氧化应激相关口腔疾病的研究进展.pdf
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1、303Chin J Geriatr Dent,September,2023,VOI.21.NO.5 中华老年口腔医学杂志 2023 年 9 月第 21 卷第 5 期 氧化应激相关口腔疾病的研究进展*赵飞,尹迪,房洁,朱晶 摘要 氧化应激与多种口腔疾病的发生、发展有着密切联系,但具体的作用通路和分子机制尚不明确;口腔非贵金属合金材料中部分金属离子的析出,通过不同的机制,引起邻近的组织和细胞的氧化应激,这是口腔氧化应激的主要诱因之一;另一方面,抗氧化剂在口腔领域的应用为口腔疾病的预防、治疗提供了新的思路。本文就氧化应激与口腔疾病相关的研究现状、其产生机制及抗氧化剂的应用做一综述,以期从氧化应激角度
2、,为探索口腔疾病的干预、治疗措施、研究相应的靶点药物提供理论参考,以及为探讨口腔合金材料中的金属离子是否通过氧化应激的机制直接或间接诱导口腔疾病提供研究思路。关键词 氧化应激;口腔疾病;抗氧化剂 中国图书分类号 R78 文献标识码 ADOI:10.19749/.cjgd.1672-2973.2023.05.010Research progress of oxidative stress related to oral diseasesZHAO Fei,YIN Di,FANG Jie,ZHU Jing(Geriatric Department of Stomatology,Qingdao Sto
3、matological Hospital Affiliated to Qingdao University,Shan Dong,QingDao,266001,China)AbstractOxidative stress is closely related to the occurrence and development of various oral diseases,but the specific pathways and molecular mechanisms are still unclear.The precipitation of some metal ions in ora
4、l non-precious metal alloy materials can induce oxidative stress in adjacent tissues and cells through different mechanisms,which is one of the main causes of oxidative stress.On the other hand,the application of antioxidants in stomatology provides a new idea for the prevention and treatment of ora
5、l diseases.This paper reviews the latest research status of oxidative stress related to oral diseases,generation mechanism and the application of antioxidants,in order to provide the research direction for exploring the intervention and treatment measures of oral diseases and study the corresponding
6、 target drugs from the perspective of oxidative stress and to provide the research idea for the study of whether metal ions in dental alloy materials directly or indirectly induce oral diseases through the mechanism of oxidative stress.Key wordsOxidative stress;Oral diseases;Antioxidants基金项目青岛市口腔疾病临
