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植物雌激素防治牙周炎的研究进展


http://www.ldqac.tw2019-02-11 11:11:44国际口腔医学杂志共236次浏览

  牙周炎是口腔最常见的慢性感染性疾病之一,牙槽骨吸收是其重要临床特征。研究表明,雌激素代谢紊乱与牙周炎发生存在着密切关系。牙周炎?#30142;?#29575;随着年龄增高而增加。女性到了围绝经期(40~50岁),体内雌激素水平显著下降。雌激素可通过细胞受体途径作用于破骨细胞,抑制破骨细胞分化并引起肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α、核因子κB受体活化因子配体(receptor activator for nuclear factor-κB ligand,RANKL)/骨保护素(osteoprotegerin,OPG)等细胞因子水平下调,从而缓解牙槽骨吸收。另外,雌激素可以通过调节牙周膜细胞产生趋化因子从而减缓牙周炎进展。因此,雌激素水平的进行性降低可导致机体牙槽骨质量下降,牙周炎易感性增加。

  雌激素替代治疗可改善围绝经期女性牙周组织炎症?#20174;?#21644;牙槽骨吸收,具有防治牙周炎的潜力。但是,雌激素替代治疗亦可诱发基因突变和细胞癌变,增加罹患乳腺癌和子宫内膜癌等疾病的风险。因此,避免不良?#20174;?#30340;发生成为雌激素替代治疗过程中亟须解决的问题,而寻求更为安全的替代雌激素的药物也一直受到医学界的关注。近年来,越来越多的研究转向了植物雌激素,期待其能为预防和治疗牙周炎等疾病提供新的思路。

  1.植物雌激素

  1.1概述

  植物雌激素是一类天然存在于植物中的非甾体类化合物,在化学结构上与甾体类激素相似,能产生雌激素样作用。其种类繁多,功效显著,可预防和治疗代谢疾病、心血管疾病、恶性肿瘤、绝经期症状、骨质疏松症、动脉粥样硬化和神经系统变性等多种系统性疾病。

  1.2植物雌激素分类

  根据化学结构,植物雌激素主要?#27835;?#24322;黄酮类(isoflavones)、香豆素类(coumarins)、木脂素类(lignans)?#21462;?#24322;黄酮类几乎仅见于豆科植物,大豆是其最充裕的来源。大豆异黄酮又?#27835;?#20247;多亚类,如染料木黄酮(genistein,又?#24179;?#38592;黄素)、大?#31649;?#20803;(daidzein,又称黄?#31649;?#20803;)、大豆黄素(glycitein,又称黄豆黄素)、葛根素(puerarin)?#21462;?#26408;脂素类主要见于所有谷物、水果和蔬菜中。香豆素类则在三叶草和苜蓿的新芽中含量最为丰富。除了以上3种类型,植物雌激素?#26447;谢?#37230;类(flavones)、二苯乙烯类(stilbenes)、醌类(quinones)、甾醇类(sterols)以及真菌雌激素类(mycoestrogen)?#21462;?/p>

  2.植物雌激素与牙周炎

  植物雌激素是一种天然优质的雌激素类似物,可通过与雌激素受体(estrogen receptor,ER)结合调节内源性雌激素的分泌与代谢。近年来,研究表明植物雌激素具有促进成骨、延缓骨吸收和抑制免疫炎症?#20174;?#31561;一系列雌激素样性质。这些类雌激素样作用可在调控牙槽骨代谢、牙周组织的免疫炎症?#20174;?#21644;缓解牙周组织破坏中发挥重要作用,从而为外源性补充植物雌激素防治牙周炎提供了可能。

