《Journal of Functional Foods》：The role and potential mechanisms of prebiotics in periodontitis treatment: a review
3. 益生元概述
国际益生元和益生菌科学协会（ISAPP）将益生元定义为“一种被宿主微生物选择性利用并赋予健康益处的底物”，其作用部位不限于胃肠道，类型也不限于食物。广泛认可和研究的益生元主要是碳水化合物，如菊粉和低聚果糖（FOSs）。此外，多酚、不饱和脂肪酸和含氮化合物等非碳水化合物也具有益生元特性。根据聚合度和结构的差异，这些化合物可进一步细分。
4. 益生元治疗牙周炎的研究现状
大量研究表明益生元能有效治疗牙周炎，多项临床和动物研究已证实其积极效果。在临床人体试验中，益生元通常作为基础治疗的辅助口服给药以提高疗效；在动物实验中，则常通过灌胃方式加入饮食。研究表明，益生元可显著改善牙周探诊深度（PPD）、牙龈指数（GI）、探诊出血（BOP）等多种牙周临床指标，并促进牙周组织再生。它们能有效抑制与牙周炎相关的炎症因子水平和氧化应激状态，同时部分促进抗炎因子的产生，从而预防或改善牙槽骨吸收。此外，在合并糖尿病、系统性骨质疏松等疾病的牙周炎模型中，益生元还显示出跨疾病的治疗效果。
4.1. Β-葡聚糖用于预防和治疗牙周炎
最早用于治疗牙周炎的益生元之一是β-葡聚糖（BG）。多项体内实验证实，BG能剂量依赖性地改善牙周炎大鼠的牙周健康，有效抑制牙周炎及相关的牙槽骨丧失（ABL），降低模型动物血清或牙周组织中炎症因子和氧化应激标志物的水平，并提高关键抗炎因子白细胞介素-10（IL-10）的水平。BG在治疗合并糖尿病的牙周炎方面具有独特优势，具有跨疾病效应。一项涉及30名局限型侵袭性牙周炎患者的随机双盲对照试验显示，BG组多项牙周临床指标和基质金属蛋白酶-9（MMP-9）表达水平均显著低于安慰剂组。
4.2. 果聚糖用于治疗牙周炎
果聚糖是由果糖聚合形成的多糖，具有多种生理功能和益生元效应。其中，被ISAPP认可的果聚糖类益生元（如菊粉和低聚果糖）可选择性促进益生菌生长，改善牙周临床指标，并减少口腔病原体。一项针对170名接受非手术治疗牙周病患者的随机双盲对照试验表明，口服菊粉可减少异常探诊深度（PD）和BOP位点的数量，降低唾液中的炎症标志物和口腔病原体，并改善患者体重和身体质量指数（BMI）。另一项对20名牙周炎患者进行的随机口腔内对照试验发现，FOSs与布拉氏酵母菌的混合物显著降低了患者口腔中红色复合体微生物（包括牙龈卟啉单胞菌、齿垢密螺旋体和福赛坦氏菌）的丰度，并显著改善了菌斑指数（PI）、GI、PD和临床附着水平（CAL）等指标。
4.3. 精氨酸用于牙周炎治疗
精氨酸广泛用于口腔护理产品。与常规配方相比，含精氨酸的产品显示出更优的菌斑去除和抗炎效果。一项随机对照临床试验表明，含双锌和精氨酸（DZA）的牙膏能显著降低牙龈炎患者的牙龈炎症和龈上菌斑水平。使用L-精氨酸作为基础治疗辅助的研究也发现，L-精氨酸组在PD和BOP方面的改善优于对照组。此外，L-精氨酸修饰的介孔生物活性玻璃能有效抑制炎症诱导的组织破坏并促进牙槽骨再生，表明精氨酸增强的生物材料有助于组织再生和治疗牙周炎。
4.4. 其他用于预防和治疗牙周炎的潜在益生元
