Диссертация (Мониторинг формирования микробной биопленки и оптимизация диагностики воспалительных заболеваний пародонта), страница 7

nucleatum собразованием биопленки происходил при pH 8,2, что может быть указанием на31измененную потребность в заборе различных растворов из микросреды,имеющейся в биопленке [170].Большинство исследований, в которых изучалось влияние щелочной средына пародонтопатогены, были выполнены с F. nucleatum. Тем не менее до 50%генов, регулируемых уровнем щелочной pH и кодирующих мембранныепротеины клеток F. nucleatum, могли быть приобретены через горизонтальныйперенос генов.

Кроме того, аналогичные протеины также обнаружены у другихпародонтопатогенов, таких как P. gingivalis и Treponema denticola [483].Важную роль в формировании микробиоценоза и биопленки пародонтаиграют железо и гемины.Поскольку свободное железо катализирует образование токсичныхсвободных радикалов из H2O2, а они важны для функционирования какорганизма хозяина, так и патогенных бактерий, у человека развились сложныепути ограничения доступности свободных радикалов [412]. Таким образом, всреде, окружающей потенциальных колонизаторов, когда они попадают вчеловеческий организм, концентрация свободного железа близка к оптимальной.Бóльшая часть железа организма хозяина связана железосвязывающимипротеинами, такими как трансферрин, ферритин, лактоферрин и гемоглобин,которые содержат в себе гемин или гем.

Тем не менее в условияхпрогрессирующего пародонтита ситуация может изменяться. Выдвинутагипотеза о том, что концентрация гемина может повышаться из-за увеличенияконцентрации гемоглобина, вытекающего из сосудистых язвочек десневогокармана. Показано, что P. gingivalis, T. denticola и A. actinomycetemcomitansэкспрессируют гемин-связывающие протеины на своих поверхностях, которыеспособствуют их коагрегации [260, 424, 394, 473]. Это может облегчить захватжелеза в условиях ограниченной концентрации свободного железа. Более того,гемин может также непосредственно регулировать болезнетворность P.gingivalis [115].32Хелирование железа (образование полимерного комплекса, например, сзамыканием цепи в кольцо) у A. actinomycetemcomitans повышает экспрессиюгенов, связанных с внеклеточным полимерным матриксом (ген pgaC),фимбриальными протеинами (ген tadV) и ЛПС (ген rmlB), что также ведет кусиленному образованию биопленок [121].

Наиболее вероятно, что влияниеограниченных концентраций железа у бактерии A. actinomycetemcomitansопосредуется небольшими регуляторными РНК (sРНК), хотя гены, на которыенацелены эти sРНК, еще не идентифицированы [120].Наиболее изученным (с точки зрения потребности в железе и его влиянии нажизнедеятельность) пародонтопатогеном, вероятно, является P. gingivalis.Ограничение концентрации железа является важным фактором роста и причинойокислительного стресса [314] и повышения экспрессии генов, участвующих взахвате железа. Оно также ингибирует гены P. gingivalis, связанные с запасаниемжелеза, а также ответ на окислительный стресс [314]. Более того, ограничениеконцентрации железа и гемина может также провоцировать повышенноеобразование биопленок и вторжение одиночных бактерий в клетки организмахозяина [314], повышение секреции везикул и выработки протеаз P.

gingivalis[428]. Потенциальным фактором болезнетворности P. gingivalis, регулируемымгемином, является ЛПС, а более точно — его липидом А [115]. Форма липида АP. gingivalis, являющаяся антагонистом Toll-подобного рецептора (TLR)-4,продуцируется в условиях высоких концентраций гемина, в то время как принизких концентрациях гемина широко распространенная форма липида Аявляется агонистом TLR4; это указывает на то, что бактерия P.

gingivalis можетизменять ответ организма хозяина при вариабельности концентраций гемина всвоей микросреде [115, 458]. Аналогичные данные по экспрессии геновответственных за формирование биопленки выявлены у P. intermedia [261, 474].Хотя известно, что различные виды бактерий реагируют на связанные сострессами гормоны адреналин и норадреналин, молекулярные механизмыраспознавания получили детальное объяснение [274], тем не менее реакциипародонтопатогеновизученыслабо.Висследовании—овлиянии33катехоламинов, адреналина и норадреналина на пародонтопатогены —сообщалось как о негативных, так и о позитивных эффектах на рост планктонныхбактерий[395].Темнеменееобакатехоламинаподавляютростпародонтопатогенов «красного комплекса» [431] P.

