光动力疗法在慢性牙周炎治疗中的应用研究

李天翠，吴景景(综述)，姚曼曼，刘 健(审校)

(河北医科大学第四医院口腔科，河北 石家庄 050011)

慢性牙周炎(chronic periodontitis，CP)是一种牙菌斑介导的感染性疾病。国内外研究显示CP与多种系统性疾病如糖尿病、动脉粥样硬化、类风湿关节炎、阿尔茨海默症等的发生发展密切相关[1-2]，因此，CP的诊治不再是局部问题。光动力疗法(photodynamic therapy，PDT)的概念可追溯到1900年，现已经在皮肤科、肿瘤等疾病中成功应用[3]，近年来PDT在口腔领域得到越来越广泛的应用，现已被用于龋病、牙周病、口腔黏膜病甚至种植体周围炎的辅助治疗[4-5]。本研究旨在从多方面阐述PDT在CP中的应用情况，分析PDT在CP治疗中发挥的积极效应。

1 PDT的作用原理

PDT由三种基本要素构成：光、光敏剂(photosensitizer，PS)和氧。PDT是基于光敏剂特异性结合到细菌表面，特定波长的光激发光敏剂产生单线态氧和其他高活性自由基的原理，PDT可有效去除生物膜且不易产生耐药性[6]。

光动力学反应主要有两种机制，且均与氧分子密切相关。①Ⅰ型反应：即通过电子转移，PS分子从其单线态电子激发到三重态(由于电子自旋的改变)，产生活性氧物质，如羟基自由基、过氧化氢和超氧阴离子，引起脂质过氧化，从而导致细胞损伤和细胞死亡。②Ⅱ型反应：即通过能量转移，由于PS分子状态的改变，能量直接转移到氧分子上，离开基态(三重态)进入激发态(单线态)，形成具有高度氧化活性的单线态氧[7]，这种氧是一种非常活泼的物质，能够氧化细胞中的生物分子，如蛋白质、核酸和脂质，造成细胞损伤和死亡。应用于CP治疗的PDT主要发生的是Ⅱ型反应，临床上应用的大多是带正电荷的PS，如亚甲蓝等，由于人体细胞表面呈电中性，带正电荷的光敏剂优先选择结合在带负电荷的细菌表面[8]，产生的这些活性氧物质(reactive oxygen species，ROS)会氧化细菌脂质膜，引起细胞膜破裂死亡。由于ROS的高活性和不稳定性，它存在的时间非常短，约为(0.048±0.005) μs，扩散距离为(20±1) nm[9]，因此可以在不影响正常组织的情况下达到杀灭细菌的目的。

PDT是一种安全、低毒、抗菌谱广的抗菌方法，且不会引起耐药菌株的出现，甚至在针对耐药细菌感染方面有不错的效果，还能通过刺激局部血管舒张、胶原合成和血管生成促进牙周愈合，现主要作为牙周炎刮治和根面平整术(scaling and root planning,SRP)的一种辅助治疗方法来应用[4,10]。有研究比较了口服抗生素与PDT在牙周临床治疗中的效果，两者在改善牙周炎患者临床指标，减少牙周致病菌数目方面效果相当[11-12]，证明PDT用于牙周炎辅助治疗时可以明显改善临床指标，有效杀灭牙周致病菌，抑制牙槽骨吸收。

2 光敏剂的类型

如前所述，PDT的作用机制是产生ROS，如单线态氧(1O2)、超氧阴离子(O2-)和羟基自由基(OH-)，氧化细菌细胞膜，细胞膜破裂后ROS进一步破坏线粒体膜、蛋白质和DNA等，达到杀菌目的[6]。光敏剂在PDT中发挥着重要作用，材料工程的最新进展是使PDT可以在低氧环境下发挥作用。理想光敏剂应该具备的特点包括：①化学纯度高；②物理和化学稳定性强，易于保存，只在特定波长光照下发生反应；③高选择性，特异性性结合病变组织；④半衰期短，不在组织内滞留，快速被代谢；⑤组织渗透性和高光化合反应，在组织内快速扩散，特定光照下快速发生反应[7]。