7、床医学研究中心(22-3-7-lczx-7-nsh)青岛市医疗卫生重点学科建设项目(2022-2024)作者单位 266001,青岛大学附属青岛市口腔医院老年口腔科(赵飞,尹迪,房洁,朱晶)通信作者 朱晶,E-mail:综述 氧化应激是指体内活性自由基的产生过量,超过了机体内源性的抗氧化能力,导致氧化和抗氧化系统失衡的一种状态,广泛存在于多种病理过程中,参与多种疾病的发生、发展。近年来氧化应激与多种口腔疾病的发生、发展密切相关,与氧化应激相关的口腔疾病的发病也呈上升趋势1,而具体的分子机制尚不明确。目前研究2-6已证实,牙科非贵金属合金材料在长期使用中,部分金属离子析出会引起邻近组织和细胞的氧
8、化应激;所以,从氧化应激的角度,明确相应的分子机制,对探讨口腔疾病的干预、治疗措施、研究相应的靶点药物具有重要的指导意义;另外,从病因学的角度,口腔合金材料中的金属离子是否通过氧化应激的机制直接或间接诱导了口腔疾病是值得思考和研究的。1 氧化应激与口腔疾病的关系 口腔健康是机体全身健康的一个重要方面。在口腔,唾液是抵抗自由基的第一道防线,许多系统性疾病都有口腔起源。近年来,与氧化应激密切相关的口腔疾病的发病成上升趋势1-7,虽然这些口腔疾病的病因不同,甚至部分疾病的病因尚不清楚,但这些疾病的发生或发展与氧化应激密不可分,通过检测多种标志物均证实了氧化应激的存在,但氧化应激在疾病中具体的分子机制
9、和作用机理,目前的研究还比较有限,这将是近几年学者们研究的热点。研究表明1氧化应激与多种口腔疾病,如炎症、口腔黏膜病、口腔癌以及颌面部颞下颌关节紊乱、咀嚼肌疾病等的发病密切相关,本文将对这些疾病中发病率较高且为目前研究热点的几种口腔疾病进行综述。1.1 氧化应激与口腔扁平苔藓 口腔扁平苔藓304 中华老年口腔医学杂志 2023 年 9 月第 21 卷第 5 期 Chin J Geriatr Dent,September,2023,VOI.21.NO.5 (OLP)是一种较常见的口腔黏膜斑纹类疾病,也是一种潜在的口腔恶性疾病,其病因尚不清楚,考虑与多种因素有关。近年来,氧化应激机制的研究也被逐渐
10、应用到 OLP 的病因及治疗的研究中来。如研究表明8OLP 患者中一氧化氮(NO)(氧化应激标志物)以及多种细胞因子如白细胞介素IL-4、IL-6、IL-8、IFN-和 TNF-的 水 平 明 显高于健康对照组;表明唾液细胞因子和 NO 测量可能对 OLP 的疾病活动性和治疗反应监测具有重要的诊断意义。此外,国内学者们9还检测了OLP 患者体内唾液和血清中的各项标志物,提示氧化应激的存在以及氧化和抗氧化系统的失衡;另外,研究10发现 OLP 患者有高水平的脂质过氧化产物,如丙二醛(MDA)和4-羟基-2-壬烯醛,虽然它们在 OLP 中的作用尚不清楚,但这些氧化应激标志物通过影响 B 细胞淋巴瘤
11、 2 和 bcl2-X蛋白的水平,引起 T 淋巴细胞的聚集,影响核定位和 kappa B 因子的活性,触发一系列生物学反应(包括诱导凋亡)。此氧化应激诱导细胞凋亡的分子机制与研究3-5已证实的口腔合金中金属离子引起氧化应激诱导细胞凋亡的信号通路是相通的,所以口腔合金材料中金属离子的析出通过氧化应激是否直接或间接诱导了口腔多种疾病是值得我们探讨和研究的。1.2 氧化应激与复发性口腔炎 复发性口腔炎(RAS)是口腔黏膜最常见的溃疡性疾病,病因尚不完全清楚,考虑与局部(创伤)、遗传、免疫和某些免疫抑制药物等因素有关11。在最近的一项研究中,学者们12通过测量唾液氧化剂和抗氧化剂的水平,发现与健康对照
12、组相比,RAS 组的唾液抗氧化物-超氧化物歧化酶(SOD)增加,而谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)和尿酸(UA)活性降低;另外还发现,病变区免疫细胞的浸润导致自由基浓度增加,由于需要一些 SOD 分子来引起超氧自由基的突变,这是 SOD 水平升高的原因,而脱位反应产生过量的过氧化氢(H2O2),H2O2被 GPx 解毒,谷胱甘肽(GSH)在此过程中被消耗,脂质过氧化物 MDA 水平升高;这些结果验证了氧化应激在 RAS 发病中的作用机制,这与 Tugrul 等13之前的报道一致,并描述了RAS 组的总氧化状态和氧化应激指标值显著高于健康对照组,而总抗氧化状态指标显著低于健康对照组。1.3 氧化应激
