姜黄素在口腔医学领域的研究进展*

陈丹红 刘 琦 吴补领

姜黄素（Curcumin，CUR/CMC），一种从植物姜黄根部提取的物质，在生活中常被用作染料[1]。CUR类化合物常见姜黄素（CUR,77%）、去甲氧基姜黄素（DMC，17%）以及双去甲氧基姜黄素（BDMC，3%）3种（图1）[2]，CUR 为最常见的研究对象。CUR 具有抗炎、抗氧化、抗癌、抗菌等作用[3,4]，在医学多个领域都得到应用，尤其是癌症的治疗。口腔疾病多与细菌、炎症、甚至是癌变等相关，因此CUR 也被引入口腔医学的基础研究和临床应用。不同研究者对CUR 在口腔中的研究重点各不相同，本文针对已有的研究做一综述。

1.姜黄素抗口腔致病菌作用

CUR 自身具有抗菌作用，其抗菌机制可分为非光动力疗法和光动力疗法（Photodynamic Therapy,PDT）。后者效果更佳且相关研究较多，又称为光动力抗菌治疗（Photodynamic Antimicrobial Chemotherapy,aPDT），指光敏剂经由光线（紫外UVB 到可见光LED）照射之后，发生能量或电子转移，产生一系列产物（包括自由基和活性氧ROS），从而清除细菌及其产物的一种疗法[3]。aPDT 通过光敏产物破坏细菌的质膜，同时转运系统和酶失活；也可对线粒体、溶酶体或DNA造成损害[4]。相比传统抗菌方法，aPDT 具有无创、不损伤组织、作用时间短、细菌不耐药等优点[5]。

1.1 光活化姜黄素治疗龋源性菌相关研究 龋病是以细菌生物膜为主要病因的慢性进行性疾病，细菌生物膜具有独特的习性以及基因表达，目前常见龋致病菌生物膜已能耐受常规抗菌方法，因而细菌不耐受的aPDT法被引入到龋病的治疗研究中。

体外实验发现，CUR 联合蓝光LED 可有效减少存活细菌的数量，包括常见的龋病致病菌变形链球 菌（S.mutans）[5,6]及嗜酸乳杆菌（L.acidophilus）[7]。不同浓度的CUR（0.75～5.0g/L）均可达到抗菌效果，其中最低浓度0.75g/L 就可杀灭97.5%的微生物[8]。对于S.mutans，0.75～60μM的CUR 联合光照12.2s～120s，即可有效抑制其活性[9]。对于Lactobacillus，CUR 有效药物浓度则较低（0.5～10μmol/L，即0.184～3.68g/L），光照作用时间较长（240s），该作用条件可使其全部失活[7]。

目前，CUR 介导的aPDT 原位生物膜实验以及临床研究较少，其作用效果与光敏剂的渗透力以及有效光照穿透力密切相关。Cusicanqui[10]等从龋坏乳牙中取得病变牙本质并培养细菌生物膜，发现光活化CUR 使完整生物膜活力下降却不明显影响其产酸能力。进一步龋坏牙本质细菌原位实验证实不同浓度CUR（0.75～5.0g/L）联合LED 可使S.mutans 和L.acidophilus 总数明显减少，且呈现出CUR浓度依赖性[11]。最新研究认为，aPDT 抑菌效果与CUR 的照射前作用时间（pre-irradiation times,PIT）相关，PIT 能增强光活化CUR 的作用，建议CUR 介导的aPDT 需要≥2min 的PIT 作用时间[12]。

简言之，CUR 介导的aPDT 对致龋菌有灭活作用，但该方法在临床应用前仍需要更多的科学研究和证据支持，CUR 处理方法和参数有待进一步优化。

1.2 光活化姜黄素治疗根管感染细菌相关研究 根管感染细菌主要为粪肠球菌（Enterococcus faecalis,E.faecalis），根管系统的复杂性使其内部的细菌生物膜耐药性是浮游微生物的1000倍[13]。传统根管消毒剂效果多以次氯酸钠（NaClO）为金标准，但其能导致宿主细胞、牙本质蛋白、胶原等损伤[14]。如前文所述，aPDT无创、不损伤周围组织，且活化产物的非接触性可作用于根管更深部的生物膜，有望解决传统消毒剂的潜在问题，因而被引入到相关研究[15]。

Pilegi[16]等发现（5μΜ，450mW/cm2,4min）可有效使浮游E.faecalis失活，对其生物膜的抑制浓度则为10μΜ。进一步体外人牙原位细菌生物膜实验发现aPDT 对E.faecalis 及其生物膜均有良好的失活作用，比单独或超声荡洗作用下的CUR 能更好地清除根管内表层及深层的活细菌[14]。体内研究中，若将光活化CUR 根管封药14天，可有效减少根管内各层次细菌数量[17]，这与光活化CUR 的非接触性抗菌作用密切相关。此外，光活化CUR 对导致根管内感染的专性厌氧菌-内氏放线菌（Actinomyces naeslundii）也具有抑制活性的作用[18]。