  2.1植物雌激素与牙槽骨代谢

  牙槽骨是牙周组织的重要组成部分,牙槽骨吸收是牙周炎的主要病理变化,因此促进牙槽骨修复重建是牙周炎治疗的关键。绝经后女性体内的雌激素水平?#27426;?#38477;低,并且骨吸收比同龄男性增加,易发生骨质疏松甚至骨折。这种骨质量的降低不仅表现在长骨中,而?#19968;?#20307;现在颌骨中。动物实验研究表明,大鼠经历卵巢切除术后,由于雌激素缺乏显著增加了结扎诱导的牙槽骨吸收,降低了牙槽嵴高度(alveolar crest height,ACH),加重了牙周炎病程。外源性补充雌激素既可以增强间充质?#19978;?#32990;的成骨向分化,促进成骨细胞增殖、分化,也可以抑制破骨细胞分化,诱导破骨细胞凋亡。植物雌激素作为天然雌激素替代品具有与雌激素相似的效应。

  2.1.1植物雌激素与成骨细胞

  Setchell等研究发现,大豆异黄酮的主要组成成分染料木黄酮、大?#31649;?#20803;等可?#36234;?#21512;成骨细胞表面的ER,通过一系?#34892;?#21495;转导机制促进成骨细胞增殖、分化,促进骨形成。其中,染料木黄酮可通过激活丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)/核因子κB(nuclear factorκB,NF-κB)/激活蛋白-1(activator protein 1,AP-1)信号通路诱导编码ERα的基因表达,从而刺激骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)-6、Ⅰ型胶原(collagenⅠ,ColⅠ)和骨钙素(osteocalcin,OCN)等的相关基因的表达和成骨细胞矿化。

  成骨细胞的分化和成熟由多种蛋白?#39318;?#25104;的复杂网络进行调控,包括BMP-6、ColⅠ和OCN,BMP-6和ColⅠ参与成骨细胞外基质分化和矿化,ColⅠ则有助于成骨细胞的黏附和分化。因此,染料木黄酮可通过调节骨形?#19978;?#20851;基因及蛋白质的表达来影响骨代谢。大?#31649;?#20803;则通过激活BMP-2/Smads信号通?#21453;?#36827;成骨细胞增殖和分化,增强成骨细胞的存活力、OCN合成和BMP-2水平以及一些成骨细胞分化标?#33108;?#22240;的表达,例如ALP、Smad1、Runx2、Osx和ColⅠ?#21462;?/p>

  大?#31649;?#20803;也可以增强人类骨髓间充质?#19978;?#32990;(human bone marrow derived mesenchymal stem cell)中关键成?#33108;?#22240;(Runx2、c-Fos、SPARC、DLX5、SPP1、COL1A1、IGF1、SOST和DMP1)的表达。Setchell等研究表明,由肠道细菌代谢大?#31649;?#20803;产生的雌马酚(equol)具有更佳的雌激素活性。雌马酚可通过激活ER促进大鼠成骨细胞增殖和分化,并上调相关基因表达。香豆素类中的蛇床子素(osthole)和补骨脂素(psoralen)则可以通过激活BMP等信号途径显著增强鼠颅盖骨成骨细胞分化。木脂素可在体外诱导成骨细胞增殖和分化,并降低RANKL的表达。黄酮类中的槲皮素(quercetin)也可刺激成骨细胞分化,黄岑素(baicalin)则通过激活Wnt/β-连环蛋白信号通?#21453;?#36827;大鼠成骨细胞分化和矿化。此外,葛根素可?#26434;?#23548;人骨髓间充质?#19978;?#32990;增殖及成骨细胞分化,从而诱导骨增长,但是对乳腺上皮和子宫的作?#36855;?#23567;于雌激素。

  上述研究结果表明,不同种类的植物雌激素可通过不同的信号通路对成骨细胞进行调控,如BMP信号通路、Wnt/β-连环蛋白信号通路等,从而发挥促进成骨细胞增殖、分化和矿化的作用。提示植物雌激素的促成骨作用机?#24179;?#20026;复杂,可能涉及多个信号调控网络,为后续研究奠定基础。另外,有少数植物雌激素不仅可作用于成骨细胞,也可影响骨髓间充质?#19978;?#32990;中相关基因表达,进而促进其成骨向分化。提示植物雌激素具有调节牙槽骨代谢、促进成骨的潜能。