13、与口腔白斑 口腔白斑(OL)是口腔黏膜以白色损害为主的一种常见的癌前病变,氧化应激在其病程发展中发挥着重要作用;氧化应激引起的 DNA 碱基修饰可通过碱基切除修复(BER)途径修复14,在这一途径中,氧化损伤产物 8-羟基-2-脱氧鸟苷(8-OHdG)被切除,留下一个无嘌呤位点的中间产物,如氧化还原因子-1(Ref-1)和 X 射线修复交叉互补蛋白-1(XRCC-1),在 DNA 修复过程中起作用。Barros 等15通过免疫组化检测了 OL 患者与正常口腔黏膜中的8-OHdG、Ref-1、XRCC-1 的表达,发现相较于正常对照组,OL 组细胞质中 8-OHdG 的表达升高,核 Ref-1
14、的表达降低,两者与 OL 上皮发育不良的严重程度密切相关;细胞质中 XRCC-1 的表达升高,表明 DNA 修复机制的失败,这些均证实了氧化应激引起 DNA 损伤是 OL 发病的重要机制。Vlkov 等16比较了 OL 患者和健康对照者的脂质过氧化和羰基应激的唾液标志物,如:硫代巴比妥酸反应物和晚期糖基化终末产物,发现 OL 患者的唾液标志物显著高于对照组,而唾液 SOD 和总抗氧化能力低于对照组。Srivastava等17发现,与健康对照组相比,OL 组的 GSH、GPx、SOD 和过氧化氢酶水平显著降低,OL 组脂质过氧化产物,除 I 期和 II 期临床病理阶段外,其增加趋势尚无统计学意义
15、,但所有抗氧化酶在OL 进展阶段均显著下降。1.4 氧化应激与口腔癌 口腔癌是世界上最常见的癌症类型之一,其中口腔鳞状细胞癌(OSCC)最多见,OSCC 占口腔恶性肿瘤的 90%以上,预后不良11。目前,国内外有较多关于氧化应激与 OSCC 发病机制相关研究;如,Rathan 等18发现,口腔癌患者的血清抗氧化水平低于正常水平,证实血清抗氧化能力是口腔癌发生的一个易感因素,而不是癌症的病理作用,即使癌症得到治疗,血清抗氧化能力也不会改变。Srivastava等19报道活性氧(ROS)及其脂质过氧化与口腔癌的发病机制有关,与健康对照组相比,在不同临床阶段,OSCC 患者静脉血中脂质过氧化水平显著
16、升高,抗氧化剂含量显著降低,还发现在 OSCC II、III 和 IV 期,组织中自由基水平升高,SOD、GSH、GPx 和过氧化氢酶浓度降低。Metgud 等20研究发现,从健康对照到癌前病变和 OSCC 患者,MDA 显著升高,GSH 显著降低,305Chin J Geriatr Dent,September,2023,VOI.21.NO.5 中华老年口腔医学杂志 2023 年 9 月第 21 卷第 5 期 这与 OSCC 患者处于氧化应激状态密切相关;这一发现支持了癌细胞中 ROS 代谢明显改变,导致与非肿瘤细胞相比,ROS 产生增加,并抑制机体抗氧化系统这一假设。1.5 氧化应激与牙周
17、炎 牙周炎是一种由牙菌斑生物膜引起的牙周组织的炎症性疾病。研究21证实牙周炎患者咀嚼后内毒素水平显著升高,且牙周炎产生的 ROS,可扩散到血液,并逐渐影响其他器官,表明牙周炎可能对全身健康造成不利影响。氧化应激与牙周病的产生及发展关系密切;研究22表明,慢性牙周炎患者,与健康对照组相比,血清总抗氧化水平降低,其龈沟液中的脂质过氧化标志物如 8-异前列腺素和 MDA 更高。此外,牙周炎患者血清中的活性氧代谢产物的量与牙龈卟啉单胞菌、普雷沃氏菌等细菌抗体的量成正比。ROS 的水平在牙周炎患者的血清、龈沟液、唾液中均检测到升高,并与牙周炎的临床检测指数及疾病的严重程度成正相关23,由此可见,保持牙周
18、组织内的氧化状态的平衡有利于维持牙周组织的健康。2 牙科合金中常见金属离子诱导细胞氧化应激的产生机制 氧化应激与口腔疾病的发生关系密切,而明确口腔内氧化应激的诱因及产生机制是对抗氧化应激损伤的一大重要策略;在口腔领域,各种内源性、外源性刺激都可能会导致氧化应激的产生,但这些很难通过研究量化分析,而目前研究2-4已证实牙科合金中金属离子的析出会诱导细胞产生氧化应激,明确产生作用机制可指导临床上新型材料的研发。牙科铸造合金材料因良好的生物学性能在口腔临床中被广泛应用,而价格相对低廉的非贵金属合金在口腔复杂的微环境中会发生腐蚀2-4,导致如镍(Ni)、铬(Cr)、钴(Co)等金属离子析出,诱发细胞氧
19、化应激反应甚至细胞凋亡。国内外大量的研究3,24-25已证实这些金属离子,通过不同机制,形成细胞内氧化应激源,诱导细胞内过氧化物和超氧化物的产生,引起细胞氧化应激;如在最新的关于牙科材料的体外研究中,学者们25根据口腔正畸合金材料的组成,制备了用于处理酵母细胞的金属离子混合物,结果表明,-钛合金是生物相容性最好的合金,其金属释放量最低;钴铬合金组,低浓度时就已具有细胞毒性;不锈钢和钴铬的金属离子混合物在高浓度(非生理)下诱导氧化应激,以及以羰基化形式氧化蛋白质,高浓度金属离子处理细胞时,还可诱导多种抗氧化酶防御系统。Cr、Co是最常见的牙科合金材料的金属成分,也是引起氧化应激的主要金属元素,其