硝酸盐和多酚类化合物（POHs）是潜在的益生元，在牙周炎防治中展现出良好应用前景。研究显示，补充硝酸盐能促进牙周炎动物模型的牙槽骨再生，且无论动物是否伴有系统性骨质疏松，该治疗效果均显著。姜黄素、槲皮素等多酚类化合物在体外和体内牙周炎模型中得到了广泛研究，多项临床研究证实其疗效与传统牙周药物（如奥硝唑和氯己定）相当甚至更优，能显著抑制牙周病原体、减轻炎症严重程度并改善牙周临床指标。
5. 益生元治疗牙周炎的潜在机制
5.1. 通过调节口腔微生物组成和抑制牙菌斑生物膜形成促进牙周健康
口腔微生物平衡维持口腔健康，一旦平衡被打破，可能导致牙周炎。恢复微生物平衡是治疗牙周炎的新策略。益生元通过双重优势克服障碍：选择性促进有益菌定植，同时抑制病原体生长，快速重塑口腔微生物群；并通过干扰细菌胞外多糖合成或降解已形成的生物膜基质来破坏生物膜和/或抑制生物膜形成。
5.1.1. 调节口腔微生物群平衡
不同类型的益生元促进特定的益生菌菌株。菊粉可选择性促进乳杆菌和双歧杆菌的生长。体外实验发现，菊粉与益生菌的合生元组合能增加乳杆菌和双歧杆菌益生菌种的相对丰度，同时减少几种牙周病原体的相对丰度，效果优于单独补充益生菌。富含BG和甘露寡糖（MOS）的酵母细胞壁衍生物能显著降低牙周炎患者牙菌斑的生物膜细菌密度，改变细菌群落组成，增加有益链球菌物种，减少病原体福赛坦氏菌的丰度，并增加生物膜内的物种多样性。甘油能促进罗伊氏乳杆菌对牙龈卟啉单胞菌等牙周病原体的拮抗活性。补充甘油的合生元组合的抗菌潜力优于单独使用罗伊氏乳杆菌。精氨酸作为精氨酸脱亚胺酶系统（ADS）的底物，促进ADS阳性（ADS+）细菌（包括变形链球菌）的持续存在，同时抑制口腔病原体。多项临床研究证实，富含精氨酸的牙膏能调节口腔微生物群，选择性促进变形链球菌生长，同时减少致龋菌和牙周炎致病菌的丰度和比例。硝酸盐补充显著增加了与口腔健康相关的硝酸盐还原菌（NRB，如奈瑟菌属和Roethelscheria属）的水平，同时显著降低了与口臭和牙周炎相关的菌属（包括卟啉单胞菌属、梭杆菌属、黄杆菌属、普雷沃菌属和副普雷沃菌属）的水平。硝酸盐和精氨酸调节口腔pH值的能力可能是其调节口腔微生物平衡的机制之一。
5.1.2. 破坏牙菌斑生物膜
某些益生元不仅能调节口腔微生物组成，还能抑制生物膜形成或破坏生物膜结构。精氨酸能以多种方式影响生物膜，如下调胞外多糖（EPS）合成相关基因的表达、破坏EPS葡聚糖间的氢键相互作用、改变菌斑生物膜的三维结构等。硝酸盐也表现出抗生物膜活性，能显著减少生物膜内的微生物数量并抑制生物膜的初始形成。β-葡聚糖和甘露寡糖则通过阻断粘附位点或改变表面特性来防止细菌的初始表面粘附，并直接参与细菌聚集，与细菌和生物膜竞争结合。
5.2. 调节免疫反应
牙周炎的进展与宿主免疫炎症反应相关。益生元可以直接或间接调节宿主免疫反应，从而有助于控制牙周炎。
5.2.1. 益生元间接调节宿主免疫炎症反应
逆转菌群失调和增加短链脂肪酸（SCFAs）的产生可能是益生元间接调节宿主免疫反应的机制。益生元补充可以逆转菌群失调，从而对失调引起的免疫过度活化和炎症产生有益影响。同时，作为益生菌代谢的底物，益生元补充增加了SCFAs的产生。SCFAs通过抑制组蛋白去乙酰化酶（HDAC）和激活各种免疫细胞中的G蛋白偶联受体（GPR）信号通路，有助于减轻牙周炎症。
