氧化应激与牙周炎和糖尿病的关联性研究现状

邓健文，陈珂晓综述 马淑媛，李泽键审校

1.暨南大学口腔医学院，广东 广州 510000；2.暨南大学附属第一医院口腔科，广东 广州 510000

口腔内的疾病可激发机体发生氧化应激，其与全身性疾病如内分泌代谢系统、心血管系统等疾病紧密相关。牙周炎症被证实是口腔中活性氧(促氧化应激的重要物质)的主要来源[1]，后者所造成的氧化损伤可能会对全身器官如胰岛造成不利影响。因而，氧化应激有可能是牙周炎同其他系统疾病构建联系的基础。早前便已证实糖尿病与牙周炎之间互为危险因素，但二者关联的确切机制现仍未被厘清。近年的研究者认为，氧化应激提供了一个促糖尿病和牙周炎的共同病理微环境，这种环境会进一步加剧牙周组织或胰岛的炎症反应，最终导致疾病恶化。因此，基于氧化微环境，本文主要从氧化应激与糖尿病、牙周炎以及二者疾病间的关系展开论述，力图为今后研究二者疾病间关联的研究提供参考依据。

1 氧化应激概述

氧化应激(oxidative stress，OS)指的是氧化微环境的严重失衡，即机体内抗氧化物的表达量明显多于促氧化物，在活性氧(reactive oxygen species，ROS)及其衍生的自由基介导下机体处于氧化应激状态并激发各组织的病理反应过程[2]。抗氧化系统可以有效清除体内的氧化物、防止机体发生氧化应激损伤。抗氧化防御系统目前主要被分为两种。一种是酶类的抗氧化防御系统，主要包括肝蛋白(又称为超氧化物歧化酶)和谷胱甘肽过氧化物酶等广泛存在于生物体各组织中的还原酶；而另一种则是非酶的抗氧化防御系统，包括一系列可以清除或灭活反应性物种的有机分子(包括维生素C、微量元素铁、硒等)。在机体的生理状态下抗氧化剂同ROS之间为相互制约、相互均衡的关系。生理浓度的ROS具有积极的生物学效益[3]，可以协助免疫细胞杀死入侵体内的病原微生物。但是由于ROS具有极高的反应活性，当病理状态下若大量生产，抗氧化剂系统不足以抗衡ROS的氧化作用，这可能会导致氧化失衡[4]。氧化应激通过各种机制损害各组织、细胞，最终导致机体发生病理学改变。因而，氧化应激可能是由于细胞或组织/器官内生理平衡发生改变，自由基产生增加或抗氧化剂降低所致。

2 氧化应激与牙周炎

牙周炎是一种主要由微生物引起的多因素感染性、炎症性破坏疾病，其进展的关键在于免疫反应的强弱以及宿主对微生物的易感性。多形核白细胞在牙周炎症早期的免疫防御中扮演着不可或缺的角色。一方面，多形核白细胞通过催化“呼吸爆发”途径，促进ROS的释放以抵御牙周病原体的侵害[5]。另一方面，当牙周组织处于炎症状态时，ROS可被视为一把牙周免疫防御系统的“双刃剑”。由于其大量产生而无法被抗氧化防御系统均衡，致使牙周组织受到氧化损害。因此，氧化应激可能参与了牙周组织破坏的病理过程。据ACQUIER等[6]报道，牙周组织损伤同ROS的表达量呈正相关。且不少研究在牙周炎患者中检测到抗氧化类物质的活性较低[7]，而氧化类物质活性较高[8]，这表明ROS促氧化物质的增加和或抗氧化能力降低都有可能导致牙周病。由于ROS非常活跃，使用寿命很短，因此很难通过测定ROS来定量氧化应激的程度。脂质、蛋白质和DNA是氧化应激主要的靶标。因此，这些分子常被用作测量牙周氧化应激时的相关标记物。

