Biomarkkerit heijastavat parodontaali-infektion vakavuutta

Yleistä

Parodontiitti ja peri-implantiitti ovat kroonisia tulehdussairauksia hampaita ja implantteja ympäröivissä kiinnityskudoksissa. Bakteerien aineenvaihduntatuotteet, entsyymit ja toksiinit, sekä isännän oma puolustusvaste johtavat parodontiitin ja peri-implantiitin taudinkuvalle tyypilliseen kiinnityskudoksen resorboitumiseen ja tuhoutumiseen.

Laminiini-332 (Ln-332) on glykoproteiini, joka on tärkeä epiteelisolujen liitosten muodostuksessa. Tietyt matriksin metalloproteinaasit (MMP:t) pystyvät muokkaamaan Ln-332 ?2-ketjua pilkkomalla sitä 40 ja 70 kDa:n fragmenteiksi. Pilkkoutunut Ln-332 ?2-ketju stimuloi epiteelisolujen apikaalista migraatiota ja ientaskujen muodostumista sekä välittää tulehdusreaktioita säätelemällä solujen adheesiota ja houkuttelee leukosyyttejä paikalle. ?-defensiinit (hBD) ovat elimistössämme esiintyviä antimikrobiaalisia molekyylejä, jotka osallistuvat suuontelon ja ikenen epiteelissä puolustusreaktioon mikrobeja vastaan. MMP:t ovat elimistössämme esiintyviä katalyyttisiä entsyymejä, joiden esiintyvyys ja aktiivisuus ovat lisääntyneet puutteellisen säätelyn vuoksi eri tautitiloissa kuten parodontiitissa.

Tutkimuksen tavoitteina oli selvittää Ln-332 ?2-ketjun fragmenttien, hBD-1 ja -2, MMP-8^-/- sekä MMP-25 ja -26 esiintyminen, ilmentyminen ja aktiivisuus hampaiden kiinnityskudosten tulehduksen isäntävasteessa, tarkentaa MMP-8:n todellisia vaikutuksia elävässä elimistössä poistogeenisellä (MMP8-/-) hiirimallilla sekä syventää tietämystä elimistön oman puolustusvasteen roolista kroonisessa tulehduksessa. Hypoteesina oli em. molekyylien mahdollinen aktiivisuus parodontiitissa ja peri-implantiitissa sekä aktiivisuuden merkitys parodontiitin ja peri-implantiitin diagnostiikassa, isännän omassa puolustuksessa ja taudinkuvalle tyypillisessä kiinnityskudostuhossa.

Aineisto ja menetelmät

Tutkimusaineiston muodostivat terveet koe-henkilöt sekä gingiviittiä, aggressiivista ja kroonista parodontiittia sekä peri-implantiittia sairastavat potilaat. Parodontaalistatus tutkittiin kliinisesti mittaamalla ienverenvuototaipumus, ientaskujen syvyydet, kiinnitystaso sekä mittaamalla radiologinen kiinnityskato potilaiden ortopantomogrammeista. Ientasku- ja peri-implanttinestenäytteet kerättiin paperiliuskojen avulla ja ien/limakalvonäytteet otettiin leikkaamalla mahdollisimman pitkittäissuuntaiset leikkeet ientaskuista. Ln-332, MMP-8^-/-, -25, -26, hBD-1 ja -2 molekulaariset muodot ja esiintyminen suun nesteissä, ienkudoksessa ja tulehdussoluissa sekä mahdollinen pilkkoutuminen Porphyromonas gingivaliksen trypsiinin kaltaisen proteinaasin vaikutuksesta määritettiin käyttäen Western immunoblotting-menetelmää, immunohistokemiallisia ja -fluoresoivia värjäyksiä, RT-PCR:a sekä määrittämällä MMP-8:n aktiivisuus. Tulokset analysoitiin kvantitatiivisesti densitometrialla ja tietokoneella.

Villityypin ja MMP8^-/- hiirille aiheutettiin kokeellinen parodontiitti istuttamalla suuonteloon P. gingivalis-bakteeria. Leuoista mitattiin alveoliluukato ja tutkittiin eri proteiinien, entsyymien ja tulehduksen välittäjäaineiden aktiivisuus immunohistokemiallisesti. Hiirten seerumeista analysoitiin IgA- ja IgG-vasta-ainetasot P. gingivalikselle, seerumin LPS- ja lipoproteiinikokonaiskonsentraatiot sekä lipoproteiiniprofiilit.

Tulokset

Kroonista ja aggressiivista parodontiittia sairastavien ryhmissä Ln-332 ?2 hajoamistuotteiden tasot olivat koholla. Ln-332 ?2-ketjun säännölliset 40 ja 70 kDa:n fragmentit erosivat selvästi P. gingivalis-bakteerin trypsiinin kaltaisen proteinaasin muodostamista epäsäännöllisitä pienikokoisista fragmenteista. MMP-8:n esiintyvyys ja aktiivisuus oli kohonnut kroonista parodontiittia ja peri-implantiittia sairastavilla potilailla (p < 0.05). MMP-25:a esiintyi iennäytteissä lähinnä lymfosyyttilinjan soluissa, kun taas MMP-26:a esiintyi tyvikalvoalueella epiteelin alla. Sekä MMP-25 ja MMP-26 ilmentyi voimakkaammin tulehduksellisissa parodontiitti- ja peri-implantiittinäytteissä kuin terveissä näytteissä. hBD-1 ja hBD-2 esiintyivät perivaskulaarisesti verisuonien endoteelissa sekä hBD-1 joissakin mesenkymaalisissa soluissa, molempia ilmentyi voimakkaammin tulehduksellisissa parodontiitti- ja peri-implantiittinäytteissä kuin terveissä näytteissä. hBD-1:n ilmentyminen oli kauttaaltaan voimakkaampaa verrattuna hBD-2:een. P. gingivaliksen trypsiinin kaltaisen proteinaasin havaittiin pilkkovan hBD:a, mikä johtaa epiteelin heikentyneeseen puolustukseen.