gingivalis и T. forsythia,серотипы a и b A. Actinomycetemcomitans, а также F. nucleatum [395]. Такимобразом, авторы подчеркивают важную роль негативных влияний на ростбактерий и выдвигают гипотезу, согласно которой эти виды могут использоватькатехоламины для усиления экспрессии гена вирулентности [395]. T. Saito и др.[403] продемонстрировали, что подавление роста бактерии P. gingivalisнорадреналиномсопровождаетсяусиленнойвыработкойсвязаннойсвирулентностью протеазы арг-гингипаином В и ингибированием генов,кодирующих протеины, связанных с биосинтезом полисахаридов.Наиболее значительный рост уровней женских половых гормонов —эстрогена и прогестерона — возникает во время беременности [333]. Хотягингивит беременных в настоящее время относят к классу «индуцированныхзубным налетом десневых заболеваний, модифицированных эндокриннойсистемой» [126], всё еще бурно обсуждается роль влияния гормональныхуровней на прогрессирование гингивита во время беременности [213, 240, 285].По-видимому, даже несмотря на то, что во время беременности воспаление десенможетпроисходитьпротивоположныеинтенсивнее,реакциивсамитканяхгормоныпародонта,могутвызыватьвключаяснижениевоспалительных процессов [308, 325, 397, 425] и изменения в составеподдесневой биопленки [162, 282, 391].

Более того, некоторые грамнегативныепародонтальные патогены, такие как Prevotella melaninogenica, P. intermedia и P.Gingivalis, способны захватывать эстрадиол и прогестерон, которые бактериирода Prevotella могут использовать как фактор роста вместо витамина К [302].Тем не менее оказывают ли эти гормоны влияние на образование биопленки и навирулентность пародонтопатогенов, до сих пор не известно.Патогенез, индуцируемый биопленкой, и последующее прогрессирующеезаболевание пародонта не ограничиваются ротовой полостью, но могут34прогрессировать и давать системные осложнения [377].

Прогрессирующаябактериальная инфекция может вызвать низкоуровневый сепсис. Кроме того,хроническое воспаление в тканях пародонта, может индуцировать выделениевызывающих воспаление цитокинов, IL-1β и TNF-α и стать причиной ихпопадания в системный кровоток [275, 388].При повышенных количествах этих цитокинов происходят изменения влипидном метаболизме, что приводит к повышению уровней циркулирующихлипопротеинов низкой плотности (LDL) и триглицеридов (TG) [404].

Этиизменения в липидном метаболизме вызываются:а) выработкой различных цитокинов;б) изменениями в динамике кровотока;в)модификациейгипоталамной/гипофизарной/адреналовой(надпочечной) оси, что приводит к выбросу гормонов, участвующих в липидномметаболизме,вчастностиадренокортикотропногогормона,кортизона,адреналина, норэпинефрина и глюкагона [278].Следовательно,когдаповышаетсяколичествоIL-1βиTNF-α,потенциально из-за хронического пародонтита, результатом может статьизмененный липидный метаболизм. Тем не менее на этом процесс незаканчивается. Может возникнуть диабет 1 типа из-за повышенных уровнейгормона IL-1β, заставляющего протеин киназу С инициировать механическоеразрушение панкреатических островковых β-клеток по типу апоптоза.

Помиморазрушения β-клеток из-за активации PKC, IL-1β способен повысить уровеньокиси азота и истощить запасы энергии в этих клетках [427].Аналогично, TNF-α индуцирует резистентность к инсулину и диабет 2 типапутем изменения активности тирозинкиназы, опосредованной рецептороминсулина. Другими механизмами являются сокращение инсулин-зависимогосинтеза переносчика глюкозы и влияние на развитие зависимой от макрофаговцитотоксичности панкреатических островков [347].35Этообъясняетлитературныеданныеосинергизменарушениямикробиоценоза полости рта и иммунных процессов при диабете, сочетанном спародонтитом [12, 67].Ответ организма хозяина играет роль на местном уровне: произойдет лиобострение заболевания в ротовой полости, будет ли оно прогрессировать иперейдет ли в хроническую форму [49, 50, 57, 65]. Также важно, чтопотенциальные остаточные явления этого процесса переносятся тяжелее.

Дляпациентов, уже заболевших диабетом или предрасположенных к нему, любойместный воспалительный процесс может тяжело отразиться на качестве жизни[476].Развитие воспаления в тканях пародонта сопряжено с окислительнымстрессом и образованием активных форм кислорода.Выделение активных форм кислорода (АФК) организмом хозяина (какчастьегозащитногомеханизма)опосредованопервоначальнымиколонизаторами — стрептококками, организованными в биопленки, чтоиндуцирует окислительный стресс для других бактерий и особенно упредставителей анаэробных видов в составе сообщества, что ведет к их гибели вслучае недостаточности протективных механизмов.

Анаэробные бактериираспознают АФК с помощью регуляторов транскрипции, таких как OxyR, PerRиOhrR.ДлянейтрализациитоксичногодействияАФКбактериямивырабатываются пероксиддисмутазы, алкил-гидропероксид-редуктазы (AhpC) икаталазы [158, 277].В бактериальном сообществе пародонтальной биопленки важную рольиграет F. nucleatum, выступающая посредником между другими колонизаторами(появившимися на ранних этапах стрептококками и обосновавшимися позднееанаэробнымипародонтопатогенами).F.nucleatum,какпромежуточныйколонизатор, по-видимому, способствует выживанию других анаэробныхбактерий в биопленке [151].

