Mikrobiota jamy ustnej – walczyć czy współpracować?

Mikrobiota komensalna, bytując na powierzchni błon śluzowych przewodu pokarmowego, pozostaje w permanentnej, nierozerwalnej komunikacji z największą i najbardziej wpływową częścią ogólnoustrojowego układu immunologicznego związanego z błonami śluzowymi – tkanką GALT (ang. gut associated lymphoid tissue). Tkanka ta warunkuje zarówno efektywność pierwszej linii obrony wszystkich śluzówek (m.in. układu moczowo-płciowego, układu oddechowego, spojówek czy gruczołów ślinowych), jak i zachowanie dynamicznej homeostazy między aktywnością pro- i przeciwzapalną układu immunologicznego. Tym samym rzutuje ona na praktycznie każdy etap jego odpowiedzi w kontakcie z antygenami środowiska zewnętrznego i autoantygenami [1, 2]. Wpływ ten jest tak duży, że coraz częściej określa się ją mianem odrębnego narządu bakteryjnego, równie ważnego dla zachowania podstawowych funkcji życiowych organizmu, jak serce, nerki czy wątroba. W związku z tym analizowanie statusu zdrowotnego ludzkiego ustroju w oderwaniu od składu jakościowego i ilościowego mikroekologii jego powierzchni barierowych nie bez przyczyny wydaje się aktualnie dużym nieporozumieniem.

W praktyce stomatologicznej ma to szczególne znaczenie, ponieważ jeszcze stosunkowo niedawno panowało przekonanie, że większość mechanizmów stanowiących o właściwej funkcji barierowej nabłonka jamy ustnej i lokalnych elementów obronnych śluzówki – w przeciwieństwie do jelita cienkiego i grubego jako najbardziej obfitych w szereg wielostronnych zależności na osi mikrobiota–gospodarz części przewodu pokarmowego – funkcjonuje kompletnie niezależnie od obecności komensalnych drobnoustrojów i ich aktywności metabolicznej. Tymczasem w świetle aktualnych doniesień to właśnie mikrobiota jamy ustnej nadaje zupełnie nowy wymiar niezwykle skomplikowanej komunikacji między środowiskiem zewnętrznym a komórkami ludzkiego organizmu. 

Ostatnie lata przyniosły ogromną dawkę wiedzy na temat interakcji pomiędzy fizjologiczną mikrobiotą i barierami odpornościowymi, na których bytuje. Wykazano jej krytyczną rolę zarówno w prawidłowej aktywacji, dojrzewaniu lokalnych mechanizmów odporności nieswoistej i swoistej powierzchni barierowych ustroju, jak i przede wszystkim w systematycznym promowaniu mikrośrodowiska korzystnego dla zbalansowanej reakcji obrona–tolerancja ogólnoustrojowego wspólnego układu immunologicznego błon śluzowych CMIS (ang. common mucosal immune system) [3–7]. 

Mikrobiota jamy ustnej

Mikrośrodowisko jamy ustnej wraz z mechanizmami warunkującymi zachowanie lokalnej homeostazy stanowi w tej kwestii niewątpliwie wyjątkowy obszar, ponieważ obserwowana tu sygnalizacja na osi drobnoustroje–gospodarz wydaje się aktualnie o wiele bardziej złożona niż w pozostałych śluzówkach i de facto częściowo również zupełnie niezależna od interakcji z komensalnymi mikroorganizmami [8]. Nie ulega już żadnej wątpliwości, że zarówno funkcja barierowa nabłonka, jak i profil środowiska cytokinowego, czyli krytyczne elementy dla zachowania lokalnej tolerancji immunologicznej, są ściśle warunkowane właściwym składem jakościowym i ilościowym fizjologicznej mikrobioty nabłonka jamy ustnej. 

Co ciekawe, Nassar i wsp. [9] w swoich badaniach wykazali istnienie w nabłonku śluzówki jamy ustnej mechanizmów w pełni zależnych od interakcji z drobnoustrojami pionierskimi, warunkowanymi ekspresją specyficznego białka zatrzymania wzrostu (GAS6), kluczowych dla prawidłowej adaptacji mechanizmów odpowiedzi obronnej do współistniejącej mikrobioty komensalnej. Niektóre aspekty wrodzonej aktywności przeciwdrobnoustrojowej nabłonka jamy ustnej również okazują się zależne od obecności drobnoustrojów komensalnych i ich aktywności metabolicznej [7]. 
Co więcej, podobnie jak w innych częściach przewodu pokarmowego to właśnie rdzeniowa, pionierska mikrobiota (na czele z bakteriami z rodzaju Streptococcus) wydaje się fundamentalna w ustanawianiu właściwych warunków dla dynamicznej homeostazy między aktywnością pro- i przeciwzapalną lokalnego układu immunologicznego. W niezwykle wrażliwym nawet na krótkoterminowe zakłócenia w składzie bakteryjnego biofilmu nabłonku dziąsła, w którym fizjologicznie przeważa mikrośrodowisko łagodnie zapalne, ma to niebagatelne znaczenie. 