目前，光活化CUR尚未进入临床应用，有以下原因[14,16]：（1）实验多为浮游微生物研究，针对生物膜的研究较少；（2）已有生物膜研究多为单菌生物膜，而根管内感染由多种细菌混杂形成；（3）体内外实验光照参数尚不匹配，且光照时间或者PIT等设置较长，不适于临床应用。

1.3 光活化姜黄素抗念珠菌属相关研究 在口腔中，念珠菌属（Candida）感染与多种口腔疾病相关。体外研究发现，光照下的CUR可灭活浮游白色念珠菌及其生物膜（C.albicans）[19]，对于热带念珠菌（C.tropicalis）、光滑念珠菌（C.glabrata）具有同样的灭活作用[20]。光活化CUR作用效果较传统光敏剂（如亚甲蓝）良好[21]。目前，已有将CUR作为凝胶或漱口水局部应用于口腔黏膜疾病[22]。

1.4 姜黄素抗牙周病致病菌相关研究 牙周病的主要致病菌有牙龈卟啉单胞菌（Porphyromonas gingivalis,Pg）、伴放线聚集杆菌（Aggregatibacter actinomycetemcomitans,Aa）和具核梭杆菌（Fusobacterium nucleatum,Fn）等。

体外实验发现，CUR除了能有效抑制Pg、Fn和Aa 活性，还能抑制齿垢密螺旋体（Treponema denticola,Td）[23]。CUR对牙周致病菌的作用呈浓度依赖性，其可降低Pg毒力因子的表达，包括黏附因子和蛋白酶，从而降低细菌及其生物膜的活性[24]。

CUR介导下aPDT亦能有效抗牙周病菌，其中包括Pg、Fn[25]和Aa[26]。进一步动物研究发现其可减少牙周炎动物的骨吸收量[27]，且有效抑菌浓度范围内对人牙龈成纤维细胞无显著毒性，成为牙周炎一种有效的辅助治疗。为验证其临床效果，Ivanaga[28]等在糖尿病患者SRP治疗后，局部使用CUR介导的aPDT，术后能有效减少残余牙周袋的位点，从而提高糖尿病患者的牙周炎治疗效果。

2.姜黄素的抗炎作用

2.1 姜黄素抗牙周炎相关研究 在细菌作用下，牙周组织持续炎症，导致软组织的破坏和牙槽骨的吸收。CUR可抗多种牙周炎致病菌[23]、并能抑制炎症信号通路[29-31]和抑制破骨细胞形成[30]。

不同学者均发现，CUR口服给药可减少牙周炎实验小鼠中TNF-α、IL-6、IL-10、IL-1β、TFN-γ等炎症相关因子的表达，且炎症相关信号通路（如NF-kB和MAPK）和骨吸收相关信号通路（如RANK/RANKL/OPG等）均可受到不同程度抑制[29,30,32,33]，从而减少牙龈胶原蛋白的降解和成纤维细胞的损伤，并减少骨吸收。所以，在牙周炎治疗过程中，全身CUR给药有望成为治疗牙周病的辅助手段。然而，因CUR疏水、胃内给药吸收率低、半衰期短等特点，使得其临床应用明显受限。对此，不同研究者提出了不同的解决方案。

CMC 2.24，二甲氧基-4-苯基氨基羰基化合物，在天然CUR上修饰苯基氨基羰基，是一种新型的三酮化合物[34]，比天然CUR具有更大的溶解度和生物利用度，在改善药物生物特性的同时保持天然化合物的生物功能。Elburki[30,34]等将CMC 2.24应用在小鼠实验中发现，它可抑制MMPs 活性从而减少对结缔组织的破坏，同时抑制NF-κB和MAPK信号通路而减少糖尿病小鼠牙周炎的骨吸收。CMC 2.24和常规CUR均能抑制炎症细胞浸润，但前者能显著抑制破骨细胞活性[35]。CMC 2.24对牙周炎相关骨吸收的抑制作用不受给药浓度影响，低剂量（1mg/kg/d）即有明显效果[36]。进一步犬型动物实验结果也支持CMC 2.24可作为牙周炎SRP术后的辅助治疗手段，改善牙周炎治疗效果[37]。此外，局部纳米材料给药是另外一种研究思路，Zambrano[38]等合成CUR纳米颗粒，予牙周炎小鼠局部注射用药，4周后发现实验组炎症浸润以及骨吸收减少。

总之，尽管CUR在实际应用上尚有许多问题待解决，但经过化学修饰后，无论局部用药还是全身给药，均能有效减少牙周组织的破坏，在动物模型的牙周病治疗中可呈现显著疗效，待进一步完善后，有望成为牙周治疗的辅助用药。