  2.1.2植物雌激素与破骨细胞

  牙周炎是一?#26893;?#29702;性骨疾病,其特征为病理性骨吸收,破骨细胞在其中起关键作用,抑制破骨细胞增殖、分化,被认为是防治牙周炎骨吸收的关键。植物雌激素不仅可对成骨细胞发挥作用,同时也可通过抑制破骨细胞生长、分化或诱导其凋亡来抑制骨吸收。Park等研究表明,大豆提取物可?#28304;?#28608;成骨细胞分泌OPG并降低RANKL的水平,从而抑制RANKL诱导的破骨细胞分化。大豆异黄酮中的染料木黄酮、大?#31649;?#20803;和香豆素类中的香豆雌酚直接抑制TNF-α诱导的破骨细胞形成和骨吸收。在小鼠骨髓细胞与原代成骨细胞的体外共培养系统中,大?#31649;?#20803;的一种代谢物雌马酚以剂量?#35272;?#30340;方式抑制破骨细胞形成?#27426;?#21478;一种代谢物去氧甲基安哥拉紫檀素(O-desmethylangolensin,ODMA)则轻微抑制破骨细胞形成,并且该作用不呈剂量?#35272;?#24615;。

  黄豆黄素则可以在体外抑制破骨细胞生成,诱导破骨细胞凋亡,且作用程度与染料木黄酮相似。刺芒柄花素(formononetin)通过抑制RANKL诱导的NF-κB、破骨细胞形成过程中的关键转录因子c-Fos和活化T细胞胞浆核因子(nuclear factor of activated T-cell cytoplasmic,NFATc)1来抑制破骨细胞分化。葛根素可以显著抑制脂多糖诱导的破骨细胞前体RAW264.7细胞向破骨细胞分化,且通过抑制破骨细胞激活因子TNF-α、?#32043;?#32990;介素(interleukin,IL)-1β和前列腺素(prostaglandin,PG)E2的分泌,下调编码肿瘤坏死因子受体相关蛋白(tumor necrosis factor receptor-associated protein,TRAP)、组织蛋白酶(cathepsin,CTS)K和基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMP)-9等的破骨细胞相关基因表达。

  木脂素类中五味子酯甲(schisantherin A)可抑制RANKL诱导的MAPK信号通路激活,包括Jun氨基末端激酶(Jun N-terminal kinase,JNK)和细胞外信号调节激酶(extracellular signalregulated kinase,ERK)1/2磷酸化,从而抑制破骨细胞的形成和功能。另一种木脂素牛蒡苷元(arctigenin)则通过抑制NFATc1形成途径来抑制破骨细胞分化和功能。萜类化合物中的雷公藤内酯(triptolide)通过抑制骨髓来源的巨?#19978;?#32990;(bone marrow-derived macrophage,BMM)中RANKL诱导的NF-κB活性来抑制破骨细胞形成和骨吸收。

  此外,二苯乙烯类中的白藜芦醇(resveratrol)和黄酮类中的槲皮素能下调破骨细胞前体细胞向破骨细胞分化,这表明植物雌激素具有抑制破骨细胞生成和分化的作用。以上结果提示,大多数植物雌激素是通过降低RANKL的水平来抑制破骨细胞分化的,当然TNF-α等另一些破骨细胞激活因子也很重要。通过抑制破骨细胞的形成和功能、下调破骨细胞前体细胞的破骨向分化,植物雌激素有望成为牙周炎的辅助治疗手段。

  2.2植物雌激素与牙周组织免疫炎症?#20174;?/p>

  牙周炎是细菌侵袭和宿主防御之间的动态失衡所引发的慢性炎症性疾病。牙周炎发生、发展过程中,机体通过免疫炎症?#20174;?#25269;抗细菌侵袭,而过度的免疫炎症?#20174;?#21017;是造成牙周组织破坏的重要原因。脂多糖是革兰阴性菌细胞壁的重要组成部分,通过引发?#26893;?#23487;主?#20174;Α?#21215;集炎症细胞,产生PGE2、IL-6和TNF-α等促炎因子,激活破骨细胞的形成和分化,长期以来被认为是骨吸收的关键因素。

