Kazan medical journalKazan medical journalКазанский медицинский журнал0368-48142587-9359Eco-Vector10945910.17816/KMJ109459Theoretical and clinical medicineТеоретическая и клиническая медицинаResearch ArticleMicrovesicles and neutrophil aggression factors in the pathogenesis of chronic periodontitisМикровезикулы и факторы агрессии нейтрофилов в патогенезе хронического пародонтитаhttps://orcid.org/0000-0002-1272-5610FefelovAlexander A.ФефеловАлександр Александрович
Russian Federation

M.D., Regional Dental Polyclinic; PhD Stud., Depart. of Pathological Physio­logy

врач-стоматолог-хирург, пародонтолог; соискатель, каф. патологической физиологии

thedantists@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0975-2351TsybikovNamzhil N.ЦыбиковНамжил Нанзатович
Russian Federation

M.D., D. Sci. (Med.), Prof., Head of Depart., Depart. of Pathological Physiology

докт. мед. наук, проф., зав. каф., каф. патофизиологии

thybikov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0724-0352FefelovaElena V.ФефеловаЕлена Викторовна
Russian Federation

M.D., D. Sci. (Med.), Prof., Depart. of Pathological Physiology

докт. мед. наук, проф., каф. патофизиологии

fefelova.elena@mail.ruRegional dental clinicКраевая стоматологическая поликлиникаChita State Medical AcademyЧитинская государственная медицинская академия280620232407202310445165222407202228062023Copyright ©; 2023, Eco-VectorCopyright ©; 2023, Эко-Вектор2023Eco-VectorЭко-Векторhttps://kazanmedjournal.ru/kazanmedj/article/view/109459

Background. It is known that the number of polymorphonuclear leukocytes increases with the development of periodontitis. However, their role in the pathogenesis of chronic periodontitis has not been fully defined.

Aim. To study the pathogenetic role of polymorphonuclear leukocytes in the development of chronic periodontitis, realized by microvesicles and aggression factors (metalloproteinases, myeloperoxidase, calprotectin, lipocaine 2).

Material and methods. 30 patients aged 30 to 50 years with a diagnosis of “chronic generalized periodontitis of moderate severity (K05.3)” and no severe somatic pathology were under observation. The comparison group included 20 people with no inflammatory diseases in the oral cavity, comparable with the main group in terms of gender, age, nationality, and the presence of bad habits. Using a standard set of indices, the state of periodontal tissues was assessed, and all examined patients underwent X-ray examination. In the oral fluid of the examined, the total number of microvesicles and their phenotype, the concentration of matrix metalloproteinases-2 and -9, myeloperoxidase, calprotectin, lipocaine 2 were determined. The parameters were determined using a flow cytometer. Descriptive statistics are represented by the median and interquartile range (25th and 75th percentiles). Two independent sample sets were compared using the Mann–Whitney test. Correlation analysis was carried out according to the Spearman method.

Results. The total number of microvesicles in the oral fluid in patients with chronic periodontitis was 11 times higher than in healthy volunteers (p=0.00001). More than a third of them had neutrophil markers. The levels of neutrophil aggression factors were also higher in patients with periodontitis and correlated with the value of the periodontal index, the depth of the periodontal pocket, bleeding index, indicators of periodontal health. Thus, a strong positive relationship was found between the total number of microvesicles and the value of the periodontal index (r=0.675), the depth of the periodontal pocket (r=0.763), the bleeding index (r=0.704); the number of neutrophilic microvesicles and indicators of periodontal health — r=0.816, r=0.837 and r=0.776, respectively. The content of metalloproteinase-2 correlated with the depth of the periodontal pocket (r=0.754), bleeding index (r=0.811), papillary-marginal-alveolar index (r=0.675).

Conclusion. Neutrophils contribute to the pathogenesis of chronic periodontitis through the secretion of aggression factors: metalloproteinases, myeloperoxidase, calprotectin, lipocaine 2, and microvesicles.

Актуальность. Известно, что количество полиморфноядерных лейкоцитов возрастает при развитии пародонтита. Однако их роль в патогенезе хронического пародонтита до конца не определена.

Цель. Исследовать патогенетическую роль полиморфноядерных лейкоцитов в развитии хронического пародонтита, реализуемую микровезикулами и факторами агрессии (металлопротеиназами, миелопероксидазой, кальпротектином, липокаином 2).