W badaniach Devine i wsp. blisko 40% komensalnych gatunków paciorkowców (szczególnie Streptococcus salivarius i Streptococcus cristatus) rezydujących na języku lub w płytce nazębnej tłumiło ekspresję cytokin prozapalnych komórek nabłonkowych stymulowanych flageliną lub periopatogenami [10–12]. Co jeszcze ciekawsze, Streptococcus mitis (również jeden z dominujących gatunków fizjologicznej mikrobioty jamy ustnej) w badaniach Engena i wsp. poprzez regulowanie sygnalizacji zależnej od receptorów węglowodorów aromatycznych (AhR), sprzyjającej ścisłej regulacji stanu zapalnego i niezbędnej do fizjologicznych procesów gojenia, szczególnie silnie promował warunki zarówno do efektywnej odpowiedzi obronnej i przeciwinfekcyjnej, jak i do korzystnej naprawy i podtrzymywania funkcji barierowej nabłonka [13]. 

Krytyczne znaczenie profilu mikrobioty śluzówkowej jamy ustnej ujawnia się również w tak fundamentalnych aspektach, jak ukierunkowywanie polaryzacji makrofagów, jednych z najważniejszych komórek kształtujących odpowiedź immunologiczną w tym obszarze. W przypadku polaryzacji makrofagów w kierunku fenotypu M1 dochodzi do uwolnienia znacznych ilości cytokin prozapalnych, jak TNF-α, IL-1β, IL-6, IL-12, IL23, promowania nadmiernej eskalacji odpowiedzi komórkowej i w efekcie do uruchomienia mechanizmów cytotoksyczności. Z kolei polaryzacja makrofagów w kierunku fenotypu M2, indukując silnie przeciwzapalny profil mikrośrodowiska, promuje przede wszystkim procesy naprawcze i regenerację komórek nabłonka [14]. Huang i wsp. [15], analizując zdolność do indukcji fenotypu M1/M2 makrofagów przez konkretne gatunki drobnoustrojów (m.in. Porphyromonas gingivalis, Aggregatibacter actinomycetemcomitans oraz komensalne gatunki bakterii z rodzaju Streptococcus), wykazali w sposób jednoznaczny, że w przeciwieństwie do badanych periopatogenów, które silnie indukowały polaryzację makrofagów w kierunku M1, jedy nie pionierskie gatunki drobnoustrojów komensalnych wykazywały pożądaną zdolność do indukcji „naprawczego” fenotypu M2.

Skład mikrobioty u osób zdrowych i chorych

W aspekcie klinicznym opisane wyżej zależności bardzo dobrze odzwierciedla podobny profil mikrobiotyczny śliny i śluzówki jamy ustnej obserwowany u pacjentów zarówno z charakterystycznymi patologicznymi zmianami w jamie ustnej, jak i bez nich, ale ze współistniejącymi ogólnoustrojowymi zaburzeniami (bądź co bądź wpływającymi również na lokalne mechanizmy homeostatyczne wszystkich powierzchni barierowych ustroju i w efekcie na skład jakościowy i ilościowy kolonizujących je drobnoustrojów). 

U pacjentów z nawracającymi wykwitami aftowymi, bez względu na fazę aktywności choroby, obserwuje się liczne nieprawidłowości jakościowe, ilościowe i przede wszystkim funkcjonalne śluzówkowej mikrobioty, mogące – jak się okazuje – w sposób istotny potęgować już istniejące zaburzenia statusu immunologicznego śluzówki i jeszcze bardziej uwrażliwiać ją na potencjalne czynniki uszkadzające [16, 17]. Wyniki oceny składu ekosystemu bakteryjnego błony śluzowej jamy ustnej u pacjentów z nawrotowymi aftami oraz u osób zdrowych, przeprowadzonej przez Hijazi i wsp. [17], wykazały znaczące różnice pomiędzy materiałami pobranymi od pacjentów z aftami (nie tylko z aktywnych zmian, ale również ze zdrowych miejsc) a tymi pochodzącymi od osób z grupy kontrolnej. U zdrowych osób obserwowano znamiennie więcej bakterii z rodziny Streptococcaceae, stanowiących w fizjologicznych warunkach dominującą część mikrobioty jamy ustnej, natomiast u pacjentów z aftami zarówno w miejscach zmienionych chorobowo, jak i zdrowych izolowano zdecydowanie więcej bakterii z rodzin Porphyromonadaceae i Veillonellaceae. 

