3. Вирулентные свойства пародонтопатогенов

Вирулентность потенциальных возбудителей пародонтита обусловлена рядом факторов, действие которых часто бывает разнонаправленным, особенно в отношении врожденного иммунитета. Наличие у бактерий таких свойств согласуется с «экологической» гипотезой, в соответствии с которой одни и те же бактерии могут обитать как в здоровых, так и в пораженных тканях, и разные условия обитания в тоже время могут индуцировать у этих бактерий разные фенотипические свойства (Ричард Дж.Ламонт, Мэрилин С.Лантц, 2010).

Для данной работы наибольший интерес представляют 4 микроорганизма: Porphyromonas gingivalis, Actinobacillus actinomycetemcomitans, Prevotella intermedia, Tannerella forsythiа, так как именно эти микроорганизмы своими факторами вирулентности способствуют развитию пародонтита. Согласно литературным данным эти микроорганизмы наиболее часто встречаются у пациентов с хроническим генерализованным пародонтитом (Царев В.И., 2008).

• Porphyromonas gingivalis – это неподвижные грамотрицательные анаэробные палочки. Из предполагаемых возбудителей они наиболее тесно связаны с хроническим пародонтитом. Обнаружение этого организма указывает на риск прогрессирования пародонтита, а удачное лечение коррелирует со снижением числа этих микроорганизмов в тканях.

• Молекулы и структуры:

1. Протеазы

Основная функция протеаз – обеспечение растущих клеток пептидами. Но так как они разрушают белки организма – хозяина, то могут ослаблять его защитные механизмы. Поэтому этим молекулам приписывают роль основных факторов вирулентности.

В настоящее время стали известны генетические последовательности, отвечающие за синтез данных ферментов.

Наиболее подробно описаны аргинин- и лизинспецифические цистеиновые протеиназы - гингипаин R и гингипаин К, которые обладают адгезивной и гемагглютинирующей активностью.

Также имеется другая группа цистеиновых протеиназ - стрептопаинподобная протеаза, пародонтаин, расщепляющий и инактивирующий ингибитор а1-протеиназы. Данные протеиназы обладают гемагглютинирующей активностью.

На поверхности бактериальной клетки имеется Pz-пептидаза, которая не действует на нативный коллаген, но может расщеплять желатин и Pz-пептид, что обуславливает их роль в разрушении коллагена зубодесневого прикрепления в пародонте.

Другие протеиназы включают аминопептидазы, эндотелин-превращающий фермент, подобный эндопептидазе, и пролилдипептидилпептидазу IV.

Основными функциями протеиназ является нарушение целостности тканей в результате разрушения белков внеклеточного матрикса - фибронектина и ламитина, гидролиза коллагенов, разрушения фибриногена и активации калликреин-кининовой системы; повреждение защитных механизмов макроорганизма с помощью разрушения иммуноглобулинов, инактивации системы комплемента, деструкции цитокинов и поверхностных рецепторов лейкоцитов. В ходе этих механизмов бактерия получает гемины и ионы железа от организма-хозяина.

2. Гемагглютинины

Поверхностные гемагглютинины обеспечивают связь бактерий с рецепторами клеток организма – хозяина и последующую их колонизацию. Гемагглютинирующая активность бактерии связана с фимбриями, липополисахаридом (ЛПС) и липидом на поверхности клетки, соответствующими доменами протеаз и такими белками, как HagA, HagB и HagC. Последние участвуют в прикреплении бактерии к клеткам организма – хозяина, например эпителиальным клеткам или эритроцитам.

3. Липополисахариды (ЛПС)

Липополисахариды Porphyromonas gingivalis не содержат гептозы или содержат очень мало, жирные кислоты этой бактерии более длинные и разветвленные. У этой бактерии низкая эндотоксичность в отличии от липополисахаридов других микроорганизмов.

4. Фимбрии

Поверхность бактерии покрыта длинными и короткими перитрихиальными фимбриями. Длинные фимбрии обеспечивают гомологию с фимбриями бактерий других видов. Короткие фимбрии встречаются значительно реже. В опытах была показана роль фимбрий в адгезии, колонизации и деструкции пародонта. Отмечена важная роль фимбрий в развитии инфекционного процесса.

5. Пузырьки наружной мембраны

Связанные с поверхностью бактерий пузырьки образуются путем выпячивания наружной мембраны и поэтому содержат ее структуры, а также захваченные компоненты периплазмы. Пузырьки способствуют связыванию Porphyromonas gingivalis с эритроцитами, другими бактериями и поверхностью гидроксиапатита. Также показана их способность агрегировать тромбоциты. Имеются предположения, что адгезивные микропузырьки являются средством адресной доставки факторов вирулентности, так как их малый размер позволяет проникать в места недоступные для клеток.