目前光敏剂已经发展到第三代。①第一代：卟啉类混合物存在很多缺点，如化学纯度低，聚集倾向高，缺乏特异性，在生理液体中的溶解度低，半衰期较长，在皮肤中积累而出现数周的对光过敏反应。②第二代：血卟啉衍生物，如5-氨基乙酰丙酸、苯卟啉衍生物、酞菁类等，克服了第一代的缺点，化学纯度、选择性和组织渗透性提高，不良反应减少，但水溶性差。③第三代：新型光敏剂，即第二代光敏剂偶联上不同的靶向分子如单克隆抗体，该光敏剂的研究致力于更高的亲和力，选择性在病变组织内积累，减少对正常组织的损伤。大多数光敏剂是在水环境中聚集的高度疏水性物质，聚集过程降低了光动力治疗的效率，因为光敏剂必须保持单体形式才能具有光活性[7]。近十年纳米技术快速发展，光敏剂与纳米粒子结合使疏水性卟啉通过与亲水聚合物分子形成共价连接有效地提高了其生物利用度[13]。

目前应用于牙周炎抗菌治疗的光敏剂有亚甲蓝、甲苯胺蓝、吲哚菁绿及其与纳米微球偶联物、氯e6与多聚赖氨酸的偶联物等[14]。吩噻嗪类蓝色染料(如甲苯胺蓝和亚甲蓝等)是临床上牙周治疗PDT中使用最多的光敏剂。甲苯胺蓝O与革兰阴性细菌细胞膜上的脂多糖即使在没有光的情况下也能相互作用，当暴露于630 nm波长时，其具有最大的吸收和良好的光动力学特性，可在体外杀死各种类型的微生物。在波长为660 nm时，亚甲基蓝的吸光度最大。吩噻嗪发色团是一个扁平的三环基团，具有离域的永久正电荷。甲苯胺蓝和亚甲基蓝均是高效的单线态氧产生者，对微生物(包括革兰阳性和革兰阴性细菌和真菌)表现出高效的光毒性[15]。

国外文献中描述了一种新型光敏剂是吲哚菁绿(Indocyanine green，ICG)，具有亲水和亲脂性，它能减少牙周出血且对牙周袋内壁损伤小。亚甲蓝和甲苯胺蓝虽然有较好的效果，但由于其持久的粘连性，可能会使牙齿染色。此外，龈下环境缺乏氧气，这可能不能为这些传统光敏剂发挥作用提供有利条件。而ICG，在没有氧气的情况下也能工作[16]。有人把ICG用壳聚糖进行包裹制作成带正电的纳米微球，使光敏剂可以有效地黏附细菌壁，其最大吸收波长为805～810 nm，此波长可以穿透组织，即可以通过在外部照射达到杀菌的目的，增强了对牙周袋深部和根分叉部位的杀菌效应[17]。

希望将来通过大量临床试验比较不同光敏剂、激光功率和波长、激光频率、持续时间等所产生的效果，确定使用它的最佳方式，广泛地应用于牙周炎治疗。

3 PDT对牙周临床指标的影响

牙周炎治疗的难点在于一些深牙周袋和器械达到的解剖部位，不能达到彻底清除感染的目的。但是光敏剂可以很好地渗透到这些部位，在特定光照射下达到杀菌的目的，利于牙周组织的恢复。在多项临床随机对照研究中显示PDT在改善牙周探诊深度(probing dpth，PD)、临床附着水平(clinical attachment level，CAJ)、牙龈出血指数(gingival bleeding index，GBI)菌斑指数(plaque index，PI)等临床指标方面发挥了积极作用。

