他汀类药物对牙周炎骨代谢调节作用的体内外研究进展

叶欣，段学静，吴益华，李晓光

山东第一医科大学附属省立医院口腔科，济南 250021

牙周炎作为最常见的口腔疾病，是老年人群失牙的主要原因，还会影响患者的营养状态、认知功能等［1］。牙槽骨吸收是评价牙周炎严重程度和预后的关键因素，牙槽骨再生则是牙周炎治疗的目标和难点。大量动物实验及临床研究表明，牙周炎与高脂血症存在相关性，牙周炎伴高脂血症患者牙周探诊深度和附着丧失程度较血脂正常的牙周炎患者更严重；对伴有高脂血症的牙周炎患者进行非手术牙周治疗，联合应用他汀类降脂药可进一步改善牙周临床指标［2］。他汀类药物是一类通过竞争性抑制3-羟基-2-甲基戊二酰辅酶A 还原酶从而减少胆固醇合成的药物，常用于治疗高脂血症及预防心脏病等［3］。研究发现，他汀类药物还具有骨代谢调节作用，有利于减缓牙槽骨吸收和促进骨再生［4］。本文分别从体外实验、动物实验、临床试验方面就他汀类药物对牙周炎骨代谢调节作用相关研究进展进行综述。

1 他汀类药物对牙周炎骨代谢调节作用的体外研究

1.1 他汀类药物调节成骨、破骨过程 体外研究发现，他汀类药物可以促进成骨细胞增殖，抑制成骨细胞凋亡。他汀类药物（匹伐他汀、美伐他汀和辛伐他汀）通过诱导转化生长因子β 表达激活Smad3通路，抑制成骨细胞凋亡［5］。辛伐他汀可抑制低氧诱导的成骨细胞线粒体功能失调、自噬和凋亡［6］，并通过降低MLO-Y4 骨细胞NADPH 氧化酶（Nox）1、Nox2 表达从而减轻氧化应激，逆转同型半胱氨酸诱导的骨细胞凋亡［7］。辛伐他汀还可增强MC3T3-E1 小鼠前成骨细胞活性，减少细胞凋亡，通过抑制Nox4 降低镉诱发的细胞毒性［8］。

他汀类药物能够通过多种信号途径促进成骨分化。有学者以0.3 nmol/L的辛伐他汀培养大鼠骨髓基质干细胞，发现细胞的碱性磷酸酶活性、矿化结节数目及成骨基因表达均显著升高，此作用与Wnt/β-catenin 信号通路相关［9］。α5 整合素/FAK 信号参与辛伐他汀诱导的骨髓间充质干细胞成骨分化［10］。有学者使用辛伐他汀刺激人脂肪来源的基质细胞后，发现细胞碱性磷酸酶活性降低而矿化增强，认为辛伐他汀可能通过不依赖碱性磷酸酶的其他信号途径促进矿化［11］。氟伐他汀则通过抑制RhoA-ROCK信号，诱导内源性骨形态发生蛋白2表达，促进人脂肪来源的间充质干细胞成软骨分化［12］。辛伐他汀同样能通过骨形态发生蛋白2/Smads通路促进骨髓间充质干细胞成骨分化［13］，还可显著提高颌骨骨髓基质细胞的自噬水平，减少不利环境条件下活性氧的产生，间接促进骨生成［14］。另有研究表明，辛伐他汀可下调骨髓间充质干细胞内过氧化物酶体增殖物激活受体γ 及其下游chemerin/趋化因子样受体1 信号，抑制脂肪细胞分化［15］，间接促进细胞成骨分化。

研究显示，将他汀类药物与支架材料相结合，可促进其骨诱导能力。钛底物加载含辛伐他汀的多层膜能够有效促进间充质干细胞增殖和成骨分化［16］。负荷0.001 g/L 辛伐他汀的介孔二氧化钛薄膜即可显著促进MC3T3-E1 成骨细胞增殖，而0.01 g/L 辛伐他汀则能够显著增强细胞成骨分化活性［17］。工程化负载阿托伐他汀的镁—锰/层状双氢氧化物纳米粒子与聚乳酸—羟基乙酸共聚物（PLGA）的复合材料在体外有良好的促成骨分化能力［18］。PLGA 与羟基磷灰石/β-磷酸三钙（HA/β-TCP）的复合支架材料、丝素蛋白纳米颗粒支架材料等均有利于他汀类药物的持续释放［19-20］。研究表明，辛伐他汀能改善PLGA+HA/β-TCP 的亲水性，表现出适合骨组织工程的结构、化学、热特性和生物学特性［21］。结合支架材料的他汀类药物能够促进成骨细胞增生、成骨基因表达和矿物沉积，在骨缺损修复中具有巨大潜能。

另一方面，他汀类药物可抑制破骨细胞功能。美伐他汀和辛伐他汀在体外可促进骨细胞骨保护素（OPG）表 达，抑 制NF-κB 受 体 活 化 因 子 配 体（RANKL）表达，通过调节OPG/RANKL 信号从而抑制破骨细胞分化［22］。氟伐他汀体外通过减少活性氧产生，抑制RANKL 和细菌脂多糖（LPS）诱导的小鼠骨髓巨噬细胞破骨分化［23］。阿托伐他汀可下调白细胞介素（IL）-1β 诱导的破骨细胞NF-κB 和MAPK 信号，抑制破骨细胞分化，在炎症性骨病中起骨保护作用［24］。