5.2.2. 益生元直接调节宿主免疫炎症反应
β-葡聚糖和甘露寡糖对调节宿主免疫功能有直接作用。BG可与多种免疫细胞上的dectin-1结合，强力促进关键抗炎因子IL-10的产生，从而减轻局部炎症。实验证明，全身或局部给予BG能降低牙周炎动物模型局部和全身的促炎因子水平，同时增加IL-10水平，这是减少牙槽骨丧失的潜在机制。此外，BG还能通过诱导训练免疫（TI）促进巨噬细胞对脂多糖（LPS）诱导的细胞因子（如肿瘤坏死因子-α[TNF-α]和白细胞介素-β[IL-1β]）的处理。BG还能增强巨噬细胞对LPS反应分泌细胞因子（如TNF-α、IL-1β和IL-6）的能力，同时通过下调NOD2/RIPK2信号通路抑制破骨细胞分化。BG可以与各种免疫细胞表面的受体结合，增加其免疫活性，使其能够快速迁移到感染部位，从而减少病原体入侵。MOS可作为C型凝集素受体（CLR，如甘露糖受体[MR]、Dectin-2、Toll样受体-2[TLR-2]）的配体，结合后激活并增强树突状细胞和巨噬细胞等免疫细胞的病原体识别能力，从而加强机体对病原体的防御。
5.3. 改善代谢健康
全身性代谢问题与牙周炎相关，异常的血糖和血脂水平以及糖尿病会加剧牙周炎的进展。因此，纠正全身代谢紊乱是治疗牙周炎的重要前提。
5.3.1. 益生元改善宿主代谢
益生元可以通过纠正宿主代谢异常（如改善胰岛素敏感性、减少脂肪、降低血糖和血脂水平）间接减轻牙周组织的炎症和破坏，促进牙周健康。首先，益生元选择性促进与肥胖等代谢紊乱相关的益生菌生长，并增加SCFAs的产生以提高全身代谢。SCFAs通过激活GPR和抑制HDAC机制改善代谢健康，同时增强胰岛素敏感性，改善葡萄糖代谢，并抑制肝脏脂肪生成酶活性，降低血脂水平。其次，益生元可以减少营养物质的摄入和利用，从而控制血糖和血脂水平，减少肥胖。此外，某些益生元可以保护或修复代谢相关细胞。
5.3.2. 益生元介导的代谢改善在牙周炎中的实验证据
广泛的研究表明益生元可以同时改善代谢状态和牙周炎。一项随机对照试验发现，由抗性淀粉和瓜尔胶组成的高纤维饮食能治疗实验性牙周炎并改善小鼠的体重、血糖和血脂等代谢变化。高纤维饮食的小鼠口腔物种多样性更高，且体重、全身脂肪量、空腹血糖水平和全身血浆促炎细胞因子水平显著低于低纤维组。另一项随机双盲对照试验显示，在牙周治疗中补充口服益生元菊粉改善了包括探诊深度和出血位点在内的多项临床指标，同时协同增强了非手术治疗的效果，并降低了牙周炎患者的体重和BMI，从而改善了他们的代谢状态。一项针对2型糖尿病伴牙周病患者的双盲随机临床试验表明，含多菌种益生菌胶囊和低聚果糖的合生元制剂除了改善牙周临床参数外，在空腹血糖（FBG）和糖化血红蛋白（HbA1c）方面的改善也优于对照组。对BG的研究也表明，其对糖尿病牙周炎大鼠的改善具有剂量依赖性，并能降低糖尿病大鼠（无论是否伴有牙周炎）的极低密度脂蛋白胆固醇（VLDL-C）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平，表明改善了糖尿病大鼠的脂质代谢。一系列通过灌胃给予BG治疗糖尿病合并牙周炎大鼠的研究证实，BG能有效控制和缓解牙周炎，同时降低糖尿病动物的血糖、胆固醇和甘油三酯水平，增强胰岛素分泌和胰腺β细胞功能，无论是否存在牙周炎都能改善代谢。
5.4. 硝酸盐-亚硝酸盐-一氧化氮循环通路在牙周炎中的作用