在边龙霞等[18]的研究中应用Periowave光动力系统，SRP+3次PDT组患者在6个月时PD改善虽然与对照组无差异，但CAJ改善优于SRP组。在Joshi等[19]的研究中使用ICG作为光敏剂，在第3个月测量临床指标时，实验组(SRP+PDT)的PD和CAJ较对照组(仅SRP)显著改善。Muzaheed等[20]研究纳入45例男性中度CP患者，随机分成三组：Ⅰ组：SRP+基线PDT；Ⅱ组:SRP+2次PDT(基线和1个月时)；Ⅲ组：SRP+3次PDT(基线、1个月和3个月)，在6个月随访时发现Ⅰ组的临床指标(PI、GI、PD、CAL)与基线时相比差异无统计学意义，Ⅱ和Ⅲ组的临床指标基线时有所下降，但Ⅱ组与Ⅲ组间差异无统计学意义。该研究建议：对于轻度CP患者，1次PDT足以显著消除龈下口腔生物膜中的牙周病原菌，改善牙周临床指标；对于中度CP患者，至少进行2次PDT才能达到减轻牙周炎症的目的；而对于重度CP患者，要进行2次以上的PDT。临床上已证明甲硝唑联合阿莫西林在常规机械治疗牙周炎中是有益的，有研究对比了PDT和口服抗生素(阿莫西林和甲硝唑)作为CP辅助疗法的临床指标变化，结果显示两者效果相当[11-12]，肯定了PDT的积极效应。

但是，在Segarra-Vidal等[21]的研究采用Periowave光动力系统(0.05)，将40例CP患者随机分组(SRP组和SRP+PDT组)，在5、13、25周组间比较时显示PD、CAJ、BOP、牙龈退缩程度、龈沟液量等差异无统计学意义。另一项研究中，将20例中重度牙周炎患者进行分口设计，在第3，6个月随访时，实验侧(SRP+PDT)与对照侧(SRP)的PD、CAL、PI差异无统计学意义，但GBI改善优于对照组[22]。因此，推测这可能是因为实验设计、所使用的激光参数(波长，功率等)、PDT使用次数、光敏剂等的差异造成的结果，如SRP后即刻PDT，牙周袋内的血液可能会稀释光敏剂的浓度从而影响PDT的效果。

4 PDT对龈沟液(gingival crevicular fluid，GCF)成分的影响

GCF既是一种生理性液体，也是一种炎症性渗出物，来源于沟内上皮下方结缔组织中的血管丛。GCF由血清和局部生成的成分组成，如组织分解产物，炎症介质和针对牙菌斑中存在的口腔微生物产生的抗体等[23]。其潜在反映了细胞和牙周组织为恢复体内平衡而产生的一系列反应，以及某些牙周致病菌如何联合这些反应机制来促进细菌存活在龈沟和深牙周袋中。因此，可以通过对GCF中反映细胞代谢的特定成分进行分析，获得反映患者牙周健康状况的量化生化指标。由于GCF取样方便、无创，相对于唾液和血清更敏感，更能反映局部的牙周健康状况，许多研究开始关注GCF不同成分的总量或浓度与牙周健康状况的关系。

GCF中潜在的生物标志物分为宿主来源性酶、炎症介质及其产物和组织分解产物三大类[24]。临床上健康的部位包含一系列调控表达的有助于宿主保护的宿主防御介质，尽管这些部位存在细菌，但它们与牙周组织之间存在着平衡关系。相反，牙周炎部位表达大量不受调控的炎症介质。研究证明，针对细菌侵入而产生的早期反应是GCF中的炎症性蛋白水平急剧升高，如白细胞介素1β(interleukin-1β，IL-1β)、IL-6、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMPs)等。这些炎症性蛋白在细胞外基质降解和破骨细胞活化中发挥重要作用，从而导致胶原破坏和牙槽骨吸收。因此，很多研究通过定量分析PDT治疗前后GCF中某些成分的变化来评估其对牙周炎的辅助治疗效果。