牙周炎与脂质氧化：脂质过氧化是由羟基自由基引发的，而其最终的主要产物是丙二醛(malondialdehyde，MDA)和4-羟基-2-壬烯醛(4-hydroxy-nonenal，HNE，4-HNE)。MDA在氧化应激时表达量会明显增加。研究结果表明，MDA脂质氧化物与临床牙周指标存在联系。与健康人群相比，牙周炎患者的MDA表达水平明显上调[9]，而通过牙周基础治疗则可以下调局部MDA的表达量[10]。这表明，牙周组织的炎症促进脂质过氧化。然而以上的结果仅局限于牙周或口腔局部。关于牙周炎症是否会影响全身的MDA水平，有部分研究结果是存在争议的。AKALΙN等[11]测量牙周炎人群的局部(龈沟液)和全身(血清)的脂质过氧化(MDA)水平，结果发现牙周炎症与全身MDA水平无直接相关性。然而也有研究发现，牙周炎可以促使全身MDA水平发生显著改变[12]。有学者认为，唾液中的MDA可能与牙周疾病的局部影响有关，而4-HNE可能与慢性牙周炎的全身影响有关[13]。但有关HNE与牙周炎的数据有限。以上所有数据表明，关于牙周炎MDA和HNE的局部和全身水平是否存在关联尚未明确。

牙周炎与DNA过氧化：8-羟基脱氧鸟苷(8-hydroxydeoxyguanosine，8-OHdG)是DNA氧化损害的敏感标识物。在先前的牙周炎动物性研究中，发现牙周炎大鼠模型中的8-OHdG水平显著升高[13]。后来的临床研究证实，这些表达升高的8-OHdG与牙周组织的临床参数密切相关[14]，而牙周治疗后则可以显著降低中8-OHdG的表达[15]。可见初始牙周治疗不但有助于清除菌斑生物膜，同时有利于机体重新恢复氧化平衡。此外，曾有研究报道，牙周病原体如放线菌和牙龈卟啉单胞菌与牙周组织的氧化应激水平相关[16]，后来进一步对唾液中的牙周病细菌和8-OHdG的水平检测发现，唾液中牙周病细菌和8-OHdG的水平存在关联性[17]，这表明牙周病原体可能通过上调氧化应激，加剧牙周组织的破坏。

牙周炎与蛋白质过氧化：ROS会引起蛋白质过氧化，其反应产物即羰基蛋白(protein carbonyl，PC)基团，会相对稳定地表达在损伤组织内。因而，该产物常被用来作为蛋白质氧化水平的标识物。有报道称，牙周炎症区域中蛋白质羰基化现象显著，且牙周健康不良与唾液中蛋白质羰基化合物浓度升高有关[18]。DEMKOVYCH等[19]实验型牙周炎模型揭示了牙周组织中炎症过程的蛋白质氧化变化，获得的事实数据证明，在实验性牙周炎形成的条件下，蛋白质过氧化物水平会显著增加。通过测定慢性牙周炎患者全身(血清)和局部(龈沟液)中的蛋白质羰基水平，结果发现与健康相比，牙周炎的全身性和局部的牙周蛋白羰基化均增加[20]。然而，BALTACIOGLU等[21]发现与牙周健康相比，仅在牙周区域中蛋白质羰基化有显著作用，牙周炎中全身PC的水平似乎没有明显变化。

根据以上发现，牙周炎与局部氧化应激存在关联性，但牙周区域的氧化应激水平是否与全身应激存在关联尚未明确。

3 氧化应激与糖尿病

糖尿病主要是一种以血糖代谢异常为特征的代谢紊乱性疾病，其引起的一系列代谢水平变化会导致氧化环境紊乱，进而导致患者出现多种并发症[22]。相比之下，胰岛β细胞氧化防御能力较其他组织更弱，更易受氧化环境的改变的影响。通过测量胰岛和其他组织的抗氧化酶的基因含量，有研究发现胰岛内相关基因的表达含量远低于其他组织[23]。氧化环境改变的后果是β细胞功能障碍、葡萄糖耐量降低和线粒体功能障碍等，最终可能加剧糖尿病病程的发展。这意味着在病理状态下，糖尿病病情的加剧可能归因于氧化应激诱发产生以组织破坏为特征的多种代谢紊乱。据报道，氧化应激在糖尿病病程中会逐渐增加，这可能会损害胰腺β细胞，引起胰岛素抵抗并降低胰岛素产生[24]。一项糖尿病动物模型的研究发现将β细胞系暴露于氧化应激环境后，胰岛素基因的启动子活性和表达会相应被抑制[25]，而使用抗氧化剂则使得胰岛素mRNA表达的增加[26]。这些数据表明氧化应激可以负向调控胰岛素的敏感性。