硝酸盐作为一种口腔益生元，直接参与硝酸盐-亚硝酸盐-一氧化氮（NO）代谢循环通路（NO3-NO2-NO）。在此过程中，硝酸盐通过多种方式促进牙周健康。
硝酸盐通过改善牙周局部血液循环来促进牙周健康。局部牙周施用硝酸盐可增加区域一氧化氮浓度，改善微循环，增强局部抵抗力，减轻或预防牙周炎症。硝酸盐还能通过调节骨代谢对牙周炎产生有益影响。硝酸盐通过激活EGFR/AKT/ERK和mTOR/S6K信号通路促进骨髓间充质干细胞（BMSCs）的增殖和成骨分化。此外，NO通过激活NO-sGC-cGMP-PKG信号通路促进成骨细胞增殖和分化，同时抑制破骨细胞活性，从而增加骨形成并减少骨吸收。临床研究表明，补充硝酸盐能有效改善绝经后妇女的骨密度。硝酸盐还能调节口腔微生物平衡，并减少口腔中的致病菌。3-NO2-NO metabolic cycling pathway in treating periodontitis.">
5.5. 通过抗氧化应激反应促进牙周健康
氧化应激是指活性氧（ROS）等自由基由于产生和清除失衡而积累，从而损害细胞和组织的病理状态。益生元可以通过调节肠道菌群和促进SCFAs的产生间接调节氧化应激。而像BG和POHs这样的化合物，由于其独特的化学结构而具有抗氧化能力。
5.5.1. 益生元间接抗氧化应激作用的机制
益生元促进肠道中益生菌的生长，增加SCFAs的产生，从而间接调节宿主的氧化应激。补充各种肠道益生菌可以调节超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）和过氧化氢酶（CAT）等氧化应激相关酶的活性，从而改善宿主的氧化应激。此外，SCFAs，特别是丁酸盐，表现出强大的全身抗氧化作用，并能促进谷胱甘肽S-转移酶的转录，这是一种参与减轻氧化应激的关键酶。
5.5.2. 益生元直接抗氧化应激保护的机制
β-葡聚糖分子的羟基（-OH）可以与体内的自由基反应，从而清除羟基自由基（·OH）和超氧阴离子自由基（O2-）等物质。研究还发现，BG治疗在减少牙槽骨丧失的同时，降低了牙周组织中环氧合酶-2（COX-2）基因的表达，并有效降低了牙龈组织中髓过氧化物酶（MPO）、诱导型一氧化氮合酶（iNOS）活性和丙二醛（MDA）的水平，反映出牙周组织氧化应激的降低。
多酚类物质，如姜黄素、槲皮素和儿茶素，是有效的抗氧化剂。多酚的抗氧化能力取决于其独特的化学结构。首先，多酚中丰富的酚羟基（ArOH）可以向过氧自由基（ROO）提供氢原子或电子，将其转化为稳定的氢过氧化物（ROOH）。其次，多酚可以通过螯合参与自由基生成的微量金属来抑制ROS的形成。此外，多酚还能通过激活Keap1-Nrf2-ARE信号通路来减少氧化应激。
多种多酚已被广泛用于治疗牙周炎，改善全身和/或局部牙周氧化应激，减少促炎因子的产生和组织破坏，阻止牙周疾病的进展。
5.6. 通过口腔-肠道通路促进牙周健康
口腔和肠道微生物组在解剖学上相互连接，并通过口腔-肠道微生物轴进行交流。肠道菌群失调会加剧牙周炎，并可以通过针对肠道生态系统的干预来解决。因此，益生元可能通过调节肠道微生物群和增加肠道中的SCFAs水平来治疗牙周炎。
5.6.1. 益生元调节肠道微生物群
