光动力疗法在牙周炎治疗领域的应用研究进展

尹馨， 任秀云

山西医科大学口腔医学院·口腔医院，山西 太原（030001）

牙周炎是以牙支持组织丧失为特征的慢性炎症性疾病，高危致病菌及其毒力因子可改变局部组织细胞的氧化还原状态影响正常的代谢活动［1］。龈上洁治术+龈下刮治术+根面平整术（scal-ing and root planing，SRP）是临床中牙周基础治疗的核心［2］。由于洁治器和刮治器的作用效果会随着袋深的增加受到根分叉、根面凹陷等解剖结构的限制，所以常对C 级或Ⅲ/Ⅳ期牙周炎患者的局部及全身应用抗菌药物作为SRP 的补充［3］。但是抗生素难以在牙周袋内达到预期浓度，全身应用后极易引起菌株耐药性，所以学者们都致力于寻找一种更为理想的辅助疗法。

光动力疗法（photodynamic therapy，PDT）是医药学、光物理学和光化学等学科共同发展的产物，由光源、无毒光敏剂和氧气三个要素组成，其作用机制是：在氧气存在的条件下，用特定波长的光激活光敏剂，使其从低能量基态转变为高能量三线态，随后与氧气反应，产生具有细胞毒性的单线态氧和其他活性氧物质，引起靶细胞的凋亡或坏死［4］。1900 年，Oscar Raab 偶然发现吖啶橙染色的草履虫受到光照时死亡的现象。1904 年，Jodlbaner和Von Tappeiner 通过实验证明了氧气是这种光介导的杀菌效应所必需的物质之一，并首次将这种反应用“photodynamic”一词定义。20 世纪中期随着抗生素产业的飞速发展，有关PDT 的研究停滞不前［5］。直到1978 年，Dougherty 等［6］用PDT 治愈了上百例肿瘤才将其重新带入人们的视野，后来PDT 逐渐应用到皮肤病和妇科病的临床治疗中［7］。作为一种冷光化学反应，PDT 在发挥良好抗菌效能的同时不会引起耐药性，是一种较为理想的牙周辅助治疗方法。

1 PDT 的三要素

1.1 光源

光源是PDT 的重要组成部分，激光具有单色性好、方向性高等特点，一般将其作为PDT 的激发光源。人体软组织会吸收光能，降低光敏剂的激发程度，但是它在近红外光谱区域具有低吸收特性，因此临床中多采用630～700 nm 的红色光进行照射，传导深度达软组织表面下方0.5～1.5 cm［8］。二极管激光的波长介于630～980 nm，能够在牙周袋内高效激活光敏剂，达到消灭牙周致病菌的目的，是临床中较为常用的光源。近年来，发光二极管（light-emitting diodes，LED）因仪器便于携带、使用成本较低和性能稳定等特点，也被用作新的光源装置［9］。

1.2 光敏剂

光敏剂是一种在光化学反应中吸收能量但不被消耗的介质，早期研发的第一代光敏剂为血卟啉衍生物，由于它对红光的吸收能力弱，作用深度有限，单线态氧产量低，易引起皮肤的光过敏反应，在医学中的应用受到了限制。改进后的第二代光敏剂（5-氨基酮戊酸、二氢卟吩E6、亚甲基蓝和甲苯胺蓝）在纯度、活性、组织选择性和产生单线态氧的能力方面均优于第一代，较符合对理想光敏剂的要求。亚甲基蓝和甲苯胺蓝属于吩噻嗪类染料，表面带有正电荷，在进行牙周治疗时，可优先选择与表面带有负电荷的牙周致病菌相结合［10］，有效增强灭菌效果。第三代光敏剂由第二代光敏剂与低密度脂蛋白、单克隆抗体和生长因子受体等生物活性物质交联后获得，主要用于增强与肿瘤组织的亲和力［11］，在牙周治疗中很少应用。

1.3 氧气

氧气是PDT 反应中生成单线态氧和活性氧（reactive oxygen species，ROS）的底物，这两类氧产物的细胞毒性体现在不仅能损伤细菌的细胞壁和细胞膜，还可快速氧化内部的蛋白质、脂质、核酸等生物大分子。单线态氧在杀菌效应中发挥主导作用［7］，其生命周期短，不超过0.3 μs，有效作用范围局限，不超过0.05 μm，对周围正常组织几乎无影响［12］。ROS 可诱导牙周炎症组织中广泛浸润的巨噬细胞凋亡，减少牙槽骨吸收［13］。但炎症部位的巨噬细胞有促炎型和抗炎型两种［14］，ROS 引起凋亡的巨噬细胞表型尚不清楚。

