Sylkeen erittyvä hiilihappoanhydraasi isoentsyymi VI poistaa happamuutta kiilteen pinnalla

Taustaa

Syljen happamuutta poistavien tekijöiden (puskurointikapasiteetti) on jo pitkään tiedetty ehkäisevän reikiintymistä. Tärkeimmät syljen happamuuden puskurointijärjestelmät perustuvat bikarbonaattiin, fosfaattiin ja proteiineihin. Ilmeinen mekanismi kariesta ehkäisevälle vaikutukselle on happamuuden poisto hampaan pinnalla ja siten hydroksiapatiitin liukenemisen vähentäminen. Tutkimusryhmämme on todennut aiemmin, että syljen alhainen hiilihappoanhydraasi isoentsyymi VI (CA VI) -pitoisuus on yhteydessä korkeaan DMFT-indeksiin. CA VI on ainoa erittyvä jäsen hiilihappoanhydraasien 16-jäsenisessä entsyymiperheessä, ja sitä erittyy korva- ja leuanalussylkirauhasista sekä kyynelrauhasista. Hiilihappoanhydraasit säätelevät elimistön happamuutta nopeuttamalla bikarbonaatin (HCO₃^-) edestakaista dehydraatioreaktiota: HCO₃^- + H⁺ <-> CO₂ + H₂O. CA VI ei kuitenkaan vaikuta syljen puskurikapasiteettiin tai happamuuteen.

Tutkimuksen tarkoitus

Tässä väitöstutkimuksessa selvitettiin CA VI:n kariesta ehkäisevän vaikutuksen mekanismia. Hypoteesina oli, että CA VI nopeuttaa paikallisesti happamuuden poistoa kiinnittymällä kiilteeseen ja nopeuttamalla siinä bikarbonaatin dehydraatioreaktiota. CA VI:n kiinnittymistä kiilteeseen selvitettiin immunokemiallisilla menetelmillä kun taas CA VI:n entsymaattista aktiivisuutta kiilteen pinnalla selvitettiin histokemiallisesti. Äidinmaidosta eristetyn CA VI:n dehydraatioreaktiota nopeuttavaa vaikutusta mitattiin pysäytetyn virtauksen spektrofotometrialla. Lisäksi väitöstutkimuksessa määritettiin immunokemiallisesti CA VI:n esiintymistä ihmisen ja rotan maidossa, kielen sylkirauhasissa sekä rotan alemmissa hengitysteissä.

Tulokset

CA VI:n todettiin kiinnittyvän kiilteeseen ja olevan siinä entsymaattisesti aktiivinen. Kiilteeseen kiinnittyi CA VI:ta pitoisuusriippuvaisesti, eli mitä suurempi sen pitoisuus oli kiillettä ympäröivässä nesteessä, sitä enemmän sitä kiinnittyi kiilteeseen. CA VI:n todettiin nopeuttavan bikarbonaatin dehydraatiota matalassakin bikarbonaattipitoisuudessa eli olosuhteissa, jotka vastaavat sylkeä ja maitoa. Dehydraation nopeutusta kuvaava spesifinen aktiivisuus oli muita hiilihappoanhydraaseja suurempi. CA VI:tta erittyi runsaasti maitorauhasista maitoon (35 mg/l) muutamana ensimmäisenä synnytyksenjälkeisenä päivänä, jolloin maidon CA VI -pitoisuus oli kahdeksan kertaa suurempi kuin syljessä ja tavanomaisessa äidinmaidossa (4,5 mg/l). Myös ihmisen kielen takaosan von Ebnerin sylkirauhasista erittyi CA VI:ta. Lisäksi sitä löytyi rotan makusilmuista sekä henkitorven ja keuhkojen proteiineja erittävistä soluista.