6. Полисахаридная капсула

У этой бактерии различают шесть серотипов капсул. Полисахаридный слой на поверхности этих микроорганизмов может маскировать ЛПС и таким образом изменять его активность.

• Механизмы вирулентности:

Porphyromonas gingivalis необходимо прикрепиться к субстрату, что обеспечивается фимбриями, которые связываются с эпителиальными клетками, компонентами клеточного матрикса, компонентами слюны и гидроксиапатитом для последующей колонизации. Далее Porphyromonas gingivalis преодолевает эпителиальный барьер, путем внедрения микроорганизма через поврежденную сигнальную систему клетки, подавляет транскрипцию и секрецию нейтрофилами ИЛ-8, помимо этого разрушаются компоненты плотного межклеточного контакта, что способствует проникновению в более глубокие слои. Протеолитические ферменты бактерии разрушают различные белки организма-хозяина и нарушают функции. В ответ на агрессию организм формирует воспалительный ответ, но он может быть подавлен компонентами бактериальной клетки.

Porphyromonas gingivalis может стимулировать деструкцию костной ткани, подавление ее регенерации в результате нарушения равновесия остеобластов и остеокластов, ЛПС способствуют высвобождению из фибробластов, макрофагов и моноцитов медиаторов костной резорбции ИЛ-1, простогландина Е2, ФНО-α. Эти медиаторы провоцируют выработку протеаз организма-хозяина для разрушения костной ткани(Ричард Дж. Ламонт, Мэрилин С. Лантц, 2010).

• Actinobacillus actinomycetemcommitans – неподвижные грамотрицательные факультативно – анаэробные палочки.

• Молекулы и структуры:

1. Лейкотоксин

Лейкотоксин имеет связь с периодонтом лунки зуба и способствует раннему выпадению зубов. Лейкотоксин относится к порообразующим гемолизинам, то есть связываясь с моноцитами, нейтрофилами и лимфоцитами, он образует поры в их мембранах. Гибель клетки происходит в результате апоптоза и осмотического шока.

2. Цитотоксины

CTD - токсин летального набухания клетки. Он обеспечивает перестройку жизненного цикла эукариотических клеток, актина, ускоряет процессы апоптоза.

ISF - фактор иммуносупрессии, вызывает задержку подготовки клетки к митозу у В-клеток и лимфоцитов.

Лейкотоксин и клетки возбудителя CTD индуцируют апоптоз иммуноцитов, нарушая иммунологический надзор.

3. Липополисахариды (ЛПС)

У этих микроорганизмов ЛПС вызывает лизис костной ткани, склеивание тромбоцитов и эритроцитов, некроз кожи. Под воздействием этого фактора активируются макрофаги, стимулируется выброс ими ИЛ-1α, ИЛ-1β, ФНО (фактор некроза опухоли) и другие цитокины.

4. Белки, связывающие Fc-фрагмент антител

Бактериальные Fc-фрагменты - белки, связывающиеся с иммуноглобулинами, тем самым занимая рецепторный белок для нейтрофила, который активирует фагоцитоз. Fc-фрагменты у микроорганизмов также способны подавлять систему комплемента. Блокирование этих двух важных иммунных процессов, значительно подавляет защитные силы макроорганизма.

5. Мембранные пузырьки

6. Внеклеточный аморфный материал

Внеклеточный аморфный материал в виде матрикса окутывает клетки и обладает адгезивной и костнорезорбтивной активностью.

g) Фимбрии

Фимбрии этой бактерии расположены перитрихиально, имеют длину около 2 мкм и диаметр 5 нм, часто формируют пучки. Фимбрии способствуют адгезии к клеткам эпителия и гидроксиапатиту эмали.

• Механизмы вирулентности:

1. Адгезия

Actinobacillus actinomycetemcommitans колонизирует эпителий десневой борозды за счет адгезии к поверхности зубов и слизистой оболочке, которая осуществляется фимбриями, мембранными пузырьками, внеклеточным аморфным материалом и адгезивными белками на поверхности микробной стенки. Колонизирование соединительной ткани полости рта и других участков организма осуществляется за счёт связывания с компонентами внеклеточного матрикса (фибронектин, ламинин, волокнообразующие коллагены и белки базальной мембраны).