1.2 他汀类药物促进血管生成 血管生成与成骨作用相互偶联，在骨修复再生中起重要作用［25］。研究表明，携带辛伐他汀的介孔羟基磷灰石微球不仅能够促进骨髓间充质干细胞成骨分化，还可促进人脐静脉内皮细胞融合细胞EA.hy926 迁移和血管生成［26］。携带辛伐他汀和地塞米松的双重给药聚己内酯—胶原纤维支架也能同时促进早期成骨分化和血管形成［27］。除单独作用外，他汀类药物还可增强骨形成细胞—血管内皮细胞的协同作用。有学者在锰合金表面制作负载辛伐他汀的明胶纳米球/壳聚糖涂层，并将其与骨髓基质干细胞（BMSCs）和人脐静脉内皮细胞（HUVECs）共培养，发现涂层释放的辛伐他汀使BMSCs 分泌趋化因子和血管生成因子增多，促进HUVECs 迁移和血管形成；同时，辛伐他汀能诱导HUVECs 分泌骨形态发生蛋白，也有利于BMSCs 的成骨分化［28］。研究者在纯钛基底上将负载匹伐他汀的β-环糊精接枝壳聚糖和明胶逐层组装，构建具有成骨特性和血管生成特性的多层膜，实验研究证实，其可通过多种旁分泌信号介导间充质干细胞和内皮细胞相互作用，间接促进成骨和血管生成［29］。

除以上作用外，还有研究发现，他汀类药物对口腔微生物具有广泛的抗菌作用，能够抑制生物膜形成。辛伐他汀在不影响共生菌斑的同时能够抑制牙龈卟啉单胞菌，可作为慢性牙周炎的辅助治疗药物［30］。另外，他汀类药物还可抑制内皮细胞、成骨细胞等产生IL-6、IL-8，促进T淋巴细胞产生IL-4、IL-5、IL-13，调节机体免疫—炎症反应［31］。他汀类药物的抗菌作用和免疫—炎症反应调节作用均有助于减少牙周炎引起的牙槽骨吸收。

2 他汀类药物对牙周炎骨代谢调节作用的动物实验研究

研究者进行了大量动物实验探索他汀类药物的作用及机制。他汀类药物有全身应用和局部应用两种给药方式，全身应用通常采用口服和皮下、腹腔或肌肉注射等方式，局部应用则采用直接牙周袋注射和通过可植入载体两种方式。全身应用他汀类药物因机体药物代谢和药物对骨组织亲和力低，通常需要一段时间内持续给药以达到有效局部剂量；局部直接注射同样需反复给药，而通过载体如支架材料给药则可使药物在骨愈合部位持续释放，总用量减少。研究发现，他汀类药物可改善牙周临床指标且无严重不良反应。一项基于14 项实验性牙周炎模型研究的Meta 分析表明，局部或全身使用他汀类药物可显著改善牙槽骨量［32］。

2.1 他汀类药物全身应用对牙周炎动物骨代谢的调节作用 有学者对伴放线放线杆菌LPS诱导的牙周炎大鼠给予辛伐他汀灌胃，发现可显著减轻LPS诱导的牙槽骨吸收，并降低破骨细胞活性及炎症标志物、骨吸收标志物的表达［33］。研究者于牙龈卟啉单胞菌LPS 诱导的牙周炎小鼠腹腔注射氟伐他汀（3 mg/kg），发现牙槽骨中破骨细胞数显著减少，牙槽骨破坏减轻［23］。在牙周结扎诱导的牙周炎大鼠模型中，阿托伐他汀（10 mg/kg）全身给药后能显著减轻牙槽骨吸收，且炎症因子IL-1β 和肿瘤坏死因子α（TNF-α）、基 质 金 属 蛋 白 酶（MMP）2、MMP-9、RANKL/RANK 等均有下调，同时OPG 表达升高［34］。在糖皮质激素诱导骨质疏松大鼠的结扎牙周炎模型中，学者们发现，口服阿托伐他汀可降低炎症因子TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8 水平，抑制髓过氧化物酶表达，促进谷胱甘肽、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶表达，同时增强Wnt10b、β-catenin 表达和骨特异性碱性磷酸酶的活性［35］。上述研究结果表明，全身应用他汀类药物能够通过抑制炎症反应、减轻氧化应激、直接促进成骨信号和抑制破骨吸收等多种方式减轻牙周炎牙槽骨吸收。