王玉玲[25]研究中使用甲苯胺蓝作为光敏剂，PADTMPLU光化合治疗仪(波长635 nm)，纳入了16例中重度牙周炎患者，选中104颗指数牙(PD≥5 mm且CAJ≥4 mm),实验侧54颗接受SRP+PDT，对照侧仅SRP，收集治疗前及3个月时的GCF,用酶联免疫吸附法测定其中的MMP-8、TNF-α和TIMP-1水平，结果显示实验侧GCF中的MMP-8、TNF-α水平低于对照侧，TIMP-1高于对照侧，说明PDT可以调节炎症因子水平，改善牙周炎症状态。Chiang等[26]研究纳入了22例难治性牙周炎患者，采用左右半口设计，ICG作为光敏剂，光波长为810 nm,实验侧35颗牙齿接受SRP+2次PDT,对照侧30颗牙仅SRP，分别收集基线(T0)、4～6周(T1)、6个月(T2)时各个指数牙的GCF，用ELISA法测定其中的IL-1β、MMP-8水平，与T0时相比，T1时实验组的IL-1β显著降低，T2时两组IL-1β、MMP-8水平均下降，但实验组下降幅度更明显，证明PDT的应用可以影响GCF中炎症因子的表达。Habashneh等[10]的研究显示在治疗后2个月、6个月SRP组和SRP+PDT组GCF中的IL-1β水平差异无统计学意义。由此可见，关于SRP联合PDT能否降低牙周炎患者GCF中促炎细胞因子表达，由于所用光敏剂和光波长等的差异，相关文献结果不一，寻找最佳的PDT参数，仍需要更多的研究加以证实。

5 PDT对牙周致病菌的影响

引起牙周病的主要微生物为革兰阴性菌，有研究用口腔护理芯片检测技术检测后显示，随着牙周袋的加深，袋内某些细菌数量也明显增多，如牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonasgingivalis,Pg)、齿垢密螺旋体(Treponemadenticola，Td)、福赛坦菌体(Tannerella forsythia，Tf)和伴放线菌聚集杆菌(Aggregatibacteractinomycetemcomitans,Aa)、具核梭杆菌(Fusobacteriumnucleatum，Fn)等，其中Pg、Td、Aa三者又被称为红色复合体，三者之间存在协同共生的关系，与牙周炎的发生发展密切相关，会引起免疫炎症性骨吸收[27]。边龙霞等[18]的研究显示，在6个月时，SRP+PDT组Aa、Fn较SRP组下降更明显。Park等[28]研究对比了PDT与传统抗生素(阿莫西林+甲硝唑)对牙周致病菌的效果，结果显示两者效果抗菌效力相当，但不同于抗生素广泛杀菌性，PDT只对Pg、Fn、Aa牙周致病菌有效，而对口腔常驻菌血链球菌和轻链球菌活性无影响。另一项研究也得出类似的结论[11]，再次证明PDT是抗生素疗法的一种良好替代。Sukumar等[29]的研究采用ICG作为光敏剂，33例中度CP患者SRP后经过4次PDT，实验组3、6个月龈下菌斑中的Pg、Aa、Tf、Td和Fn均较对照组明显减少。Muzaheed等[20]研究显示，至少进行2次PDT对于减少牙周致病菌至关重要，尤其是对于中重度牙周炎患者。目前关于PDT应用一次或多次临床效果对比的报道很少，究竟进行几次PDT可以达到最佳效果还需要更多的研究来证实。

6 结论与展望

综上所述，大多数研究支持PDT作为慢性牙周炎的辅助疗法和牙周支持疗法，与仅用SRP相比，的确可以在改善临床指标、减少中度和深牙周袋牙周致病菌方面提供额外益处；且与抗生素相比，PDT可以多次使用且不易产生耐药性，甚至对一些耐药细菌有杀灭作用。但关于PDT是否有助于减少GCF中炎症性细胞因子，由于不同文献实验设计、激光参数、光敏剂、应用次数、样本分析方法等差异，结果也尽不一致，需要更多的研究证实。在目前了解的范围内，还没有关于不同光敏剂和波长参数PDT的对比报道，期待未来通过更多的研究，制定出PDT统一标准的参数和治疗方案，发挥最大的临床效益。