Хотя F. nucleatum является облигатным анаэробом,она может адаптироваться к окислительному стрессу в биопленке и дажеувеличить свою численность в аэробных условиях всего лишь за 2 дня [241, 426].36На ответ F. nucleatum при окислительном стрессе, по-видимому, влияет AhpCредокс система [435]. Более того, окислительный стресс также влияет науглеводный обмен веществ у F.

nucleatum, модифицируя или повышаямежклеточные концентрации расщепляющих глюкозу энзимов, и тем самымснижает выработку ATФ. Повышение содержания шаперонов (белков тепловогошока) ClpB и DnaK, протеина теплового шока HtpG и белка-репрессоратранскрипции HrcA у бактерий F. nucleatum в условиях окислительного стресса,по-видимому, направлено на уменьшение вредоносного воздействия АФК [435].Кроме того, пародонтопатогены развили и другие формы адаптации кокислительному стрессу. Например, P. gingivalis при оксидативном стрессевырабатывает супероксиддисмутазу, AhpC, рубреритрин (rbr), протеинытеплового шока (HtpG) и шапероны GroEL и DnaK [364]. Аналогично,повышенныетемпературы,сопутствующиевоспалению,увеличиваютэкспрессию супероксиддисмутазы P. gingivalis [117].

Помимо всего прочего, у P.gingivalis под действием окислительного стресса наблюдалось изменениеэкспрессии нескольких генов с неизвестными функциями [339].Очевидно, что различные факторы окружающей среды, отличные от тех,которые жестко связаны с воспалительным ответом организма хозяина, могутменяться по мере прогрессирования пародонтита. Среди них можно назвать,например, pH, железо и гемин и наличие различных гормонов организмахозяина.

Все эти факторы могут распознаваться, по крайней мере, некоторымииз пародонтопатогенов, хотя исследований на молекулярном уровне проведенонемного, и сведения скудны.Тем не менее полученные результаты предполагают, что у некоторых видовповышенный уровень pH и ограничение концентрации железа могутспособствовать образованию биопленок и усиливать экспрессию генавирулентности, что, в свою очередь, может изменить воспалительный ответорганизма хозяина. При пародонтите перекрестные реакции между клеткамиорганизма хозяина и бактериальной биопленки отличаются неоднозначнымхарактером и разнонаправленностью.37Ответ организма хозяина и изменения среды индуцируют стресс убактерий, составляющих биопленку (таблица 1).Таблица 1Факторы среды, влияющие на пародонтальную биопленку,и факторы вирулентности бактерийФакторВлияниеПротеазы ↓ПовышеннаяФимбриальные протеины ↓температураЛипид А, активирующий TLR4 ↑Выработка АТФ↓ОкислительнШапероны ClpB, DnaK ↑ый стрессБелок теплового шока HtpG ↑Репрессор транскрипции HrcA ↑Шапероны ClpB, DnaK ↑ОкислительнБелок теплового шока HtpG ↑ый стрессСупероксид-дисмутаза↑IL-1βОбразование биопленки ↑Метаболизм↓Щелочная pHСлипание между собой ↑Образование биопленки ↑Флаводоксин ↑Запасы глюкозы ↑Выработка лактата ↑Энзимы синтеза протеинов ↓Глютаминатдегидрогеназа ↑PPI и GroEL ↑Изоформы адгезии FomA ↑Протеины синтеза ATФ ↓Бутират-ацетоацетат CoAтрансфераза ↓Поверхностные антигены Omp IP ↑ОграничениеВПМ (pgaC) ↑железаФимбриальные элементы (tadV) ↑LPS (rmlB) ↑Образование биопленки ↑ОграничениеЗахват железа ↑железаЗапасы железа ↓Ответ на окислительный стресс ↓Образование биопленки ↑Вторжение в клетки организмахозяина ↑ВысокаяПротеазы ↓концентрацияВезикулы ↓геминаИнактивация липида А с помощьюTLR4 ↑НорадреналинРост ↓Арг-гингипаин B ↑ВидыPorphyromonas gingivalisFusobacterium nucleatumPorphyromonas gingivalisAggregatibacteractinomycetemcomitansFusobacterium nucleatumAggregatibacteractinomycetemcomitansPorphyromonas gingivalisСсылки[352][119][181][435][435][435][435][364][364][364][372][372][482][482][484][170][170][170][170][484, 170][170][483][483][483][121][121][121][121][314][314][314][314]Porphyromonas gingivalis[314][428][428]Porphyromonas gingivalis[115][395][403]38Активность микроокружения влияет на состояние биопленки полости рта иколонизациюпредставителямипародонтопатогенныхвидовбактерий.Повышенная температура в поддесневой борозде, хотя и направлена науничтожение патогенов, вроде бы, только снижает факторы вирулентности упатогенов (например, ингибирует протеазы у P.