20、诱导氧化应激的分子机制又各不相同。研究表明 Cr 4,6诱导氧化应激的机制涉及两种不同价态的转变,在细胞线粒体内 CrVI 的首要还原剂 NAD(P)H,会将其还原成 CrIII,后者比前者对 DNA 的约束力更强,在氧化还原反应的过程中,CrVI 通过螯合变成 CrIII,产生 ROS 自由基如.OH,其与 DNA 基质发生反应,导致 DNA 结构的破坏,形成 Cr-DNA 加成物。而 Co4,26诱导的氧化应激,与调控自由基的形成有关,主要通过 Co 发挥作用,其能结合谷胱甘肽或半胱氨酸,形成.OH和 ROS,而这些自由基又可抑制 DNA 修复机制;分子水平上,通过 Nrf2 通路,发生该
21、转录因子及下游靶基因的活化、蛋白质降解,谷胱甘肽的形成等一系列反应发挥作用。由此可见,氧化应激的产生机制不尽相同,通过诱导过氧化物的产生或与之结合,或通过氧化还原反应,伴随着DNA 结构的破坏,造成细胞的氧化损伤,所以从抗氧化的角度,降低ROS的形成或降低其活性,来减弱或阻断氧化应激是值得期待的。3 抗氧化剂在口腔领域的应用 近年来,随着对氧化应激研究的深入,抗氧化剂作为预防和治疗氧化应激相关疾病的重要策略,也成了学者们研究的热点领域,而随着氧化应激相关的口腔疾病的发病率不断升高,抗氧化剂用于口腔方面的研究也是近几年学者们关注的焦点。研究表明27,摄入抗氧化剂可以降低氧化应激相关疾病的风险;胡
22、萝卜素、维生素 A 原、维生素 C、维生素 E 等抗氧化剂对口腔癌有预防作用。此外,抗氧化剂有可能预防、抑制和逆转口腔癌变中的多个过程;如:类维生素 A 可促进细胞分化,导致肿瘤细胞凋亡28。番茄红素是一种鲜红色的胡萝卜素和类胡萝卜素,是一种植物化学抗氧化剂;它有助于减弱自由基引发的氧化反应,特别是脂质过氧化和 DNA 损伤,将其添加到培养液中可以杀死口腔癌细胞。学者们认为这是由于它能够恢复缝隙连接讯号,而缝隙连接讯号在口腔恶性肿瘤中被破坏,这表明它可作为一种辅助治疗用于口腔癌的治疗中27。另外,研306 中华老年口腔医学杂志 2023 年 9 月第 21 卷第 5 期 Chin J Geri
23、atr Dent,September,2023,VOI.21.NO.5 究29表明,体内维生素 E、类胡萝卜素的缺乏或极低的摄入量的人群,其癌症的风险会提高。学者们30证实了维生素 E 在治疗白斑中的作用,作为口腔损伤的抗氧化剂,其抗氧化组合(维生素 E、A 和 C)已被证明是最有效的,不良增生的消退率为 97.5%。近年来,中药提取物-姜黄素作为一种强效抗氧化剂,在口腔疾病的防治领域备受关注,它是一种从姜黄根茎中提取的天然植物类多酚,具有抗氧化、抗炎、免疫调节、抑制突变等作用27,且安全性高,不良反应小,已在牙周病的预防与治疗中得到了应用,还可与皮质类固醇协同应用,可以显著改善 OLP 患者
24、的临床症状,可考虑作为OLP 的替代疗法应用于临床31-32。研究33表明,姜黄素可介导光动力治疗,通过光化学反应增强抗菌能力、提升活性氧物种产量、抑制生物膜形成等方式,对口腔感染性疾病如龋病、牙髓炎、根尖周疾病、牙周炎、口腔念珠菌病等有优良的防治作用。此外,研究34还检测到姜黄素可减少口腔主要致龋菌-变形链球菌黏附成膜,而对于变形链球菌和溶血链球菌这两种菌形成的复合生物膜,变形链球菌的黏附率没有明显改变,虽然将其用于龋病防治还需进一步的研究,但为防龋提供了新的思路。4 结 语 氧化应激与口腔多种常见疾病的发病密切相关,但具体的作用机理还不明确;目前,已证实口腔合金材料的部分金属离子能引起细胞
25、氧化应激,因此,从病因学及氧化应激的角度,是否可以推测口腔合金材料的金属离子通过氧化应激的机制直接或间接的促进了口腔部分疾病的发病及发展?氧化应激在这些疾病中作用的分子机制是什么?未来相关的研究是值得期待的;此外,这些口腔疾病中检测到的氧化应激标志物,也提示我们寻求更加敏感、简便的氧化应激检测指标,对口腔疾病的检测、研究至关重要;另一方面,抗氧化剂在很大程度上可抵抗氧化应激对机体造成的氧化损伤,能否常规用于口腔疾病的预防和治疗,能否阻断口腔疾病中氧化应激作用通路,或作为治疗的靶点药物也值得进一步的研究。参考文献1 Kumar J,Teoh SL,Das S,et al.Oxidative St
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