许多研究表明，益生元和合生元组合促进胃肠道中有益细菌的生长、代谢和调节，从而平衡微生物群。例如，菊粉和低聚果糖选择性刺激肠道中双歧杆菌和乳杆菌的生长。BG主要促进双歧杆菌等肠道菌群的生长，同时抑制有害肠道细菌的增殖，从而调节肠道微生物群的组成。肠道中的某些益生菌，如双歧杆菌和乳杆菌，可以治疗牙周炎并拮抗口腔中的牙周病原体。一项随机双盲对照试验表明，口服益生元菊粉不仅减少了牙周相关病原体，协同增强了非手术治疗对牙周病的积极效果，还有助于牙周炎患者减轻体重和降低MBI。另一项对照试验发现，喂食含半乳寡糖（GOS）糖浆的狗肠道健康得到改善，同时牙菌斑中N-苯甲酰-DL-精氨酸肽酶（BAPAse）的活性显著降低，该酶由牙龈卟啉单胞菌、齿垢密螺旋体、福赛坦氏菌和荧光假单胞菌特异性产生。这些研究表明，益生元可以通过调节胃肠道微生物平衡，对口腔微生物群产生有益影响，从而促进牙周健康。
5.6.2. 通过增加肠道SCFAs水平促进牙周健康
益生元通过增加厌氧菌厌氧发酵产生的SCFAs数量来促进牙周健康。SCFAs通过免疫调节、代谢调节和抗氧化作用等机制发挥有益作用。益生元可能通过促进SCFAs的这些全身效应来促进牙周健康。
口腔微生物也可以通过类似途径产生SCFAs，对牙周健康产生不利影响。牙龈卟啉单胞菌代谢产生的SCFAs可作为中性粒细胞特异性趋化因子加剧炎症。研究发现牙周炎患者龈沟液中的SCFAs浓度显著高于健康个体，且SCFAs对牙周炎风险具有预测价值。有观点认为，虽然丁酸盐在肠道中促进骨形成，但在牙周局部却加速牙槽骨吸收。总而言之，SCFAs，特别是丁酸盐，会促进牙周炎的发生和进展。SCFAs对牙周健康具有双刃剑效应。因此，当使用益生元或合生元治疗牙周炎时，通过口腔-肠道通路进行全身给药可以有效减轻SCFAs在牙周炎中的不利影响，同时利用其多种生物学益处。然而，SCFAs在口腔环境中对牙周健康的有害影响并不完全否定局部施用益生元治疗牙周炎的潜力。一些研究发现，局部递送的益生元/合生元配方在牙周炎治疗中也产生了良好的结果，所产生的SCFAs并未抵消整体益处。此外，不同微生物代谢不同底物产生的SCFAs在组成和总量上存在差异。现有的体外菌斑模型表明，β-葡聚糖降低了牙周炎患者菌斑中SCFAs的总水平，其中2-甲基丁酸和戊酸显著减少，乙酸和丁酸略有降低。而硝酸盐则完全绕过SCFAs途径，它们被NRB还原为亚硝酸盐和NO，同时有能力中和口腔细菌的酸性代谢副产物。相比之下，其他益生元在口腔环境中的实时SCFAs产量、种类和比例尚未直接测量，它们在局部牙周环境中是否达到“破坏阈值”尚不清楚。因此，建立牙周炎龈下微生物群的“底物-SCFA谱”数据库将有助于选择SCFAs途径低或无的益生元/合生元组合，在保留微生物益处的同时降低局部SCFAs浓度升高的风险。
6. 益生元的安全性
尽管益生元通常被认为是安全的膳食补充剂，但在临床使用前评估其安全性和耐受性仍然是必要步骤。本综述讨论的主要益生元在特定条件下可能存在一定的安全问题，主要与胃肠道耐受性和代谢副产物的潜在毒性有关。
6.1. 菊粉和低聚果糖的胃肠道反应