2. Проникновение в эпителиальные клетки

Actinobacillus actinomycetemcommitans прикрепляется к клеткам организма - хозяина, что приводит к образованию вакуоли. Микроорганизм проникает внутрь клетки макроорганизма и быстро разрушается, что позволяет бактериям поступить в цитоплазму. Бактерии связываются с микротрубочками и перемещаются как внутри клетки, так и в соседние клетки. Такой процесс внутри и межклеточного распространения микроорганизмов в тканях десны вызывает деструкцию пародонта.

3. Вариабельность колоний

На плотной среде бактерии образуют три типа колоний. При первичном посеве из десневой жидкости вырастают шероховатые колонии (прозрачные, округлые, с неровными краями). В жидкой среде клетки формируют агрегаты на стенках сосудов. При повторных посевах образуются два варианта колоний (гладкие прозрачные и гладкие непрозрачные). Шероховатые колонии содержат большее количество фимбриальных белков, клетки гладких колоний мало либо вообще не содержат фимбриальные белки и в связи с этим обладают малой адгезией.

4. Взаимодействие с защитными механизмами организма хозяина

• подавление хемотаксиса фагоцитов;

• нарушение процессов слияния и переваривания в лизосомах;

• устойчивость к действию различных антимикробных факторов нейтрофилов.

5. Резорбция костной ткани

Резорбция костной ткани обеспечивается несколькими факторами, в том числе ассоциированными с поверхностью клетки материалами SAM, ЛПС и фактором микропузырьков. SAM активизирует остеокласты и оказывает антипролиферативное влияние на остеобластоподобные клетки.

6. Апоптоз

Лейкотоксины активизируют каскад биохимических реакций, обеспечивающих апоптоз клеток организма – хозяина (Ричард Дж. Ламонт, Мэрилин С. Лантц, 2010).

• Prevotella intermedia - грамотрицательная облигатно – анаэробная бактерия.

• Молекулы и структуры:

1. Фимбрии

У данного микроорганизма различают 4 вида фимбрий. Тип фимбрий зависит от колонии и штамма (с 1 типом фимбрий, с несколькими типами или без них).

2. Гидролазы

Протеазам этой бактерии свойственна гидролитическая, протеолитическая, нуклеолитическая, липолитическая и сахаролитическая активность. Им определяют существенную роль в развитии воспалительного процесса.

3. Гемолизин и гемагглютинин

Пузырьки наружной мембраны обладают гемолитической активностью за счет наличия многокомпонентного гемолизина. Prevotella intermedia также может вызвать термолабильную агглютинацию эритроцитов с помощью фимбрий, а термостабильную агглютинацию ЛПС – подобными структурами.

• Механизмы вирулентности:

1. Коагрегация

Коагрегация осуществляется за счет поверхностных белков или гликопротеинов бактерии. Коагрегирует только с отдельными видами Actinomyces.

2. Адгезия

Prevotella intermedia обладает адгезией к буккальным эпителиальным клеткам за счет наличия фимбрий и, связываясь с коллагенами органической матрицы организма-хозяина, разрушает лактоферрин клеток.

3. Инвазия в эпителиальные клетки

Проникновение Prevotella intermedia в эпителиальные клетки связано с наличием фимбрий типа С.

4. Индукция выработки воспалительных цитокинов

ЛПС и поверхностные компоненты бактерии могут индуцировать экспрессию провоспалительных цитокинов. ИЛ-1 вызывает резорбцию костной ткани, ИЛ-8 – хемокин для нейтрофилов, ИЛ-6 – пролиферацию Т- и В- лимфоцитов (Чухловин А.Б., Соловьева А.М., 2007; Ричард Дж.Ламонт, Мэрилин С.Лантц, 2010).

• Tanerella forsythia - грамотрицательная анаэробная бактерия из семейства Бактероидов.

• Молекулы:

1. Гидролазы

Бактерия образует трипсиноподобные протеазы – аргининспецифичную цистиновую протеазу, обладающую гемолитической активностью и сиалидазу.

• Механизмы вирулентности:

1. Коагрегация

Tanerella forsythia коагрегирует с Porphyromonas gingivalis при участии белково - белковых взаимодействий. Этот процесс подавляется сывороткой крови. Также возможна коагрегация со Streptococcus cristatus.

2. Адгезия

Tanerella forsythia при помощи BspA может прикрепляться к эритроцитам, фибробластам и лейкоцитам (Чухловин А.Б., Соловьева А.М., 2007; Ричард Дж.Ламонт, Мэрилин С.Лантц, 2010).

Таким образом, патогенная микрофлора представляет основную угрозу в развитии и течении пародонтита. Поэтому лечение прежде всего должно быть направлено на снижение или полное исключение воздействия патогенных микроорганизмов.