Материал и методы исследования. Под наблюдением находились 30 пациентов с диагнозом «хронический генерализованный пародонтит средней степени тяжести (K05.3)» и отсутствующей тяжёлой соматической патологией в возрасте от 30 до 50 лет. В группу сравнения были включены 20 человек с отсутствием воспалительных заболеваний в полости рта, сопоставимых с основной группой по полу, возрасту, национальной принадлежности, наличию вредных привычек. С помощью стандартного набора индексов оценивали состояние тканей пародонта, всем обследованным проведено рентгенологическое исследование. В ротовой жидкости обследуемых определяли общее количество микровезикул и их фенотип, концентрацию матриксных металлопротеиназ-2 и -9, миелопероксидазы, кальпротектина, липокаина 2. Определение показателей осуществляли с помощью проточного цитофлуориметра. Описательная статистика представлена медианой и межквартильным интервалом (25-го и 75-го процентилей). Сравнение двух независимых выборочных совокупностей осуществляли с применением критерия Манна–Уитни. Корреляционный анализ проведён по методу Спирмена.

Результаты. Суммарное количество микровезикул в ротовой жидкости у пациентов с хроническим пародонтитом было в 11 раз выше, чем у здоровых добровольцев (р=0,00001). Более трети из них имели маркёры нейтрофилов. Уровни факторов агрессии нейтрофилов также были выше у больных пародонтитом и коррелировали с величиной пародонтального индекса, глубиной пародонтального кармана, индексом кровоточивости, показателями здоровья пародонта. Так, обнаружена сильная положительная связь между общим количеством микровезикул и величиной пародонтального индекса (r=0,675), глубиной пародонтального кармана (r=0,763), индексом кровоточивости (r=0,704); количеством нейтрофильных микровезикул и показателями здоровья пародонта — r=0,816, r=0,837 и r=0,776 соответственно. Содержание металлопротеиназы-2 соотносилось с глубиной пародонтального кармана (r=0,754), индексом кровоточивости (r=0,811), папиллярно-маргинально-альвеолярным индексом (r=0,675).

Вывод. Нейтрофилы вносят вклад в патогенез хронического пародонтита за счёт секреции факторов агрессии: металлопротеиназ, миелопероксидазы, кальпротектина, липокаина 2 и микровезикул.

