Роль взаимодействия микробиоты и эпителиального барьера в патогенезе воспалительных заболеваний пародонта: систематический обзор

Актуальность. Воспалительные заболевания пародонта занимают актуальную позицию в значимых вопросах современной стоматологии в связи с высоким уровнем распространенности гингивита и пародонтита во всем мире. Цель данной работы – систематизация данных научной литературы о роли механизма повышения эпителиальной проницаемости десневой борозды в патогенезе воспалительных заболеваний пародонта, а также некоторых особенностях взаимодействия микробиоты и эпителиального барьера.

Материалы и методы. Проведен анализ научных статей и оригинальных исследований из баз данных PubMed, Google Search и eLIBRARY, где было найдено 1536 публикаций, опубликованных с 2004 по 2024 год. Отобрано 53 публикации, среди которых встречались исследования in vivo, in vitro и обзорные статьи. Данные отобранных статей изложены в этом обзоре.

Результаты. Все больше данных свидетельствует о том, что нарушения микробиоты слизистой оболочки могут модулировать врожденные и адаптивные иммунные реакции. Полезные бактерии могут либо индуцировать антимикробные защитные механизмы через иммунный ответ хозяина, либо проявлять прямую активность в отношении патогенов, разрушающих барьер. Процесс эпителиально-мезенхимальной трансформации является важным механизмом, благодаря которому эпителиальные клетки изменяют фенотип, потеряв свои характерные свойства. В результате данных изменений может произойти разрушение базальной мембраны и нарушение целостности эпителиального барьера, что способствует образованию пародонтального кармана и проникновению патогенных микроорганизмов в ткани ротовой полости. В этом процессе немаловажная роль отводится межклеточным соединениям и плотным контактам, которые являются важными структурами для поддержания стабильности физиологических функций клеток.

Заключение. Нарушение функции эпителиального барьера, а именно его проницаемости, способствует инфильтрации микробных патогенов и может привести к хорошо скоординированному дисбактериозу, который усиливает повреждение эпителиальных клеток десневой борозды и развитию воспалительного процесса в пародонте. Оценивая повышенную проницаемость эпителиального барьера десневой борозды пародонта, необходимо учитывать такие факторы, как присутствие конкретных пародонтопатогенов и их метаболитов, наличие определенных белков плотных контактов, а также генетический аспект.

1. Ковалевский АМ, Ушакова АВ, Ковалевский ВА, Прожерина ЕЮ. Бактериальная биопленка пародонтальных карманов: переосмысление опыта пародонтологии. Пародонтология. 2018;23(2):15-21. doi: 10.25636/PMP.1.2018.2.

2. Ипполитов ЕВ, Николаева ЕН, Царев ВН. Биопленка полости рта – индукторы сигнальных систем врожденного иммунитета. Стоматология. 2017;96(4):5862. doi: 10.17116/stomat201796458-62

3. Царев ВН, Николаева ЕН, Ипполитов ЕВ. Пародонтопатогенные бактерии – основной фактор возникновения и развития пародонтита. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2017;94(5):101-112. doi: 10.36233/0372-9311-2017-5-101-112

4. Bosshardt DD, Lang NP. The junctional epithelium: from health to disease. J Dent Res. 2005;84(1):9-20. doi: 10.1177/154405910508400102

5. Blaskewicz CD, Pudney J, Anderson DJ. Structure and function of intercellular junctions in human cervical and vaginal mucosal epithelia. Biol Reprod. 2011;85(1):97-104. doi: 10.1095/biolreprod.110.090423

6. Bartold PM, Van Dyke TE. Host modulation: controlling the inflammation to control the infection. Periodontology 2000. 2017;75(1):317-329. doi: 10.1111/prd.12169

7. Слажнева ЕС, Тихомирова ЕА, Атрушкевич ВГ. Пародонтопатогены: новый взгляд. Систематический обзор. Часть 1. Стоматология детского возраста и профилактика. 2020;20(1):70-76. doi:10.33925/1683-3031-2020-20-1-70-76

8. Dewhirst FE, Chen T, Izard J, Paster BJ, Tanner AC, Yu WH, et al. The human oral microbiome. J Bacteriol. 2010;192(19):5002-17. doi: 10.1128/JB.00542-10