2 PDT 应用于牙周的基础研究

1992 年，Wilson 等［15-16］首次证实了在亚甲基蓝、甲苯胺蓝等光敏剂的配合下，低能量氦氖激光能够有效杀灭以游离态和生物膜形式存在的牙龈卟啉单胞菌、伴放线聚集杆菌和福赛坦氏菌等牙周致病菌，提示PDT 可能是一种适用于临床中牙周局部治疗且能替代抗生素的疗法。Alvarenga等［17］用亚甲基蓝处理伴放线聚集杆菌的生物膜，660 nm 的二极管激光照射5 min 后用扫描电镜观察，发现细菌量减少了99.85%，原有的生物膜结构松解。Decker 等［18］将6 种混合厌氧菌群用亚甲基蓝/甲苯胺蓝+LED/二极管激光组成的PDT 进行处理，对生物膜中细菌的杀灭效果也很好。Su 等［19］对牙周炎大鼠局部应用甲苯胺蓝-635 nm 二极管激光介导的PDT 后，不仅组织局部浸润的中性粒细胞数目减少，核因子-κB 受体活化因子配体（recep-tor activator of NF-κB ligand，RANKL）的表达和牙槽骨吸收量也显著低于对照组，同时骨保护素（osteo-protegerin，OPG）的表达高于对照组，此研究中PDT在减轻局部免疫炎症反应的同时，还起到了抑制破骨细胞活动、加速骨形成的功能，在临床中对改善C 级或Ⅲ/Ⅳ期牙周炎患者的预后具有重要意义。

稀土掺杂上转换纳米粒子（upconverting nanoparticles，UCNPs）是目前最具代表性的光转换材料，其光学特性稳定，激发光源是PDT 常用的近红外光［3］。UCNPs 可有效地将近红外光转换为紫外光，激发组织深处的氧化钛颗粒产生ROS，发挥杀菌作用。因此对于C 级或III、IV 期牙周炎的微环境来说，UCNPs 负载光敏剂可到达更深、更为复杂的区域，较长时间发挥作用，持续产生ROS 杀灭致病菌。

3 PDT 用于牙周的临床治疗

PDT 辅助应用于牙周临床治疗疗效颇佳，特别对牙周炎病情严重复杂的患者具有较高的使用价值［20-24］。Cadore 等［25］在对Ⅲ期牙周炎患者行常规SRP 后2 周内行4 次PDT，术后3 个月检查 发现：PDT 组的牙周袋探诊深度和附着丧失均显著改善（P＜0.05），袋内红色复合体的比例下降，一些益于牙周健康的菌群数目增多，但是橙色复合体的数目不降反升，说明了龈下菌群开始重新定植，提示牙周炎患者应该定期进行牙周的维护治疗。由于维护阶段对深牙周袋多次刮治极易导致根面敏感、牙龈退缩等问题，辅助应用PDT 是一种好的选择［26］。

对于伴有系统性疾病（肥胖、2 型糖尿病等代谢综合征）的牙周炎患者，由于他们全身处于炎症状态，牙周症状通常较单纯牙周炎患者更严重，牙周治疗的预后也会受到影响。对这些患者辅助应用PDT 后，不仅能降低深牙周袋的探诊深度和附着丧失、减轻出血情况［27］，还可改善全身肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-6［28］、糖化血红蛋白［29］等的水平，阻止胰岛素抵抗的发生发展，降低患者并发心血管疾病的风险，维护全身的稳态。

种植体周围炎是导致种植失败的主要原因之一，以种植体周围黏膜炎症和进行性支持骨组织丧失为特征，其病因和病程与牙周炎相似，但种植体表面的复杂特性导致临床中使用传统的机械和药物治疗方式仍难以有效控制菌斑［30］。Wang等［31］对种植体周围炎患者辅助应用PDT，术后半年实验组在探诊深度、附着丧失等方面的改善均优于对照组。在种植过程对种植体上部结构的内表面多次应用PDT，能够有效杀灭内部的致病菌，防止种植体周围炎的发生［32］。而当植体周围炎发生时，PDT 的配合能在提高临床疗效的同时避免引起细菌耐药性，对种植体周围炎的防治具有重要意义。

也有研究报告并未发现PDT 对C 级和Ⅲ/Ⅳ期牙周炎患者的病情有改善作用。Pourabbas 等［33］对22 例病情较重的患者进行彻底SRP 后在实验组中局部应用PDT，3 个月后对比实验组与对照组的复查结果未出现明显的差异。有循证医学文献也因PDT 的临床疗效尚不显而对其持怀疑态度［34］。

综上所述，研究者不能否定PDT 可能带来的益处，但还应考虑患者自身牙周炎症程度、免疫系统功能改变、应用PDT 次数、激光照射时间和观察期较短等因素造成的影响。

4 总结与展望

PDT 被多数研究证实具有杀菌性能好、安全性能高、避免抗生素不良反应、利于牙周组织愈合等优点，但是目前尚无与不同分期、分级的牙周炎病情相匹配的PDT 参数供临床中使用，未来需进行长期、大样本的深入研究。PDT 的受用人群及使用时机需结合患者的牙周炎症程度及全身情况进行考量，C 级及Ⅲ/Ⅳ期的牙周炎患者病情复杂，PDT仍难以替代机械治疗和手术治疗来控制炎症进程，但作为牙周辅助疗法其能够强化传统治疗方式的效果。牙周维护治疗阶段不失为应用PDT 的良好时机，相较于超声器械，它能在不引起患者牙根面敏感症状的同时达到较好的菌斑控制效果。尤其是对伴发心脑血管疾病的患者而言，PDT 能降低牙周干预时全身炎症标记物的浓度，维持血管内斑块的稳定性，在牙周治疗及维护治疗阶段均可应用。在未来的研究中，提高光敏剂与牙周致病菌的靶向结合性，发展可控的光敏化技术，评估并改善光敏剂的效能对于增加氧产物释放效率、放大PDT 的杀菌效能具有深远意义。

【Author contributions】 Yin X wrote the article. Ren XY revised the article. All authors contributed to the article and approved the sub-mitted version.