菊粉和低聚果糖等可发酵膳食纤维最常见的副作用与剂量相关。高摄入量时，它们可能在结肠中被肠道微生物群快速发酵，产生大量气体，导致腹胀、肠胃气胀、腹部绞痛和腹泻。证据表明，健康成年人通常能良好耐受每日≤15克的低聚果糖，但当摄入量增加到每日30克时，腹泻等胃肠道症状的发生率显著上升。对于牙周炎患者，益生元补充剂（尤其是高剂量）引起的持续胃肠道不适可能会降低对长期口腔护理方案或辅助治疗的依从性。因此，临床实践建议从低剂量（例如每日5-10克）开始，并强调通过富含菊粉和低聚果糖的天然食物（例如菊苣、洋蓟、洋葱）进行补充，以支持肠道微生物群的逐步适应。
6.2. 硝酸盐的潜在毒性风险
硝酸盐本身毒性较低，但其安全风险与在口腔和胃肠道中被细菌还原为亚硝酸盐有关。亚硝酸盐具有急性毒性，可导致高铁血红蛋白血症，成人毒性剂量估计约为0.3-0.5克。更重要的是，亚硝酸盐在一定条件下可能产生致癌的亚硝胺。尽管在均衡饮食中膳食硝酸盐风险极小，但对于牙周炎患者进行有针对性的长期高剂量补充，其安全性证据仍然有限。未来的研究应阐明局部应用和全身补充之间的差异，并评估长期使用中亚硝酸盐及其下游产物的蓄积风险。
6.3. 其他益生元的安全性
相比之下，BG、精氨酸和多酚类物质显示出更良好的安全性。作为膳食纤维成分，BG不良反应发生率较低。L-精氨酸在推荐剂量下通常是安全的，但过量摄入动物来源的L-精氨酸可能促进代谢综合征（MetS）的发展。多酚类物质广泛存在于植物性食品中，常规食用被认为是安全的。然而，高纯度补充剂可能会带来某些风险，包括抑制铁吸收和消化酶活性，以及与药物的相互作用。
临床医生和研究人员在设计和推荐益生元干预方案时应仔细考虑可能的副作用和代谢转化风险。鼓励未来的临床研究常规评估安全性终点（如胃肠道症状、血液生化标志物），并研究优化的剂量、配方和给药方案，以在提供治疗益处的同时限制不良反应。通过仔细的风险效益评估，益生元有望更安全、更有效地纳入牙周炎综合管理策略。
7. 结论与未来展望
食品级益生元在多项临床和动物研究中已显示出显著的牙周益处。其功效并非源于单一机制，而是源于一种综合的多靶点治疗策略，包括重塑口腔微生物群平衡、破坏生物膜、调节免疫、对抗氧化应激、优化代谢以及连接肠道-口腔轴。本综述提出的“多靶点”模型不仅概述了不同益生元类别共有和特定的作用途径，还为设计未来具有复合终点（同时监测微生物群、炎症、代谢和氧化标志物）的精准试验提供了一个可操作的框架。
由于益生元兼具明确的功效和多种机制，它们代表了一种具有系统性干预潜力的新一代牙周治疗策略和可复制的营养干预手段。
为了进一步探索益生元治疗牙周炎并产生可复制临床效益的潜力，未来的研究应沿着三个主要方向推进。在机制层面，未来研究需要进行大样本、长期、跨物种的梯度实验，以探索潜在的因果关系。第二，在递送层面，为了充分发挥益生元调节口腔微环境和对抗生物膜的潜力，同时克服口腔中的机械冲刷，迫切需要开发用于益生元局部持续和控释的载体。此外，必须评估其在口香糖和酸奶等食品基质中的加工稳定性和生物利用度，以实现对菌斑生物膜的持续干预。再者，在配方层面，由于益生元可以特异性促进益生菌定植，系统筛选和验证高效的“益生元+益生菌”合生元组合以实现协同增效作用，将是提高治疗效果的关键步骤。通过对机制、递送和配方的协同优化，益生元有望从实验模型转变为标准化、可负担的“营养-口腔”联合干预产品。这种方法不仅为牙周炎的长期日常饮食健康管理开辟了新途径，也为牙科医生提供了局部缓释或口腔辅助治疗的新选择。同时，它为患者提供了一种将益生元纳入家庭口腔护理的新型维护策略，实现了涵盖临床、饮食和家庭护理的牙周健康综合三方管理。