W pracy Kim i wsp., opublikowanej w 2016 r. w „BMC Microbiology” [18], scharakteryzowano profil mikrobioty błony śluzowej jamy ustnej i śliny u pacjentów z nawrotowymi aftami i u osób zdrowych na poziomie gatunku. Dodatkowo wskazano dwa konkretne gatunki drobnoustrojów, które w sposób znaczący mogą zwiększać ryzyko pojawienia się wykwitów. W próbkach pobranych od osób z grupy badanej w porównaniu z tymi pochodzącymi od zdrowych osób izolowano znacznie mniej drobnoustrojów stanowiących dominującą grupę fizjologicznego profilu mikrobioty tego obszaru, takich jak Streptococcus salivarius, Streptococcus vestibularis, Streptococcus lactarius, Streptococcus peroris, Veillonella dispar i Prevotella histicola. Pojawiało się natomiast zdecydowanie więcej rzadko występujących gatunków, takich jak Ruminococcus gnavus, Acinetobacter johnsonii, Capnocytophaga sputigena czy Neisseria oralis. Ponadto oceniając profil mikrobiotyczny próbek śliny u osób z grupy badanej, redukcja Streptococcus salivarius i wzrost Capnocytophaga sputigena, drobnoustroju uważanego za oportunistyczny patogen zaangażowany w szerokie spektrum infekcji, były cechą charakterystyczną dla obserwowanych wykwitów na śluzówce. Warto przy tym podkreślić, że bakterie z rodzaju Streptococcus stanowiły blisko połowę mikrobioty śluzówkowej w grupie osób zdrowych. Co najistotniejsze, w pracy Said i wsp. ich fizjologiczna kolonizacja ujemnie korelowała z mianem poziomu cytokin prozapalnych IL-1β i IL-8 w ślinie badanych [19]. 

Z kolei Acinetobacter johnsonii, którego populacja była jedną z dominujących u pacjentów z nawracającymi aftami, w przeciwieństwie do Streptococcus salivarius wykazywał w badaniach in vitro wzmożoną cytotoksyczność wobec komórek nabłonka i znacznie hamował ich proliferację. W podsumowaniu na podstawie analizy regresji logistycznej stwierdzono, że wzrost populacji Acinetobacter johnsonii jest związany ze znacznie zwiększonym ryzykiem rozwoju wykwitów aftowych (OR 2.11), zaś wzrost liczebności Streptococcus salivarius zmniejsza ryzyko rozwoju choroby (OR 0.73). 

Zaburzenia mikrobioty w chorobach ogólnoustrojowych

W przypadku pacjentów z chorobami ogólnoustrojowymi manifestujące się nieprawidłowości w profilu mikrobioty jamy ustnej także wykazują wręcz powtarzające się i tożsame z lokalnymi zaburzeniami mikrobioty u pacjentów z nawracającymi aftami zależności między izolowaniem określonych rodzajów drobnoustrojów a badanymi parametrami immunologicznymi w ślinie. 

Abe i wsp. [20], analizując zmiany mikrobioty śluzówki jamy ustnej u pacjentów z chorobami autoimmunizacyjnymi wątroby, wykazali, że obecność komensalnych drobnoustrojów z rodzaju Streptococcus w przeciwieństwie do Prevotella i Veillonella ujemnie korelowała z poziomem ślinowych parametrów prozapalnych w grupie chorych. 

Co ciekawe, Said i wsp. [19] doszli do identycznych wniosków, badając profil mikrobioty śliny izolowanej od pacjentów z nieswoistymi chorobami zapalnymi jelit, u których również specyficzne zmiany w jamie ustnej oprócz silnej redukcji komensalnych gatunków drobnoustrojów korelowały z podwyższonym poziomem cytokin zapalnych w ślinie.

