腐植酸抗菌抗炎機制及其在口腔感染性疾病治療中的應(yīng)用研究進展

司敏敏，張彩鳳，馮志遠，3

1 山西醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院，太原 030001；2 太原師范學(xué)院化學(xué)系山西省腐植酸工程技術(shù)研究中心；3 山西醫(yī)科大學(xué)第五臨床醫(yī)學(xué)院

腐植酸是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的天然高分子有機聚合物，廣泛存在于褐煤、土壤和水等自然物質(zhì)中［1］。腐植酸含有多種理化活性基團，如羧基、酚基、醌基和羥基等，這些官能團賦予了腐植酸獨特的生物活性，表現(xiàn)為抗菌、抗炎、抗病毒和抗腫瘤等，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域引起了廣泛的研究［2-3］。腐植酸根據(jù)分子量大小及溶解性不同，可分為黃腐酸、棕腐酸及黑腐酸三大組分，而黃腐酸是相對分子量較小、溶解度最好以及生物活性最高的一個組分［4］。腐植酸具有明顯的抗菌抗炎特性，明朝藥學(xué)巨著《本草綱目》中所提到的“烏金散”被證實對婦科炎癥具有顯著療效，而其主要活性成分正是腐植酸［6］。同時，腐植酸被列為國家中藥二級保護品種，作為腐植酸來源之一的石炭已被納入山西省藥監(jiān)局的標準制定目錄［7］。近年來，對腐植酸的醫(yī)學(xué)研究逐步拓展到口腔醫(yī)學(xué)的各個學(xué)科，其在牙周病和齲病等口腔感染性疾病的治療中發(fā)揮了重要作用［2，5］。本研究對腐植酸的抗菌抗炎機制及其在口腔感染性疾病治療中的應(yīng)用作一綜述，為口腔感染性疾病的治療提供新思路。

1 腐植酸的抗菌抗炎機制

1.1 腐植酸的抗菌機制 腐植酸抗菌作用的發(fā)揮主要源于其內(nèi)部化學(xué)結(jié)構(gòu)，尤其是醌基和多酚結(jié)構(gòu)。醌基在接受電子被還原后轉(zhuǎn)變?yōu)榘膈鯒l件下半醌基會形成O2-，最終轉(zhuǎn)化為羥自由基［8-9］；羥自由基會干擾細胞膜結(jié)構(gòu)，破壞其完整性，且在掃描電子顯微鏡下呈現(xiàn)出纖維狀外觀。由于腐植酸發(fā)揮作用的部位在細胞膜，而不是細胞內(nèi)，可以在有效避免細菌外排泵效應(yīng)的同時，不受細胞膜抗性機制的影響。因此，臨床上未觀察到細菌對腐植酸的耐藥性［5，10］。與相同來源的黃腐酸相比，含有較多完整多酚結(jié)構(gòu)的腐植酸顯示出更強的抗菌性，且對革蘭陰性菌的殺菌效果更好，這可能是由于革蘭陽性菌和革蘭陰性菌細胞膜的組成和結(jié)構(gòu)不同所致，這為進一步探索腐植酸作用于細胞膜的位點提供了初步理論基礎(chǔ)［8，11］。有研究通過Mantel檢驗和RDA分析進一步發(fā)現(xiàn)，腐植酸中的硫元素和羰基碳與其抑菌效應(yīng)呈正相關(guān)關(guān)系，而氧元素和芳香族則與其抑菌效應(yīng)呈負相關(guān)關(guān)系［9］。另一項研究發(fā)現(xiàn)，抗菌性較弱的天然腐植酸通過吲哚乙酸氯酰化修飾，實現(xiàn)了對金黃色葡萄球菌和白色念珠菌的完全抑制，同時減少了大腸桿菌的菌落數(shù)量，進一步證實了化學(xué)官能團在腐植酸抗菌中的作用［12］。相比于細菌，腐植酸對真菌的抗菌機制研究較為深入，涉及到分子和基因水平的表達。首先，腐植酸可抑制線粒體呼吸鏈上的琥珀酸和輔酶Q之間的活性位點，與黃嘌呤二核苷酸（FAD）競爭，從而抑制琥珀酸向輔酶Q的電子轉(zhuǎn)移［13］；同時，腐植酸還可下調(diào)與生物膜形態(tài)發(fā)生相關(guān)的基因表達，以及參與白色念珠菌毒力發(fā)揮的基因表達，限制白色念珠菌的生物膜產(chǎn)生和菌絲形成［14］。總之，雖然目前的研究顯示腐植酸內(nèi)部的相關(guān)化學(xué)基團可作用于細胞膜而發(fā)揮抗菌作用，但是其具體的作用位點及方式仍不明了，需進一步深入研究。