9. Тихомирова ЕА, Слажнева ЕС, Атрушкевич ВГ. β-дефензины и воспалительные заболевания пародонта: систематический обзор. Пародонтология. 2020;25(4):276-286. doi:10.33925/1683-3759-2020-25-4-276-286

10. Katz J, Sambandam V, Wu JH, Michalek SM, Balkovetz DF. Characterization of Porphyromonas gingivalis-induced degradation of epithelial cell junctional complexes. Infect Immun. 2000;68(3):1441-1449. doi: 10.1128/IAI.68.3.1441-1449.2000

11. Lagha AB, Groeger S, Meyle J, Grenier D. Green tea polyphenols enhance gingival keratinocyte integrity and protect against invasion by Porphyromonas gingivalis. Pathog Dis. 2018;76(4):fty030. doi: 10.1093/femspd/fty030

12. Katz J, Yang Q, Zhang P, Potempa J, Travis J, Michalek SM, et al. Hydrolysis of epithelial junctional proteins by Porphyromonas gingivalis gingipains. Infect Immun. 2002;70(5):2512-2518. doi: 10.1128/IAI.70.5.2512-2518.2002

13. Abe-Yutori M, Chikazawa T, Shibasaki K, Murakami S. Decreased expression of E-cadherin by Porphyromonas gingivalis-lipopolysaccharide attenuates epithelial barrier function. J Periodontal Res. 2017;52(1):42-50. doi: 10.1111/jre.12367

14. Guo W, Wang P, Liu ZH, Ye P. Analysis of differential expression of tight junction proteins in cultured oral epithelial cells altered by Porphyromonas gingivalis, Porphyromonas gingivalis lipopolysaccharide, and extracellular adenosine triphosphate. Int J Oral Sci. 2018;10(1):1-7. doi: 10.1038/ijos.2017.51

15. Amano A. Disruption of epithelial barrier and impairment of cellular function by Porphyromonas gingivalis. Front Biosci. 2007;6:3965-3974. doi: 10.2741/2363

16. Nakagawa I, Amano A, Inaba H, Kawai S, Hamada S. Inhibitory effects of Porphyromonas gingivalis fimbriae on interactions between extracellular matrix proteins and cellular integrins. Microbes Infect. 2005;7(2):157–163. doi: 10.1016/j.micinf.2004.10.007

17. Fujita T, Ashikaga A, Shiba H, Uchida Y, Hirono C, Iwata T, et al. Regulation of IL-8 by Irsogladine maleate is involved in abolishment of Actinobacillus actinomycetemcomitans-induced reduction of gap-junctional intercellular communication. Cytokine. 2006;34(5–6):271–277. doi: 10.1016/j.cyto.2006.06.002

18. Noguchi T, Shiba H, Komatsuzawa H, Mizuno N, Uchida Y, Ouhara K, et al. Syntheses of prostaglandin E2 and E-cadherin and gene expression of β-defensin-2 by human gingival epithelial cells in response to actinobacillus actinomycetemcomitans. Inflammation. 2003;27(6):341–349. doi: 10.1023/B:IFLA.0000006702.27906.e9

19. Uchida Y, Shiba H, Komatsuzawa H, Hirono C, Ashikaga A, Fujita T, et al. Irsogladine maleate influences the response of gap junctional intercellular communication and IL-8 of human gingival epithelial cells following periodontopathogenic bacterial challenge. Biochem Biophys Res Commun. 2005;333(2):502–507. doi: 10.1016/j.bbrc.2005.05.197

20. Damek-Poprawa M, Korostoff J, Gill R, Dirienzo JM. Cell junction remodeling in gingival tissue exposed to a microbial toxin. J Dent Res. 2013;92(6):518–523. doi: 10.1177/0022034513486807

21. Uitto VJ, Pan YM, Leung WK, Larjava H, Ellen RP, Finlay BB, et al. Cytopathic effects of Treponema denticola chymotrypsin-like proteinase on migrating and stratified epithelial cells. Infect Immun. 1995;63:3401–3410. doi: 10.1128/iai.63.9.3401-3410.1995

22. Galea I. The blood-brain barrier in systemic infection and inflammation. Cell Mol Immunol. 2021;18(11):2489-2501. doi: 10.1038/s41423-021-00757-x