MMP-8:n havaittiin estävän parodontiitin etenemistä. Hiirille aiheutetussa kokeellisessa parodontiitissa alveoliluukato oli suurempaa MMP8^-/- -hiirissä verrattuna villityypin hiiriin. Seerumin IgG ja LPS- kokonaiskonsentraatiot olivat korkeammat P. gingivaliksella infektoiduissa hiirissä verrattuna infektoimattomiin verrokkiryhmiin. Seerumin kolesteroli- ja triglyseridikonsentraatiot kasvoivat P. gingivalis -infektion myötä MMP8^-/- -hiirissä. Verrattuna villityypin hiiriin, sekä infektoiduissa että infektoimattomissa MMP8^-/- -hiirissä ApoA-I tasot olivat matalammat. MMP8^-/- -hiirten HDL- ja LDL- partikkelikoko oli pienempi verrattuna villityypin hiiriin. P. gingivalis-infektio aiheutti MMP8^-/- -hiirissä HDL/LDL partikkelikoon muutoksen suuremmaksi infektion jälkeen.

Johtopäätökset

Ln-332, MMP-8, -25, 26, hBD-1 ja -2 aktiivisuus ja ilmentyminen tulehtuneessa ientasku- ja peri-implanttinesteessä tai ienkudoksessa voimistuu tulehduksen vakavuuden myötä. Näiden molekyylien ja entsyymien kohonneet tasot ja aktiivisuus kuvastavat parodontaali- ja peri-implantti-infektioiden vakavuutta ja osallistuvat tulehduksen syntyyn ja etenemiseen toimien samalla tulehduksen biomarkkereina. MMP-8 toimii osittain suojaavana molekyylinä P. gingivaliksen aiheuttamassa paikallisessa ja systeemisessä tulehdusvasteessa. Totaalinen MMP-8 puutos johtaa lisääntyneeseen alveoliluukatoon sekä seerumin lipoproteiinien muutokseen ateroskleroottisempaan suuntaan. Parodontiitin hoidossa tulisikin keskittyä patologisesti kohonneiden MMP-8 tasojen alentamiseen lähelle normaalia, fysiologista tasoa, sen sijaan, että MMP-8:n tuotantoa ja toimintaa pyritään kokonaan estämään.

Biomarkers reflect the severity of parodontal infection

Tissue destruction associated with the progression of periodontal disease is caused by a cascade of host and microbial factors. Aberrant Ln-332, hBD, and MMP functions have been found in oral inflammatory diseases. The MMP-8 knock-out (MMP8^-/-) mouse model allowed us to clarify the involvement of MMP-8 in Porphyromonas gingivalis-induced periodontitis. Increased levels of Ln-332 fragment in GCF are strongly associated with the severity of inflammation in periodontitis. P. gingivalis trypsin-like proteinase can cleave an intact Ln-332 ?2-chain into smaller fragments and eventually promote the formation of periodontal pockets. hBDs are components of an innate mucosal defense against pathogenic microbes. P. gingivalis trypsin-like proteinase can degrade hBD, thus reducing the innate immune response. Increased levels and activation of Ln-332, MMP-8, -25, -26, hBD-1, and -2 in GCF, PISF, and inflamed gingival tissue are associated with the severity of periodontal/peri-implant inflammation.

MMP-8 significantly attenuated P. gingivalis induced site-specific loss of alveolar bone. Systemic changes in serum immunoglobulin and lipoprotein profiles were also evaluated. P. gingivalis induced periodontitis, especially in MMP-8^-/- mice, is associated with severe loss of alveolar bone and with systemic inflammatory and lipoprotein changes that are likely to be involved in early atherosclerosis.

Osajulkaisut:

I. Emingil G, Kuula H, Pirilä E, Atilla G, Sorsa T. Gingival crevicular fluid laminin-5 2-chain levels in periodontal disease. J Clin Periodontol 2006; 33: 462–8.

II. Emingil G, Kuula H, Sorsa T, Atilla G. Gingival crevicular fluid matrix metalloproteinase-25 and -26 levels in periodontal disease. J Periodontol 2006; 77: 664–71.

III. Xu L, Yu Z, Lee HM, Wolff MS, Golub LM, Sorsa T, Kuula H. Characteristics of collagenase-2 from gingival crevicular fluid and peri-implant sulcular fluid in periodontitis and peri-implantitis patients: pilot study. Acta Odont Scand 2008; 66: 219–24.

IV. Kuula H, Salo T, Pirilä E, Hagström J, Luomanen M, Gutierrez-Fernandes A, Romanos GE, Sorsa T. Human ?-defensin-1 and -2 and matrix metalloproteinase-25 and -26 expression in chronic and aggressive periodontitis and in peri-implantitis. Arch Oral Biol 2008; 53: 175–86.

V. Kuula H, Salo T, Pirilä E, Tuomainen AM, Jauhiainen M, Uitto V-J, Tjäderhane L, Pussinen PJ, Sorsa T. Local and systemic responses in matrix metalloproteinase 8-deficient mice during Porphyromonas gingivalis-induced periodontitis. Infect Immun 2009; 77: 850–9.

Julkaisun osoite: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-5603-1