Dashper SG, Pan Y, Veith PD, et al. Lactoferrin inhibits Porphyromonas gingivalis proteinases and has sustained biofilm inhibitory activity. Antimicrob Agents Chemother. 2012;56(3):1548—1556. doi:10.1128/AAC.05100—11 Singhrao SK, Harding A, Poole S, Kesavalu L, Crean S. Porphyromonas gingivalis Periodontal Infection and Its Putative Links with Alzheimer’s Disease. Mediators Inflamm. 2015;2015:137357. doi:10.1155/2015/137357 Dominy SS, Lynch C, Ermini F, et al. Porphyromonas gingivalis in Alzheimer’s disease brains: Evidence for disease causation and treatment with small-molecule inhibitors. Sci Adv. 2019;5(1):eaau3333. Published 2019 Jan 23. doi:10.1126/sciadv.aau3333.
Пародонтопатогенная микрофлора полости рта и методы ее диагностики // Dental magazine // 2013 // 15 августа.
От больных десен до болезни Альцгеймера — всего одна бактерия. То, что бактерии, обитающие в ротовой полости, могут становиться причиной заболеваний десен — давно известный факт, которым трудно кого-то удивить. Но эти же бактерии, похоже, связаны и с болезнью Альцгеймера, а также с некоторыми другими хроническими заболеваниями. Если это действительно так, то подход к лечению болезни Альцгеймера может кардинально измениться.
Ротовая полость и бактериальный контроль
В ротовой полости обитает множество бактерий, формирующих микробиом (бактериальное сообщество) на этом участке тела. Многие из этих бактерий являются условно-патогенными, то есть в норме их существование не приносит вреда организму и даже, напротив, может быть полезно, но при определенных условиях они начинают слишком интенсивно размножаться и приводить к заболеваниям.
У здорового организма существуют специальные механизмы, ограничивающие размножение этих микробов и колонизацию ими всей ротовой полости. Так, в слюне (из слюнных желез), слизи (из клеток эпителия слизистой оболочки) и десневой жидкости (из десневой бороздки между десной и эмалью зуба) содержатся молекулы, вырабатываемые клетками иммунной системы и предназначенные для усложнения прикрепления бактерий к поверхности десен так называемые антимикробные пептиды (например, дефенсины), и др.
Если эти механизмы по разным причинам не срабатывают, развиваются различные болезни полости рта, в частности, болезни пародонта, которые нас особенно интересуют в рамках данной статьи.
Болезни пародонта
Пародонт — это целый комплекс тканей, которые удерживают зуб в его гнезде (альвеоле). Пародонт состоит из десен, периодонта (ткань между корнем зуба и пластинкой альвеолы), цемента, покрывающего корень зуба, надкостницы и частей верхней челюсти (альвеолярных отростков).
Пародонт населяют разнообразные бактерии. Некоторые из них при слишком активном размножении приводят к развитию воспалительных процессов в области пародонта (пародонтит) или отдельных его частей. Например:
• Если воспаляется периодонт, то говорят о периодонтите, который связан с бактериями в поддесневом зубном налете. По данным американских ученых, он есть у 47,2 % взрослых, не достигших возраста 30 лет.
• Если воспаление развивается на деснах, говорят о гингивите — болезни, поражающей до 60 % подростков и 40—50 % взрослых людей. Одним из основных микробов, вызывающих пародонтит, является Porphyromonas gingivalis.
Бактериальная биопленка Porphyromonas gingivalis
P. gingivalis — анаэробная (предпочитающая отсутствие кислорода) бактерия. У 25 % здоровых людей она обнаруживается без каких-либо заболеваний полости рта. Но при инфекциях пародонта ее находят в подавляющем большинстве случаев.
P. gingivalis образует бактериальную биопленку, представляющую собой сообщество бактерий, связанное с поверхностью. Такая биопленка делает бактерий менее уязвимыми перед иммунной системой, антибиотиками и бактерицидными препаратами, и при этом облегчает распространение бактерий и образование новых колоний.