23. Hijazi K, Lowe T, Meharg C, Berry SH, Foley J, Hold GL. Mucosal microbiome in patients with recurrent aphthous stomatitis. J Dent Res. 2015;94(3 Suppl):87S-94S. doi: 10.1177/0022034514565458

24. Pat Y, Yazici D, D'Avino P, Li M, Ardicli S, Ardicli O, et al. Recent advances in the epithelial barrier theory. Int Immunol. 2024;36(5):211-222. doi: 10.1093/intimm/dxae002

25. Kempuraj D, Thangavel R, Selvakumar GP, Zaheer S, Ahmed ME, Raikwar SP, et al. Brain and Peripheral Atypical Inflammatory Mediators Potentiate Neuroinflammation and Neurodegeneration. Front Cell Neurosci. 2017;11:216. doi: 10.3389/fncel.2017.00216

26. Vitkov L, Singh J, Schauer C, Minnich B, Krunić J, Oberthaler H, et al. Breaking the Gingival Barrier in Periodontitis. Int J Mol Sci. 2023;24(5):4544. doi: 10.3390/ijms24054544

27. Stehlikova Z, Tlaskal V, Galanova N, Roubalova R, Kreisinger J, Dvorak J., et al. Oral Microbiota Composition and Antimicrobial Antibody Response in Patients with Recurrent Aphthous Stomatitis. Microorganisms. 2019;7(12):636. doi: 10.3390/microorganisms7120636

28. Su SC, Chang LC, Huang HD, Peng CY, Chuang CY, Chen YT, et al. Oral microbial dysbiosis and its performance in predicting oral cancer. Carcinogenesis. 2021;42(1):127-135. doi: 10.1093/carcin/bgaa062

29. Tsukita S, Furuse M. Overcoming barriers in the study of tight junction functions: from occludin to claudin. Genes Cells. 1998;3(9):569-73. doi: 10.1046/j.1365-2443

30. Verma D, Garg PK, Dubey AK. Insights into the human oral microbiome. Arch Microbiol. 2018;200(4):525-540. doi: 10.1007/s00203-018-1505-3

31. Yang CY, Yeh YM, Yu HY, Chin CY, Hsu CW, Liu H, et al. Oral Microbiota Community Dynamics Associated With Oral Squamous Cell Carcinoma Staging. Front Microbiol. 2018;9:862. doi: 10.3389/fmicb.2018.00862

32. Yang J, Ran M, Li H, Lin Y, Ma K, Yang Y,et al. New insight into neurological degeneration: Inflammatory cytokines and blood-brain barrier. Front Mol Neurosci. 2022;15:1013933. doi: 10.3389/fnmol.2022.1013933

33. Yang SF, Huang HD, Fan WL, Jong YJ, Chen MK, Huang CN, et al. Compositional and functional variations of oral microbiota associated with the mutational changes in oral cancer. Oral Oncol. 2018;77:1-8. doi: 10.1016/j.oraloncology.2017.12.005

34. Moutsopoulos NM, Konkel JE. Tissue-Specific Immunity at the Oral Mucosal Barrier. Trends Immunol. 2018;39(4):276-287. doi: 10.1016/j.it.2017.08.005

35. Ronay V, Belibasakis GN, Schmidlin PR, Bostanci N. Infected periodontal granulation tissue contains cells expressing embryonic stem cell markers. A pilot study. Schweiz Monatsschr Zahnmed. 2013;123(1):12-6. doi: 10.5167/uzh-77307

36. Dabija-Wolter G, Cimpan MR, Costea DE, Johannessen AC, Sørnes S, Neppelberg E, et al. Fusobacterium nucleatum enters normal human oral fibroblasts in vitro. J Periodontol. 2009;80(7):1174-83. doi: 10.1902/jop.2009.090051

37. Dutzan N, Konkel JE, Greenwell-Wild T, Moutsopoulos NM. Characterization of the human immune cell network at the gingival barrier. Mucosal Immunol. 2016;9(5):1163-1172 doi: 10.1038/mi.2015.136

38. Tribble GD, Lamont RJ. Bacterial invasion of epithelial cells and spreading in periodontal tissue. Periodontology 2000. 2010;52(1):68-83. doi: 10.1111/j.1600-0757.2009.00323

39. Akiyama SK, Olden K, Yamada KM. Fibronectin and integrins in invasion and metastasis. Cancer Metastasis Rev. 1995 Sep;14(3):173-89. doi: 10.1007/BF00690290