1.2 腐植酸的抗炎機制 目前，現(xiàn)有的研究認為腐植酸主要通過抑制炎癥細胞增殖和調(diào)節(jié)炎癥因子水平來減輕炎癥反應(yīng)。在口腔感染性疾病中，與炎癥反應(yīng)最密切的疾病是牙周病及傷口感染，抗炎和促炎細胞因子之間的平衡被打破會直接影響疾病的進程［15］。腐植酸通過改變一些破壞性宿主機制，如抑制中性粒細胞的黏附和脫顆粒，降低促炎癥因子白細胞介素1（IL-1）和腫瘤壞死因子α（TNF-α）表達，增加抗炎細胞因子白細胞介素10（IL-10）表達，從而調(diào)節(jié)抗炎與促炎平衡，達到減輕炎癥反應(yīng)、加速創(chuàng)口愈合的目的［15-16］。此外，腐植酸還可通過阻止炎癥細胞遷移到組織受損部位，進而減少現(xiàn)有的炎癥區(qū)域擴大［17］。需要注意的是，腐植酸的抗炎作用呈濃度依賴性，在較高濃度時才具有顯著的抗炎效果［1］。因此，探索不同來源腐植酸發(fā)揮抗炎作用的最佳濃度具有重要意義。

2 腐植酸在口腔感染性疾病治療中的應(yīng)用

口腔是一個復(fù)雜的微生物生態(tài)系統(tǒng)，富含真菌、細菌等多種微生物。當微生物之間及其與宿主之間的平衡失調(diào)時，就有可能引起牙周病、齲病等感染性疾病［18］。感染作為一個復(fù)雜的生物過程，涉及病原體入侵和宿主反應(yīng)之間的相互作用［19］。而腐植酸具有對病原體的抗菌性和調(diào)節(jié)宿主細胞因子的抗炎作用，可能在口腔感染性疾病的治療中具有一定的應(yīng)用潛力。

2.1 腐植酸在牙周病治療中的應(yīng)用 牙周病是一種病原微生物與宿主相互作用引發(fā)炎癥反應(yīng)，使牙齒周圍軟—硬組織逐漸受損，最終導(dǎo)致牙齒脫落的慢性炎癥性疾病［20］。在與牙周病相關(guān)的致病菌中，牙齦卟啉單胞菌作為“紅色復(fù)合體”的一部分，被認為是主要致病菌之一［21］。碳水化合物來源的富里酸（CHD-FA）是通過專利工藝純化的黃腐酸［10］。研究表明，使用0.25% CHD-FA漱口水能夠完全抑制牙齦卟啉單胞菌的浮游和生物膜形式，并可降低多物種牙周生物膜（包括牙齦卟啉單胞菌、具梭核桿菌、輕鏈球菌和伴放線桿菌）的活性［10］。另一項研究對牙周炎小鼠給予局部或腹腔注射腐植酸溶液，結(jié)果顯示有助于平衡促炎因子和抗炎因子表達，從而有效抑制炎癥反應(yīng)；同時，該溶液還能夠增加成骨細胞活性，有效減少牙槽骨的丟失［2，15］。以上研究表明，腐植酸的抗炎和促成骨作用，以及其主要成分富里酸的抗菌性可能使其在牙周病的治療中發(fā)揮關(guān)鍵作用。因此，含有腐植酸的漱口水或緩釋制劑可能會成為口腔日常保健和牙周手術(shù)后維護的新型應(yīng)用產(chǎn)品。找到易獲取且安全性高、最大程度發(fā)揮抗菌和抗炎效果的腐植酸，將成為未來研究的重點，可為口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域提供更多的治療選擇和產(chǎn)品創(chuàng)新方向。

2.2 腐植酸在齲病治療中的應(yīng)用 致齲菌以碳水化合物為營養(yǎng)源，通過發(fā)酵產(chǎn)生酸性物質(zhì)，導(dǎo)致牙齒硬組織脫礦，最終形成齲齒［22］。輕鏈球菌最早在牙面定植，是形成復(fù)雜微生物膜的先鋒菌株［23］。變形鏈球菌因其具有產(chǎn)酸、耐酸和合成細胞外高分子物質(zhì)的作用，被公認為是齲齒的主要致病因素［22］。早在1989年，就有研究顯示腐植酸可以減少來源于變形鏈球菌葡萄糖轉(zhuǎn)移酶的葡聚糖（齲齒發(fā)病機制中的重要毒力因子）的合成和黏附，減少細菌黏附和牙菌斑形成，進而預(yù)防齲齒［24］。值得注意的是，齲齒是一種生物膜介導(dǎo)的疾病，而生物膜對抗菌藥表現(xiàn)出更高的耐藥性［25-26］。研究顯示，較低濃度（0.062 5%、0.25%）的CHD-FA即可對輕鏈球菌和變形鏈球菌的浮游和生物膜形式表現(xiàn)出快速抑制作用［10］。因此，腐植酸在防治齲病方面具有一定的潛力和特色，有可能作為牙膏、漱口水等口腔保健產(chǎn)品，甚至粘接劑、充填材料等牙科制劑的有益成分。