Распространение бактерий P. gingivalis в другие органы тела может происходить даже во время самых обычных действий, таких как чистка зубов, использование зубной нити и жевание, а также в процессе проведения стоматологических процедур. Показано, что P. gingivalis обнаруживается в артериях у людей с сердечно-сосудистыми заболеваниями, в плаценте, в печени. Есть также данные о выявлении P. gingivalis в синовиальной жидкости и суставных тканях пациентов, страдающих от ревматоидного артрита.
P. gingivalis продуцирует в окружающую среду вещества-антигены, токсичные продукты своего метаболизма, а также ферменты гингипаины из семейства протеиназ, которые расщепляют крупные белки до небольших пептидов. Эти ферменты способствуют формированию устойчивости бактерий к фагоцитозу (уничтожению) клетками иммунной системы макрофагами. Основными протеиназами P. gingivalis, обеспечивающими ей проникновение в ткани, являются расположенные на поверхности комплексы аргинин- и лизин-специфических цистеинпротеиназ: лизин-гингипаин (Kgp), аргинин-гингипаин A (RgpA) и аргинин-гингипаин B (RgpB).
Далеко не у всех людей с залежами зубного налета и при наличии P. gingivalis в ротовой полости развиваются болезни пародонта. Среди факторов, которые влияют на этот процесс — скорость накопления зубного налета и его микробный состав. Ученые говорят также о повышенной восприимчивости части населения к таким заболеваниям. Среди местных факторов риска — патологии развития зубов, кариес, расположение уздечки, состояние десен и последствия стоматологических процедур. Среди системных факторов — метаболические (беременность, период полового созревания), генетические, образ жизни (вредные привычки, прием лекарств, рацион питания), а также хронические состояния (СПИД, нейтропения и др.).
А совсем недавно обнаружилась связь между P. gingivalis и болезнью Альцгеймера.
Porphyromonas gingivalis и болезнь Альцгеймера
Болезнь Альцгеймера (БА) — одно из самых популярных направлений исследований в наше время. В то же время это заболевание остается загадкой для ученых и врачей. По мере проведения исследований открываются новые факторы и механизмы, запускающие нейродегенеративные процессы в головном мозге.
Доказано, что в развитии болезни играют роль бета-амилоидные бляшки, образующиеся в тканях мозга, и нейрофибриллярные клубки тау-белка внутри нейронов. Также у пациентов с БА развивается нейровоспаление, при этом на выработку медиаторов воспаления и цитокинов (провоспалительных молекул) активируется микроглия (структурная ткань между нейронами), идет образование инфламмасом (белковые комплексы, отвечающие за воспалительный ответ) и белков системы комплемента.
В ходе нескольких исследований было доказано, что P. gingivalis и хронический периодонтит, который она вызывает, являются существенными факторами риска формирования бета-амилоидных бляшек, развития деменции и болезни Альцгеймера в целом. Было показано, что уже в течение полугода наблюдений у пациентов с хроническим периодонтитом и болезнью Альцгеймера когнитивные функции снижаются быстрее, чем у людей с БА, но со здоровым периодонтом. Эксперименты с мышами, генетически склонными к БА, показали, что при пероральном заражении P. gingivalis (но не двумя другими бактериями ротовой полости) происходит проникновение инфекции в головной мозг и активация системы комплемента. Доказательством того, что P. gingivalis добирается до тканей мозга, служит обнаруженный там липополисахарид, который эта бактерия вырабатывает.
По предварительным данным, P. gingivalis может попадать из ротовой полости в мозг разными путями:
• Заражение моноцитов с последующим проникновением в ткани мозга.
• Прямой путь инфицирования с повреждением клеток эндотелия, образующих гематоэнцефалический барьер.
• Распространение инфекции через черепно-мозговые нервы (обонятельные или тройничный).
В 2019 году международная группа ученых из США, Австралии, Новой Зеландии, Польши и Норвегии опубликовала результаты исследования, которое показали присутствие P. gingivalis в головном мозге пациентов с болезнью Альцгеймера. Там же были обнаружены и специфические протеиназы бактерии, причем их концентрация коррелировала с образованием клубков тау-белка и убиквитина, который тоже связывают с болезнью Альцгеймера.