2.2 他汀类药物局部应用对牙周炎动物骨代谢的调节作用 有学者对结扎诱导牙周炎大鼠全身或局部使用辛伐他汀，发现局部或全身应用辛伐他汀都可以减轻牙槽骨吸收；而不同于全身给药，局部应用辛伐他汀还能显著增加牙槽骨嵴高度，同时不影响全身骨代谢［36］。局部应用他汀类药物的作用机制主要是抑制炎症反应和破骨细胞功能、促进成骨及矿化等。研究者对大鼠正畸牙齿移动模型局部应用辛伐他汀，可显著抑制TNF-α、NF-κB 等炎症因子表达和破骨细胞生成［37］。在异位牙周再生模型中，组装有多层牙周膜干细胞细胞片的含辛伐他汀的聚己内酯膜骨架能够促进成骨基因表达，将其置于牙本质和陶瓷牛骨之间，植入裸鼠皮下8周后，研究者观察到牙本质表面有明显的异位牙骨质样矿化组织生成［38］。

为研究局部应用他汀类药物对牙周炎进展的影响，有学者采用结扎法建立大鼠牙周炎模型，用携带辛伐他汀的热敏性水凝胶进行牙周袋注射，发现牙槽骨量显著增多，牙周炎症细胞浸润减少［39］。还有研究显示，将辛伐他汀和焦磷酸盐结合用于结扎诱导的牙周炎模型，可以保留更多牙槽骨并减轻牙周炎症［40］。有学者将辛伐他汀和叠氮聚乙二醇单甲基醚（mPEG）载体结合进行牙周袋注射，发现1.5 mg辛伐他汀/辛伐他汀-mPEG 可显著抑制牙周炎骨破坏及炎症细胞浸润［41］。同样，在大肠杆菌LPS 诱导的大鼠牙周炎模型中，提前局部注射辛伐他汀—阿仑膦酸酯-β-环糊精，大鼠在牙周炎诱导过程无明显牙槽骨厚度减少，骨量较对照组多，且破骨细胞数和炎症因子均在较低水平［42］。他汀类药物局部应用同样可以促进已形成的牙周骨缺损愈合。研究者给予大鼠颌骨极限牙周缺损以聚（d，l-丙交酯）和聚（d，l-丙交酯—乙交酯）共聚物微球充填，发现携带血小板来源生长因子和辛伐他汀的微球可以顺序释放血小板来源生长因子和辛伐他汀，大鼠新生牙槽骨增多，并有牙周膜和牙骨质的再生［43］。

3 他汀类药物对牙周炎骨代谢调节作用的临床试验研究

牙周炎患者经非手术治疗后牙周临床指标变化与其血脂水平相关，对于伴有高脂血症的牙周炎患者，联合应用他汀类药物可进一步改善牙周临床指标［44］。有研究表明，2 型糖尿病伴牙周炎患者应用他汀类药物治疗后，促炎因子干扰素γ、IL-1β、IL-2、IL-6、IL-7、IL-21、TNF-α 水平较未治疗组降低，而抗炎因子IL-4、IL-5 水平升高，他汀类药物有助于减轻因全身因素加重的局部炎症，从而减少牙周炎骨吸收［45］。

研究者拔除患者双侧第三磨牙，以浸有10 mg辛伐他汀的生理盐水处理牙槽窝，根尖X 线片结果显示，术后3 个月辛伐他汀组拔牙窝的平均灰度值较对照组高，表明局部应用他汀可以促进牙槽骨再生［46］。Meta 分析表明，局部应用他汀类药物辅助治疗慢性牙周炎，牙周临床附着水平、探诊深度、骨内缺损深度等指标较基础治疗+安慰剂组均有所改善［47］。有学者分别将1.2%瑞舒伐他汀和1.2%阿托伐他汀凝胶用于Ⅱ度根分叉病变牙周刮治和根面平整的辅助治疗，结果显示，两种方法均使探诊深度进一步减少，临床附着水平增加，骨缺损高度降低，其中瑞舒伐他汀的作用较阿托伐他汀更强［48］。临床研究表明，他汀类药物局部应用辅助治疗牙周炎，与全身应用相比，减少了药物用量，减轻了全身应用可能带来的不良反应［49］，但其药物选择、用量和输送系统等还需进一步优化。

综上所述，他汀类药物在体外可通过多种信号途径促进成骨前体细胞分化，而与支架材料的结合有利于药物持续释放和改善材料的生物学性质，更好地发挥成骨作用；同时，他汀类药物可抑制破骨细胞分化及骨吸收，调节成骨—破骨代谢平衡。他汀类药物还能通过抗菌作用、调节免疫—炎症反应、直接作用于血管内皮细胞及促进成骨—成血管偶联等，减轻牙周炎症、促进骨修复再生。动物实验研究发现，全身或局部应用他汀类药物可以抑制炎症反应和破骨细胞功能，减轻牙周炎骨吸收。他汀类药物局部应用尤其与其他药物或载体结合后能够有效减轻牙槽骨吸收，促进牙槽骨缺损修复再生。他汀类药物辅助治疗牙周炎可明显改善牙周临床附着水平、探诊深度，促进骨缺损愈合。然而，他汀类药物实际用于牙周炎治疗前尚有许多问题需要解决，如他汀类药物联合多种支架材料在体内牙周骨组织再生中的作用尚需明确，他汀类药物在牙周组织中的代谢过程和对不同细胞的作用还需要进一步探索，药物剂量和载体系统仍需进行优化。