  Choi等研究发现,牙周炎相关病原菌中间普雷?#36136;?#33740;的脂多糖可?#28304;?#28608;巨?#19978;?#32990;分泌一氧化氮(nitrogen monoxidum,NO)和IL-6等促炎症介质,而大豆异黄酮中的染料木黄酮和大?#31649;?#20803;对脂多糖刺激巨?#19978;?#32990;产生NO和IL-6具有抑制作用,并且可以抑制破骨细胞前体细胞中促炎症介质的表达。Nishide等研究雌马酚对OVX小鼠骨质量和骨髓细胞?#35874;?#22240;表达的影响,发现雌马酚可能通过抑制骨髓细胞中Oct-2、TNF-13β和IL-7等炎症相关因子的表达来改善由雌激素缺乏引起的骨丢失。

  Yang等通过牙周炎动物模型进一步探究植物雌激素抗炎作用的研究结果表明,葛根素可以抑制大鼠体内RANKL、IL-1β、TNF-α、MMP- 2和MMP-9等促炎因子的产生,缓解牙槽骨的吸收和胶原纤维的破坏。此外,木脂素类中的五味子醇甲(schisandrin)可以抑制牙?#39640;?#21833;单胞菌脂多糖诱导巨?#19978;?#32990;产生促炎细胞因子(TNF-α、IL-1β和IL-6)。另外一种木脂素戈米辛(gomisin)N则通过抑制TNF-?#38142;?#28608;的ERK和JNK信号通路活化来抑制牙周膜细胞炎症因子产生,从而发挥抗炎作用。黄酮类中高良姜素(galangin)抑制RANKL诱导的BMM中NF-κB磷酸化、炎症细胞因子(IL-1β、IL-17和TNF-α)分泌和破骨细胞形成。另一种黄酮类化合物淫羊藿苷(icariin)可抑制脂多糖诱导的IL-6、TNF-α的表达及?#36153;?#21512;酶(cyclooxygenase,COX)-2、PGE2的合成,从而缓解骨吸收。

  综上,可以推测植物雌激素可能通过抑制促炎介质的产生及相关基因的表达发挥抗炎作用,并且在此过程中可能可以减少破骨细胞形成,从而减少炎性骨吸收。另外,植物雌激素对牙周炎相关细菌的脂多糖诱导的炎症?#20174;?#20063;有抑制作用,提示植物雌激素可能参与牙周炎的发生、发展。在这一方面,目前大多数?#21335;?#25253;道集?#24615;?#20013;间普雷?#36136;?#33740;和牙?#39640;?#21833;单胞菌,其后的相关研究中可以多关注植物雌激素对其他牙周炎相关病原菌脂多糖诱导炎症?#20174;?#26041;面的作用。

  2.3植物雌激素缓解牙周组织破坏

  细胞外基质(extracellular matrix)的调节在牙周炎进展过程中也十分关键。MMP是一具?#35272;?#20110;Ca2+、Zn2+等金属离子的酶的大?#26131;澹?#20960;乎可?#36234;到?#32454;胞外基质的各种蛋白质成分。牙周炎与某些致病菌密切相关。在细菌感染的情况下,大量MMP释?#29275;?#38543;后作为MMP主要靶标的牙周组织细胞外基?#25163;?#30340;胶原蛋白发生不可逆的?#21040;?#30772;坏。而染料木黄酮可以抑制MMP-2和MMP-9的产生,大豆黄素也可以下调MMP-8的表达。另外,尿激?#24863;?#32420;溶酶原激活物(urokinase-type plasminogen activator,uPA)是在慢性炎症期间由人牙龈上皮细胞表达的一种丝氨酸蛋白?#31119;?#23427;能够将纤溶酶原转化为纤溶?#31119;?#20419;进纤维蛋白的?#21040;猓?#20174;而加重牙周组织的破坏。