Podsumowanie

Podczas gdy w ostatnich kilkunastu latach w sposób niezwykle szczegółowy opisano zależności między statusem immunologicznym i profilem mikrobioty jamy ustnej w warunkach nadmiernego obciążenia mikrobiologicznego czy przetrwałej infekcji, zdecydowanie mniej uwagi poświęcono mechanizmom, które warunkują ponad wszystko zachowanie homeostazy w tym obszarze. W codziennej praktyce stomatologicznej ma to tym większe znaczenie, że nadal niestety interwencje w jamie ustnej opierają się głównie na konsekwentnym eliminowaniu drobnoustrojów i blokowaniu ich ponownej rekolonizacji, de facto bez uwzględnienia jakichkolwiek czynności mogących choć w minimalnym stopniu wspierać ponowną sukcesję rdzennej mikrobioty i w efekcie długoterminowo wpływać na najbardziej fundamentalne aspekty zaburzeń interakcji drobnoustroje–lokalny układ immunologiczny gospodarza. Nadzieję na przyszłość daje niewątpliwie wręcz lawinowy w ostatnim czasie rozwój możliwości w zakresie modulacji mikrobioty jamy ustnej za pomocą probiotyków stomatologicznych. Tym bardziej że już teraz wyniki są niezwykle obiecujące. 

Piśmiennictwo:

1. Pabst R. et al., Tissue distribution of lymphocytes and plasma cells and the role of the gut, Trends Immunol 2008, nr 29 (5), s. 206–208.
2. Holmgren J. et al., Mucosal immunity and vaccines, Nat Med 2005, nr 11 (4), s. S45–53.
3. Belkaid Y. et al., Homeostatic immunity and the microbiota, Immunity 2017, nr 46 (4), s. 562–576.
4. Costello E.K. et al., Bacterial community variation in human body habitats across space and time, Science 2009, nr 326 (5960), s. 1694–1697.
5. Proctor D.M. et al., The landscape ecology and microbiota of the human nose, mouth and throat, Cell Host Microbe 2017, nr 21 (4), s. 421–432.
6. Dewhirst F.E. et al., The human oral microbiome, J Bacteriol 2010, nr 192 (19), s. 5002–5017.
7. Hooper L.V. et al., Interactions between the microbiota and the immune system, Science 2012, nr 336 (6086), s. 1268–1273.
8. Dutzan N. et al., On-going mechanical damage from mastication drives homeostatic Th17 cell responses at the oral barier, Immunity 2017, nr 46 (1), s. 133–147.
9. Nassar M. et al., GAS6 is a key homeostatic immunological regulator of host-commensal interactions in the oral mucosa, Proc Natl Acad Sci USA 2017, nr 114 (3), s. E337–E346.
10. Devine D.A. et al., Modulation of host responses by oral commensal bacteria, J Oral Microbiol 2015, nr 7, art. 26 941.
11. Kaci G. et al., Anti-inflammatory properties of Streptococcus salivarius, a commensal bacterium of the oral cavity and digestive tract, Appl Environ Microbiol 2014, nr 80 (3), s. 928–934.
12. Zhang G. et al., Streptococcus cristatus attenuates Fusobacterium nucleatum-induced cytokine expression by influencing pathways converging on nuclear factor-κB, Mol Oral Microbiol 2011, nr 26 (2), s. 150–163.
13. Engen S.A. et al., The oral commensal Streptococcus mitis activates the aryl hydrocarbon receptor in human oral epithelial cells, Int J Oral Sci 2017, nr 9 (3), s. 145–150.
14. Mantovani A. et al., Macrophage plasticity and polarization in tissue repair and remodelling, J Pathol 2013, nr 229 (2), s. 176–185.
15. Huang C.B. et al., Macrophage polarization in response to oral commensals and pathogens, Pathog Dis 2016, nr 74 (3), ftw011.
16. Bankvall M. et al., The oral microbiota of patients with recurrent aphthous stomatitis, J Oral Microbiol 2014, nr 6, art. 25 739.
17. Hijazi K. et al., Mucosal microbiome in patients with recurrent aphthous stomatitis, J Dent Res 2015, nr 94 (3), s. 87S–94 S.
18. Kim Y.J. et al., Mucosal and salivary microbiota associated with recurrent aphthous stomatitis, BMC Microbiol 2016.
19. Said H.S. et al., Dysbiosis of salivary microbiota in inflammatory bowel disease and its association with oral immunological biomarkers, DNA Res 2014, nr 21 (1), s. 15–25.
20. Abe K. et al., Dysbiosis of oral microbiota and its association with salivary immunological biomarkers in autoimmune liver disease, PLoS One 2018, nr 13 (7), e0198757.