Johtopäätökset

Väitöstutkimuksen tulokset tukevat teoriaa, jonka mukaan CA VI kiinnittyy pitoisuusriippuvaisesti hampaan pintaan ja poistaa siinä paikallisesti biofilmin bakteerimetabolian tuottamaa happamuutta. Tulokset selittävät osittain, miksi joillakin huonosti hampaitaan hoitavilla henkilöillä on vain vähän kariesta. Pitää kuitenkin muistaa, että CA VI on suojaava tekijä. CA VI:n alhainen pitoisuus syljessä ei sinänsä aiheuta reikiä: jos potilaalla on hyvä suuhygienia tai suuri syljen puskurikapasiteetti, ei alhaisesta syljen CA VI -pitoisuudesta aiheudu suurentunutta kariesriskiä. Jatkossa väitöstutkimuksen löydöksiä voidaan soveltaa käytäntöön esimerkiksi lisäämällä CA VI:ta hammastahnoihin tai purskutteluliuoksiin.

Korkeat CA VI -pitoisuudet äidinmaidossa saattavat edistää vastasyntyneen ruuansulatuskanavan limakalvon kypsymistä, koska CA VI:lla on esitetty olevan kasvutekijäominaisuuksia. CA VI:n on todettu säilyttävän entsyymiaktiivisuutensa mahalaukun suuressa happamuudessa, joten sillä voi olla suolikanavassa myös happamuuden säätelyyn liittyviä tehtäviä. Makuaistinelinten läheisyydessä olevan CA VI:n rooli liittynee happamien makuärsykkeiden poistamiseen, koska von Ebnerin rauhasista erittyy sylkeä huuhtelutoiminnalle optimaalisesti makunystyjen pohjille. Sen sijaan CA VI:n merkitys alempien hengityselinten limakalvolla jää avoimeksi, koska niihin ei kohdistu sellaisia happoaltistuksia, joiden poistoon tarvittaisiin nopeutusta.

Carbonic anhydrase isoenzyme VI: distribution, catalytic properties and biological significance

Secretory carbonic anhydrase isoenzyme VI (CA VI) catalyzes the reversible dehydration of carbon dioxide (HCO₃^- + H⁺ <-> CO₂ + H₂O). Low concentrations of salivary CA VI are associated with high DMFT index scores and high incidence of acid injury in the upper gastrointestinal tract, plus lowered taste and smell perception.In the present study the distribution and catalytic properties of CA VI have been examined in order to further clarify its mechanisms of action and biological significance. CA VI was found in human enamel pellicle, mammary gland, lingual von Ebner's glands, and in rats' posterior lingual mucous glands and submucosal tracheobronchial glands. In addition, CA VI was found in rats' taste pores, taste buds and protein secreting cells of the lower airways. The mean concentration of CA VI in colostral milk was eight times higher than that in mature milk (35 mg/l vs. 4.5 mg/l). The dehydration activity of CA VI is highest of all carbonic anhydrases.The finding that CA VI is a potent catalyst of acid neutralization empha-sizes the possible role of the pellicle bound CA VI in local neutralization of the acidic metabolic products of e.g. biofilm bacteria.

OSAJULKAISUT

I Leinonen J, Kivelä J, Parkkila S, Parkkila AK, Rajaniemi H. Salivary carbonic anhydrase isoenzyme VI is located in the human enamel pellicle. Caries Res 1999; 33:185–90.

II Leinonen J, Parkkila S, Kaunisto K, Koivunen P, Rajaniemi H. Secretion of carbonic anhydrase isoenzyme VI (CA VI) from human and rat lingual serous von Ebner's glands. J Histochem Cytochem 2001; 49: 657–62.

III Karhumaa P, Leinonen J, Parkkila S, Kaunisto K, Rajaniemi H. The identification of secreted carbonic anhydrase VI as a constitutive glycoprotein of human and rat milk. Proc Natl Acad Sci USA 2001; 98: 11604–608.

IV Leinonen J, Saari K, Seppänen J, Myllylä H, Rajaniemi H. Immunohistochemical demonstration of carbonic anhydrase isoenzyme VI (CA VI) expression in rat lower airways and lung. J Histochem Cytochem 2004; 52: 1107–12.

Julkaisun osoite: http://herkules.oulu.fi/isbn9789514289903/isbn9789514289903.pdf