40. Ye P, Yu H, Simonian M, Hunter N. Expression patterns of tight junction components induced by CD24 in an oral epithelial cell-culture model correlated to affected periodontal tissues. J Periodontal Res. 2014;Apr;49(2):253-9. doi: 10.1111/jre.12102

41. Moonwiriyakit A, Pathomthongtaweechai N, Steinhagen PR, Chantawichitwong P, Satianrapapong W, Pongkorpsakol P. Tight junctions: from molecules to gastrointestinal diseases. Tissue Barriers. 2023;11(2):2077620. doi: 10.1080/21688370.2022.2077620

42. Dabija-Wolter G, Bakken V, Cimpan MR, Johannessen AC, Costea DE. In vitro reconstruction of human junctional and sulcular epithelium. J Oral Pathol Med. 2013;42(5):396-404. doi: 10.1111/jop.12005

43. Fujita T, Kishimoto A, Shiba H, Hayashida K, Kajiya M, Uchida Y, , et al. Irsogladine maleate regulates neutrophil migration and E-cadherin expression in gingival epithelium stimulated by Aggregatibacter actinomycetemcomitans. Biochem Pharmacol. 2010;79(10):1496–1505. doi: 10.1016/j.bcp.2010.01.017

44. Hartmann C, Schwietzer YA, Otani T, Furuse M, Ebnet K. Physiological functions of junctional adhesion molecules (JAMs) in tight junctions. Biochim Biophys Acta Biomembr. 2020;1862(9):183299. doi: 10.1016/j.bbamem.2020.183299

45. Otani T, Furuse M. Tight Junction Structure and Function Revisited. Trends Cell Biol. 2020 Oct;30(10):805-817. doi: 10.1016/j.tcb.2020.08.004. Erratum in: Trends Cell Biol. 2020;30(12):1014. doi: 10.1016/j.tcb.2020.10.001.

46. Kuo WT, Zuo L, Odenwald MA, Madha S, Singh G, Gurniak CB, et al. The Tight Junction Protein ZO-1 Is Dispensable for Barrier Function but Critical for Effective Mucosal Repair. Gastroenterology. 2021;161(6):1924-1939. doi: 10.1053/j.gastro.2021.08.047

47. González-Mariscal L, Betanzos A, Avila-Flores A. MAGUK proteins: structure and role in the tight junction. Semin Cell Dev Biol. 2000;11(4):315-24. doi: 10.1006/scdb.2000.0178

48. Paschoud S, Yu D, Pulimeno P, Jond L, Turner JR, Citi S. Cingulin and paracingulin show similar dynamic behaviour, but are recruited independently to junctions. Mol Membr Biol. 2011;28(2):123-35. doi: 10.3109/09687688.2010.538937

49. Belardi B, Hamkins-Indik T, Harris AR, Kim J, Xu K, Fletcher DA. A Weak Link with Actin Organizes Tight Junctions to Control Epithelial Permeability. Dev Cell. 2020;54(6):792-804.e7. doi: 10.1016/j.devcel.2020.07.022

50. Liévin-Le Moal V, Servin AL. The front line of enteric host defense against unwelcome intrusion of harmful microorganisms: mucins, antimicrobial peptides, and microbiota. Clin Microbiol Rev. 2006;19(2):315-37. doi: 10.1128/CMR.19.2.315-337.2006

51. Patra AK, Amasheh S, Aschenbach JR. Modulation of gastrointestinal barrier and nutrient transport function in farm animals by natural plant bioactive compounds – A comprehensive review. Crit Rev Food Sci Nutr. 2019;59(20):3237-3266. doi: 10.1080/10408398.2018.1486284

52. Abe-Yutori M, Chikazawa T, Shibasaki K, Murakami S. Decreased expression of E-cadherin by Porphyromonas gingivalis-lipopolysaccharide attenuates epithelial barrier function. J Periodont Res. 2017;52:42–50. doi: 10.1111/jre.12367

53. Yamada M, Takahashi N, Matsuda Y, Sato K, Yokoji M, Sulijaya B, et al. A bacterial metabolite ameliorates periodontal pathogen-induced gingival epithelial barrier disruption via GPR40 signaling. Sci Rep. 2018;8(1):9008. doi: 10.1038/s41598-018-27408-y