖維細(xì)胞產(chǎn)生NO的能力,發(fā)現(xiàn)木犀草素顯著抑制NO的合成[33]。同時(shí),多項(xiàng)體內(nèi)研究均證實(shí)了木犀草素可通過阻斷iNOS/NO信號(hào)通路,減輕動(dòng)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介導(dǎo)牙周組織損傷的有效治療藥物。

此外,氧化應(yīng)激誘導(dǎo)破骨細(xì)胞前體轉(zhuǎn)化為成熟破骨細(xì)胞,是骨丟失的重要因素之一[34],木犀草素可減少骨丟失,其強(qiáng)大的抗氧化性可能在其中發(fā)揮關(guān)鍵作用[9]。

2.2.2 木犀草素促進(jìn)成骨過程

牙周膜干細(xì)胞(periodontal ligament stem cells,PDLSCs)是牙周組織修復(fù)的重要干細(xì)胞來源,可分化為成纖維細(xì)胞、成骨細(xì)胞和成牙骨質(zhì)細(xì)胞[35]。經(jīng)典Wnt信號(hào)通路通過提高ALP的活性和成骨相關(guān)基因的表達(dá)促進(jìn)PDLSCs的成骨分化[36]。Quan等[37]向體外培養(yǎng)的PDLSCs中加入木犀草素,發(fā)現(xiàn)木犀草素可以通過以下方式促進(jìn)PDLSCs的成骨向分化能力:①升高堿性磷酸酶活性以及鈣化結(jié)節(jié)的含量;②上調(diào)成骨分化相關(guān)基因如骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)-2、骨鈣素(osteocalcin,OCN)、成骨細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子Osterix和Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2(runt-related transcription factor 2,RUNX2)的表達(dá)。進(jìn)一步研究表明,木犀草素提高了成骨向分化相關(guān)的Wnt/β-catenin通路蛋白成員cyclin D1和β-catenin的水平,并且能夠拮抗β-catenin蛋白解聚誘導(dǎo)劑XAV939的作用。因此,木犀草素可能通過上調(diào)Wnt/β-catenin信號(hào)水平來促進(jìn)PDLSCs向成骨細(xì)胞分化,進(jìn)而促進(jìn)牙周骨組織再生。除此之外,木犀草素還能通過ERK/Lrp-5/GSK-3β信號(hào)途徑使成骨細(xì)胞凋亡減少和成骨細(xì)胞分化增加[38]。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中,木犀草素處理組的牙周炎小鼠牙周組織切片中成骨細(xì)胞計(jì)數(shù)增多,同時(shí)BMP-2水平顯著上調(diào),提示木犀草素改善了牙周炎引起的成骨抑制[21]。然而,目前還沒有研究將木犀草素應(yīng)用于牙周組織的骨再生模型中,其促進(jìn)牙周骨組織再生的能力仍有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

綜上所述,木犀草素改善過于活躍的骨吸收與受抑制的骨形成之間的失衡關(guān)系,從而減輕牙周炎中牙槽骨的破壞。

3 總結(jié)與展望

木犀草素是一個(gè)多靶點(diǎn)的抗炎藥物,其優(yōu)良的抗炎效應(yīng)是多條炎癥信號(hào)通路綜合作用的結(jié)果。這意味著在發(fā)揮相同的抗炎作用時(shí),木犀草素能更有效地避免不良反應(yīng)[39]。截至目前,木犀草素在炎癥中作用已被廣泛研究和報(bào)道,但對(duì)其在牙周炎中作用的研究較少。木犀草素通過調(diào)節(jié)NF-κB、MAPK和iNOS/NO等多種信號(hào)通路下調(diào)炎癥介質(zhì)的表達(dá),抑制過度炎癥對(duì)牙周組織的損傷。此外,木犀草素不但能減輕牙周組織中膠原蛋白破壞,還被證明通過促進(jìn)成骨和抑制破骨來保護(hù)牙槽骨。盡管木犀草素在牙周炎相關(guān)研究中表現(xiàn)出多維度的治療潛力,目前還沒有臨床試驗(yàn)將其應(yīng)用于牙周炎患者的治療中,其發(fā)展?jié)撃堋⑾嚓P(guān)作用機(jī)制及安全性仍有待進(jìn)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應(yīng)用,而利用聚維酮制備的木犀草素?zé)o定形固體分散體較好地提高了其在唾液中的溶解度[40],為木犀草素在牙周炎領(lǐng)域的產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了更多選擇。