При оральном заражении мышей P. gingivalis бактерии через некоторое время обнаруживались в их головном мозге и приводили к увеличению бета-амилоидного белка, входящего в состав амилоидных бляшек. Кроме того, оказалось, что гингипаины являются нейротоксичными и для нейронов в культуре (in vitro), и для нервных клеток живого организма (in vivo), так как действуют на тау-белок.
Итак, после попадания в ткани мозга P. gingivalis может на протяжении многих лет постепенно распространяться от нейрона к нейрону. Это подтверждается тем, что тау-белок является мишенью для гингипаинов, а образование тау-клубков тоже распространяется от нейрона к нейрону.
Исследователи указывают, что инфицирование головного мозга P. gingivalis нельзя считать непременным следствием плохого ухода за зубами, но этот процесс позволяет объяснить наличие признаков БА у людей среднего возраста еще до снижения когнитивных функций.
Лактоферрин и протеиназы P. gingivalis
Исследования последних лет показывают, что защита от разбушевавшихся P. gingivalis есть и у самого организма. Речь идет о лактоферрине — крупном гликопротеине массой 80 кДа, который умеет связывать ионы железа, а также меди, цинка, магния, кобальта, алюминия и др. Тем самым он блокирует доступ к ним для бактерий и дрожжевых грибков, что приводит к угнетению их роста. Он может также напрямую взаимодействовать с бактериальными мембранами, меняя их проницаемость и приводя тем самым к гибели клеток.
Лактоферрин присутствует в молоке, слезах, слюне, в десневой и синовиальной жидкостях и в крови. Он играет важную роль в формировании врожденного иммунитета, обладает антибактериальной, противовирусной, противогрибковой, противопаразитарной, противоопухолевой, иммуномодулирующей и противовоспалительной активностью.
Австралийские ученые из The University of Melbourne и компании Murray Goulburn Co-operative Ltd. еще в 2012 году опубликовали результаты исследования применения лактоферрина для подавления активности протеиназ P. gingivalis. Оказалось, что лактоферрин эффективно угнетает процессы образования биопленки, делая бактерии более уязвимыми перед иммунной системой и лекарствами.
Согласно полученным данным, лактоферрин ингибировал Arg- и Lys-протеиназную активность клеток P. gingivalis на 40 % при концентрации 1,0 мг/мл и на более чем 70 % при 10 мг/мл. Лактоферрин также подавлял активность очищенных гингипаинов на 96 % при концентрации 5 мг/мл. Дальнейшие исследования показали, что лактоферрин связывает ион цинка, расположенный в активном участке гингипаинов — это и приводит к их инактивации.
Далее ученые культивировали P. gingivalis, которые активно образовывали биопленки. При добавлении лактоферрина в концентрациях более 0,05 мг/мл образования биопленки не происходило, а ингибирующий эффект для этого процесса наблюдался уже при таких низких концентрациях, как 0,001 мг/мл. Для сравнения использовались бычий сывороточный альбумин (BSA) и бета-лактоглобулин — ни тот, ни другой белок на образование биопленки не влияли, а BSA даже стимулировал ее образование.
Итак, ученые пришли к выводу, что лактоферрин замедляет рост P. gingivalis. И этот его эффект связан со способностью лактоферрина угнетать активность протеиназ бактерии. Гингипаины P. gingivalis усиливают способность бактерий к формированию биопленки, а подавление активности этих ферментов не позволяет ей образовываться.
Выводы
• Практически доказана связь между условно-патогенными бактериями P. gingivalis, обитающими в полости рта, и разрушительными воспалительными процессами, протекающими при болезни Альцгеймера и некоторых других системных заболеваниях.
• Эффективной стратегией P. gingivalis, позволяющей ей избежать защитных действий иммунной системы и действия лекарств, является образование бактериальной биопленки.
• Применение лактоферрина для угнетения работы ферментов гингипаинов P. gingivalis позволяет остановить формирование биопленки и делает бактерий уязвимыми и перед иммунной системой, и перед лекарствами. А это значит, что лактоферрин может рассматриваться как потенциальная часть терапии не только заболеваний полости рта, но и болезни Альцгеймера и других патологий.