2.2 姜黄素抗种植体周围炎相关研究 种植体周围炎包含种植体周围软组织的炎症及进行性骨质吸收等临床表现。前文提到CUR可有效减少骨吸收和破骨细胞形成，Cirano[39]等也发现它可下调骨吸收相关基因Dkk1和RANKL/OPG的表达，从而减少种植体周围骨丧失。当CUR和胰岛素联合应用于糖尿病小鼠时，两者在降低种植体周围炎上呈现类似于协同的作用。为了克服CUR系统给药的低溶解性，有学者利用多巴胺作为锚定层，将CUR修饰在种植体表面，能有效减少种植体周围成纤维细包裹以及降低纤维化，又不对成骨细胞造成明显影响[40]。但是，目前关于CUR治疗种植体周围炎的体内研究相对较少，仍需被进一步探究。

2.3 姜黄素抗颞下颌关节炎相关研究CUR可通过抑制炎症因子表达，以及抑制IL-1β诱导的ROS和MMPs表达，保护颞下颌软骨免受降解破坏；此外，还能增加抗炎因Nrf的表达和上调病理状态下软骨合成因子COL2A1和ACAN的水平，起到抗炎和保护软骨的作用[41]。

综上，因CUR本身或者介导aPDT具备抗菌功能，又能减少细菌介导的炎症反应、能有效减少纤维化、抑制骨吸收，从理论上而言，CUR对抗牙周炎症、种植体周围炎症均具有科学意义。而由此推及，CUR应当也可减少正畸过程中的牙周炎和骨吸收，有学者通过实验证实了这一推论[42]。值得注意的是，现有研究以体外研究为主，至于临床应用效果如何，有待进一步探索。

3.姜黄素的牙本质交联改善作用

在树脂-牙本质粘接过程中，酸蚀与树脂渗透深度的不一致，常导致混合层的胶原纤维间及水分子未能彻底被树脂单体置换，为活化的内源性金属基质蛋白酶MMPs提供环境，导致裸露胶原降解，从而破坏粘接界面。大量研究表明化学交联可增加混合层的稳定性，改善树脂-牙本质粘接的耐久性，而CUR则是酚类化学交联剂的其中一种。

最早研究发现CUR 具有交联剂作用的是Seseogullari[43]等在牙本质块用10%H3PO4酸蚀24h后，发现不同浓度CUR可降低MMPs活性，并提高牙本质交联度。CUR通过酚羟基和胶原多肽的游离氨基间可形成氢键而结合，氢键是CUR等酚类交联剂与牙本质结合的主要化学键。此外，在CUR的作用下，MMP-8、MMP-2和MMP-9释放量也显著减少。

CUR类化合物中，DMC和BDMC交联剂作用也相继被得到证实[44]。所以，CUR及CUR类化合物均具有提高牙本质交联的作用，这对进一步改善牙本质粘接的研究具有科学意义。

4.姜黄素抗口腔癌症作用

CUR作为抗癌药物在全身多系统肿瘤中的研究和应用已相对成熟，已有许多优秀的综述对其进行相关总结和阐述[45]，其中包括头颈部鳞状上皮细胞癌（neck squamous cell carcinoma，HNSCC）。CUR对口腔癌症作用可分为PDT 疗法[46]和非PDT 疗法[47,48]。PDT疗法中，部分研究以CUR作为光敏剂，其产生的ROS产物具有抗癌活性[46]，而在没有光源辅助的CUR亦能达到有效抗癌作用。CUR[47]及其纳米颗粒[48]能通过线粒体通路诱导口腔癌干细胞等凋亡而达到抗癌效果。此外，临床研究表明，口服CUR胶囊对于癌前病变口腔黏膜下纤维化亦有改善作用[49]。

5.展望

姜黄素（CUR）作为一种植物来源的食用香料，具有无毒、价格便宜、来源丰富等优点，同时具有抗菌、抗炎、抗癌等生理功能，使其长期以来在医疗领域中都是一个研究热点，但其生物利用度和稳定性较差，是CUR 基础及临床研究亟待解决的重点和难点问题。目前解决的方法主要有以下3种[32]：（1）合适的溶剂，最佳溶剂是二甲亚砜溶液（DMSO），但其具有毒性。（2）纳米载体[50]可提高CUR 生物利用度。（3）化学修饰，对天然CUR 通过Pabon 反应等方法进行化学修饰[30,34,36,37]。尽管各种方法被用于改善CUR 溶解度，但目前生产量有限、存在生物毒性等问题，且CUR 改变天然药物理化性能的潜在可能尚待进一步挖掘，故距离实际临床应用仍有差距，仍需深入研究和探索[50]。