ROS(氧化应激)近年被证实在糖尿病以及相关并发症中起着关键作用。高葡萄糖水平可以刺激自由基的产生，并通过多种途径降低体内对ROS的清除率，从而导致了氧化应激状态[27-28]。相反，氧化应激和炎症可导致胰岛素的分泌功能降低[29]。高血糖相关的多种代谢途径，例如糖酵解、多元醇和高级糖基化终产物途径，已被确定参与到促氧化过程[30]。大量实验及临床研究发现，高血糖状态可导致脂质(丙二醛)和DNA氧化应激生物标志物的水平增加，而抗氧化酶类表达水平下降[31]，这进一步支持了氧化应激与糖尿病发病机理密切相关的观点。

以上表明，糖尿病与自由基形成增加和抗氧化能力降低即氧化应激有关。

4 氧化应激与糖尿病和牙周炎的关联性

牙周炎是循环氧化应激的诱发因素，且循环应激程度与牙周炎的严重程度正相关。由于ROS的损伤是非靶标特异性的，因而循环氧化应激可能对多个器官和系统具有氧化损伤。牙周炎能够改变血液的氧化生化指标，导致氧化性血液失衡即循环氧化应激，从而可能对全身健康造成潜在的损害[32]。最新的一篇报道使用大鼠模型阐明由牙周炎引起的肝损伤免疫机制，发现牙周炎组和对照组相比，循环氧化应激与肝脏的损伤存在相关性[33]。另外，已经发现，牙周炎及伴随系统性疾病如糖尿病患者的循环氧化应激指数明显上升，而同样通过基础牙周治疗能有效改善患有糖尿病伴发牙周炎患者的循环氧化失衡[34]。这些观察结果支持牙周炎可能通过增加血液氧化应激会引起或加剧系统性疾病如糖尿病损伤的可能性。

牙周炎已被确定为糖尿病的并发症。有调查研究证实，血糖控制不佳群体中牙周炎疾病严重程度较非高血糖人群明显更高，而牙周炎对糖尿病的病理发展有负面效应[35]。如前所述，糖尿病和牙周炎均可导致氧化应激水平增加。在牙周组织炎症状态下，机体ROS的过量产生或抗氧化水平的降低可能进一步加重糖尿病前期/糖尿病状态下的氧化失衡状态。而糖尿病患者长期的高血糖会引起晚期糖化物形成增加，这可能会损害细胞的抗氧化能力并增强NADPH氧化酶活性和ROS产生，导致牙周组织遭受直接和间接的氧化损伤。基于此，氧化应激现被推测是糖尿病同牙周炎相互作用机制中的关键所在[36]。相关动物学研究结果表明，糖尿病伴随牙周炎会加重局部和全身的氧化损伤，糖尿病循环氧化应激的增加会损害牙周组织[37]。此外，相关临床研究表明，牙周炎和糖尿病患者的局部或全身抗氧化酶的活性降低，而氧化损伤标志物升高[38]。纵虽如此，但氧化应激是否是糖尿病和牙周炎关联的直接或潜在的病理因素尚无明确的定论。

5 结语

氧化应激是多种病理条件下普遍存在的现象。牙周炎症亦或糖尿病代谢异常均会导致氧化应激，主要表现在脂质、蛋白质、DNA等过氧化物的表达量明显增加。通过减少这些氧化应激标志物的表达，改善体内的氧化应激状态，可能对牙周炎或糖尿病产生积极的影响。虽然，现有研究指示氧化应激有可能是糖尿病和牙周炎关联的共同病理机制。然而，氧化应激在二者疾病间的具体作用尚未明确。日后仍需要大量研究来证实氧化应激在牙周炎和糖尿病进展的具体作用。