  Smith等研究证实,在牙周炎活动期内,牙龈上皮暴露于由周围组织细胞或浸润性?#32043;?#32990;释放的大量细胞因子中,其中表皮生长因子(epidermal growth factor,EGF)能?#25381;行?#21050;激牙龈上皮细胞uPA表达。染料木黄酮不仅能够抑制牙龈上皮细胞中uPA的基础活性,还显著降低由EGF刺激产生的uPA,从而减少牙周组织的破坏。由上述研究结果可知,部分植物雌激素具有抑制MMP、uPA等酶活性的作用,从而减轻相关蛋白质的?#21040;?#21644;破坏,提示其具有保护牙周组织的潜能,可能是预防或治疗牙周炎的潜在手段。此方面的研究较少,需进一步深入挖掘,但植物雌激素对牙周炎期间牙周组织细胞外基质的相关作用仍为临床上防治牙周炎提供了新的思路。

  3.总结与展望

  雌激素可以通过受体机制促进成骨细胞分化、抑制破骨细胞凋亡来调控骨代谢。雌激素长期缺乏不仅导致骨质疏松,还可造成牙槽骨丢失,而牙槽骨吸收与重建正是牙周炎的特征性病理改变。动物研究表明,OVX大鼠由于缺乏雌激素的作用,导致牙槽骨和牙周韧带结构改变,增加了牙周炎?#30142;?#30340;风险。许多治疗,包括双磷酸盐、雷洛昔芬和雌激素替代?#21697;ǎ?#29616;已常规用于治疗绝经后妇女的骨丢失。但激素替代治疗会增加罹患动脉疾病、脑中风、静脉血栓栓塞性疾病、乳腺癌、?#22799;?#30196;呆等疾病的风险,使其应用受到限制。

  近年来通过各种机制证明了植物雌激素对衰老、骨代谢、心血管疾病、神经系统、免疫系统等雌激素相关的许多生理和病理过程?#35874;?#26497;影响。植物雌激素作为天然的雌激素类似物有望替代雌激素进行治疗,预防和/或抑制由雌激素缺乏诱导的各类疾病发生,如更年期综合征、骨质疏松症、神经变性疾病和皮肤老化等,尤其是大豆异黄酮已通过流行病学研究和临床试验表明其能提高绝经后妇女的骨矿物质密?#21462;?#19978;调骨转换标志物、增加骨骼机?#30331;?#24230;等,从而逐渐被应用于临床治疗绝经后骨质疏松症,而一些绝经后女性也可能会因服用植物雌激素比雌激素替代治疗能更?#34892;?#22320;减少潮热而受益,但?#26434;?#37096;分人体临床试验数据显示植物雌激素并不能?#34892;?#32531;解所有绝经症状。

  本文通过对植物雌激素作用于成骨细胞、破骨细胞、炎症因子及牙周软组织的一系?#35874;?#21046;进行概述,一些动物实验已证实植物雌激素可以减轻牙周炎病程中牙槽骨的吸收,表明这类天然雌激素类似物可能具有抗炎、缓解牙槽骨吸收和牙周组织破坏的作用,有望为牙周炎治疗开辟新的道路。此外,与动物雌激素相比,植物雌激素不良?#20174;?#23567;。基于目前的研究结果,服用植物雌激素仅仅会引起一些安全适度的胃肠道?#20174;Α?#27969;行病学研究发现,高植物雌激素饮食或服用植物雌激素补充剂不会增加乳腺癌的发病风险。

  另有流行病学和前瞻性研究表明,高异黄酮含量的膳食人?#21512;?#27604;低植物雌激素含量的膳食人群乳腺癌和前列腺癌的发生率低。但是,对植物雌激素的研究?#28304;?#22312;一些问题,如未深入系统地阐明其作用机制;某些来自临床试验的数据与实验研究结果之间存在差异;大多数报道集?#24615;?#22823;豆异黄酮,其他具有治疗前景的植物雌激素则研究得较少。另外,植物雌激素治疗效果的研究多集?#24615;?#20307;外细胞实验和动物实验,有部分流行病学调查研究和人体试验也多为对绝经后妇女骨质疏松症的疗效观察,目前还没有相关人体试验将植物雌激素应用于预防和治疗牙周炎。因此,植物雌激素虽有望成为预防和治疗牙周炎的辅助手段,但是作为一种新型生物治?#21697;?#27861;,其临床应用潜能、相关作用机制及生物安全性?#26434;?#24453;进一步研究。

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