2.3 腐植酸在根管治療中的應(yīng)用 根管治療的目的在于消除根管系統(tǒng)中的微生物，對根管進行徹底清潔和塑形，并適當填塞，以防止再次感染。在治療失敗的根管中常常可以檢測到糞腸球菌，被認為是根管治療失敗的原因之一［27］。研究發(fā)現(xiàn)，2%氯己定對糞腸球菌表現(xiàn)出很強的抗菌能力，被廣泛用作牙髓沖洗劑和相關(guān)治療藥物［27］。但是，氯己定可引起一些不良反應(yīng)和耐藥性，如牙齒著色、舌頭麻木、口干以及味覺改變等，因此臨床應(yīng)用受到限制［28］。相比之下，多種來源的富里酸被發(fā)現(xiàn)可以殺死或者抑制糞腸球菌［29］。在根管治療中，對于內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的牙齒，有效沖洗和去除玷污層至關(guān)重要；與臨床上常用的根管沖洗劑乙二胺四乙酸（EDTA）相比，5%CHD-FA在去除根尖1/3的根管玷污層以及在保持根管顯微硬度方面表現(xiàn)更佳［30］。因此，具有抗菌作用、可有效去除玷污層且毒性較小的CHD-FA可能是一種很有前途的根管沖洗劑。未來需關(guān)注CHD-FA對根管內(nèi)其他病原體的抗菌作用，以及對根管內(nèi)密封劑滲透的影響等，以便更全面地了解和發(fā)揮其在根管治療中的作用，為推動根管治療領(lǐng)域的創(chuàng)新提供思路。

2.4 腐植酸在口腔傷口感染治療中的應(yīng)用 創(chuàng)口愈合是一個相當復(fù)雜的組織損傷反應(yīng)過程，包括止血、炎癥、增殖和重塑四個階段［31］。微生物感染是傷口愈合的最大障礙之一，細菌可誘發(fā)嚴重的組織損傷、炎癥反應(yīng)和傷口愈合延遲［31］。因此，清除微生物感染和抑制炎癥發(fā)展是促進傷口愈合的關(guān)鍵。研究表明，CHD-FA對耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）和白色念珠菌等多種與傷口感染相關(guān)的細菌和真菌均表現(xiàn)出很強的抗菌活性，最低抑菌濃度≤0.5%［16］。有研究對傷口感染小鼠給予CHD-FA治療，結(jié)果顯示富里酸在早期階段可以刺激巨噬細胞和成纖維細胞，并促進細胞抗炎因子IL-10表達，從而減輕炎癥反應(yīng)，加速傷口愈合；同時，富里酸還能促進細胞上皮化，使組織重塑性更好［16］。研究顯示，在小鼠上腭傷口愈合的后期（第三周后），局部涂抹腐植酸溶液組較氯己定組潰瘍數(shù)量降低、上皮化更好、創(chuàng)口面積更小、愈合速度更快［32］。因此，腐植酸抗菌抗炎的雙重特性可能在促進口腔傷口愈合方面發(fā)揮作用，并為口腔傷口愈合的優(yōu)化提供了有益的方向。

2.5 腐植酸在口腔真菌感染治療中的應(yīng)用 白色念珠菌是口腔中常見的機會性病原體，當正常菌群的平衡被破壞，或者個體免疫功能下降時，可能會引發(fā)真菌感染性疾病［33］。白色念珠菌常寄生于老年人修復(fù)性義齒表面，因此及時清潔義齒以去除致病微生物，對于防止吸入性肺炎的發(fā)生尤為重要［34］。目前，已有成品的義齒清潔劑可用于清潔修復(fù)性義齒，其主要成分之一是氯己定［34］。雖然含氯己定成分的清潔劑可以去除義齒表面的微生物，但是會引起義齒著色、味覺改變等不良反應(yīng)［28］。相比之下，腐植酸溶液不僅可以有效減少義齒表面的白色念珠菌、銅綠假單胞菌、糞腸球菌、金黃色葡萄球菌數(shù)量，還可以去除由茶葉或果汁等引起的著色，并且未發(fā)現(xiàn)有明顯的不良反應(yīng)，安全性較高。因此，腐植酸有望成為義齒清潔劑中的有效成分，為開發(fā)更安全、更有效的義齒清潔產(chǎn)品提供了新思路。

綜上所述，腐植酸具有抗菌抗炎雙重特性，使其在防治口腔感染性疾病中具有一定的潛力和優(yōu)勢，且安全性較高。不同來源的腐植酸存在化學(xué)成分差異，導(dǎo)致其性質(zhì)出現(xiàn)不同。由于對腐植酸抗菌抗炎機制的研究還處于表觀探索階段，進一步研究內(nèi)部化學(xué)基團對細胞膜的作用位點和方式以及抗炎調(diào)控的具體通路，對于最大程度發(fā)揮腐植酸的作用具有重要意義。此外，尋找一種來源易得、經(jīng)濟高效的腐植酸，并進行內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性能的優(yōu)化也是值得研究的方向。此外，還可以考慮腐植酸與其他口腔保健成分的聯(lián)合應(yīng)用，以進一步提升其在口腔醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用效果。