neutrophilschronic periodontitismicrovesiclesmetalloproteinasesmyeloperoxidasecalprotectinнейтрофилыхронический пародонтитмикровезикулыметаллопротеиназымиелопероксидазакальпротектинKibalina IV, Fefelova EV, Tsybikov NN. Dual role of neutrophilic granulocytes in the pathogenesis of atopic dermatitis. Zabaykalskiy meditsinskiy vestnik. 2020;(4):71–75. (In Russ.) DOI: 10.52485/19986173_2020_4_71.Кибалина И.В., Фефелова Е.В., Цыбиков Н.Н. Двойственная роль нейтрофильных гранулоцитов в патогенезе атопического дерматита. Забайкальский медицинский вестник. 2020;(4):71–75. DOI: 10.52485/19986173_2020_4_71.Kourtzelis I, Mitroulis I, von Renesse J, Hajishengallis G, Chavakis T. From leukocyte recruitment to resolution of inflammation: The cardinal role of integrins. J Leukoc Biol. 2017;102(3):677–683. DOI: 10.1189/jlb.3MR0117-024R.Czerniuk MR, Surma S, Romańczyk M, Nowak JM, Wojtowicz A, Filipiak KJ. Unexpected relationships: Periodontal diseases: Atherosclerosis-PLAQUE Destabilization? From the teeth to a coronary event. Biology (Basel). 2022;11(2):272. DOI: 10.3390/biology11020272.Rivera MF, Lee JY, Aneja M, Goswami V, Liu L, Velsko IM, Chukkapalli SS, Bhattacharyya I, Chen H, Lucas AR, Kesavalu LN. Polymicrobial infection with major periodontal pathogens induced periodontal disease and aortic atherosclerosis in hyperlipidemic ApoE(null) mice. PLoS One. 2013;8(2):e57178. DOI: 10.1371/journal.pone.0057178.Poryadin GV, Zakhvatov AN, Parshina AYu. Pathogenetic relationship of immunological disorders in chronic generalized periodontitis and rheumatoid arthritis. The Russian Archives of Internal Medicine. 2022;12(3):203–211. (In Russ.) DOI: 10.20514/2226-6704-2022-12-3-203-211.Порядин Г.В., Захватов А.Н., Паршина А.Ю. Патогенетическая взаимосвязь иммунологических нарушений при хроническом генерализованном пародонтите и ревматоидном артрите. Архивъ внутренней медицины. 2022;12(3):203–211. DOI: 10.20514/2226-6704-2022-12-3-203-211.Daniel R, Gokulanathan S, Shanmugasundaram N, Lakshmigandhan M, Kavin T. Diabetes and periodontal disease. J Pharm Bioallied Sci. 2012;4:S280–S282. DOI: 10.4103/0975-7406.100251.Borgnakke WS. Does treatment of periodontal disease influence systemic disease? Dent Clin North Am. 2015;59:885–917. DOI: 10.1016/j.cden.2015.06.007.Lamster IB, Pagan M. Periodontal disease and the metabolic syndrome. Int Dent J. 2017;67(2):67–77. DOI: 10.1111/idj.12264.Lin WC, Fessler MB. Regulatory mechanisms of neutrophil migration from the circulation to the airspace. Cell Mol Life Sci. 2021;78(9):4095–4124. DOI: 10.1007/s00018-021-03768-z.Fefelova EV. Changes of adhesive features of leucocytes under influence of hyperhomocysteinemia. Byulleten Vostochno-Sibirskogo nauchnogo tsentra Sibirskogo otdeleniya Rossiyskoy akademii meditsinskikh nauk. 2010;(3):267–269. (In Russ.)Фефелова Е.В. Изменение адгезивных свойств лейкоцитов под воздействием гипергомоцистеинемии. Бюллетень Восточно-Сибирского научного центра Сибирского отделения Российской академии медицинских наук. 2010;(3):267–269. EDN: OOPPBF.Jiang Q, Zhao Y, Shui Y, Zhou X, Cheng L, Ren B, Chen Z, Li M. Interactions between neutrophils and periodontal pathogens in late-onset periodontitis. Front Cell Infect Microbiol. 2021;11:627328. DOI: 10.3389/fcimb.2021.627328.Fedorenko EV, Fefelov AA. Determination of microvesicles in oral fluid collected with the “SALIVETTE” system in patients with chronic periodontitis and gingivitis. In: Meditsina zavtrashnego dnya. Materialy XVIII mezhregional'noy nauchno-prakticheskoy konferentsii studentov i molodykh uchyonykh. (Medicine of Tomorrow. Materials of the XVIII interregional scientific-practical conference of students and young scientists.) Collection of scientific papers. Chita: RIC CHGMA; 2019. р. 287–288. (In Russ.)Федоренко Е.В., Фефелов А.А. Определение микровезикул в ротовой жидкости, собранной с помощью системы �SALIVETTE�, у пациентов с хроническим пародонтитом и гингивитом. В кн.: Медицина завтрашнего дня. Материалы XVIII межрегиональной научно-практической конференции студентов и молодых учёных. Чита: РИЦ ЧГМА; 2019. с. 287–288.Mudrov VP, Davydova NV, Mishina TE, Kazakov SP. Local cellular immune response in chronic periodontitis. Medical immunology (Russia). 2021;23(6):1389–1394. (In Russ.) DOI: 10.15789/1563-0625-LCI-2377.Мудров В.П., Давыдова Н.В., Мишина Т.Е., Казаков С.П. Локальный клеточный иммунный ответ при хроническом пародонтите. Медицинская иммунология. 2021;23(6):1389–1394. DOI: 10.15789/1563-0625-LCI-2377.Hajishengallis G. Periodontitis: From microbial immune subversion to systemic inflammation. Nat Rev Immunol. 2015;15(1):30–44. DOI: 10.1038/nri3785.Hajishengallis G. Immunomicrobial pathogenesis of periodontitis: keystones, pathobionts, and host response. Trends Immunol. 2014a;35 (1):3–11. DOI: 10.1016/j.it.2013.09.001.Uriarte SM, Edmisson JS, Jimenez-Flores E. Human neutrophils and oral microbiota: A constant tug-of-war between a harmonious and a discordant coexistence. Immunol Rev. 2016;273(1):282–298. DOI: 10.1111/imr.12451.Fine N, Hassanpour S, Borenstein A, Sima C, Oveisi M, Scholey J, Cherney D, Glogauer M. Distinct oral neutrophil subsets define health and periodontal disease states. J Dent Res. 2016;95(8):931–938. DOI: 10.1177/0022034516645564.Lakschevitz FS, Aboodi GM, Glogauer M. Oral neutrophil transcriptome changes result in a pro-survival phenotype in periodontal diseases. PLoS One. 2013;8(7):e68983. DOI: 10.1371/journal.pone.0068983.Ramadan DE, Hariyani N, Indrawati R, Ridwan RD, Diyatri I. Cytokines and chemokines in periodontitis. Eur J Dent. 2020;14(3):483–495. DOI: 10.1055/s-0040-1712718.White PC, Chicca IJ, Cooper PR, Milward MR, Chapple IL. Neutrophil extracellular traps in periodontitis: A web of intrigue. J Dent Res. 2016;95(1):26–34. DOI: 10.1177/0022034515609097.Tsybikov NN, Baranov SV, Kuznik BI, Malezhik LP, Isakova NV. Serum, oral and gingival fluid levels of heat shock protein-70, cytokines and their autoantibodies by periodontal disease. Stomatologiya. 2014;93(1):16–18. (In Russ.)Цыбиков Н.Н., Баранов С.В., Кузник Б.И., Малежик Л.П., Исакова Н.В. Уровень белка теплового шока-70, цитокинов и аутоантител к ним в сыворотке крови, ротовой и зубодесневой жидкости при пародонтите. Стоматология. 2014;93(1):16–18. EDN: RWIGAB.