Гипоксия-зависимый транскрипционный контроль активности деструктивных изменений пародонта воспалительного и злокачественного генеза

Читать метаданные

Цель исследования — оценить клинико-диагностическую информативность определения уровня гипоксия-индуцибельного фактора-1α (HIF-1α) в десневой жидкости у пациентов при хроническом генерализованном пародонтите (ХГП) и обострении воспалительных заболеваний пародонта у больных раком слизистой оболочки полости рта (СОПР). Клиническое исследование проведено при участии 60 пациентов с ХГП (1-я группа) и 22 пациентов с раком СОПР (2-я группа) стадии Т1—2N0M0, а также 15 практически здоровых лиц без выявленной патологии пародонта. Пациенты с ХГП в зависимости от глубины пародонтальных карманов (ПК) были разделены на две подгруппы — с легкой степенью (глубина ПК до 3,5 мм) и средней степенью (глубина ПК от 4 до 6 мм). Пациенты 2-й группы также были разделены на две подгруппы — с обострением ХГП (n=12) и с отсутствием осложнений (n=10). Содержание HIF-1α в десневой жидкости определяли методом иммуноферментного анализа. Результаты проведенного исследования позволили установить, что у больных 1-й группы концентрация HIF-1α в воспалительном экссудате возрастала в 2,4 раза (p<0,001) по сравнению с показателями группы контроля. Концентрация HIF-1α в содержимом пародонтальных карманов у пациентов с ХГП зависела от тяжести заболевания: при ХГП легкой степени не отличалась от группы контроля, а при ХГП средней степени была выше в 3,15 раз (p<0,001). У больных раком СОПР концентрация HIF-1α в десневой жидкости не зависела от наличия воспалительного поражения пародонта и определялась многократным возрастанием уровня биомаркера (в 7,5 раза) ввиду развития злокачественного процесса в ротовой полости. Следовательно, мониторирование концентрации HIF-1α в десневой жидкости информативно у пациентов с ХГП при оценке тяжести состояния пародонта, а также при дифференциальной диагностике со злокачественными образованиями полости рта.

Ключевые слова:

гипоксия-индуцибельный фактор

хронический генерализованный пародонтит

рак слизистой оболочки полости рта

десневая жидкость

Авторы:

Зорина О.А.

ГБОУ ВПО "Первый МГМУ имени И.М. Сеченова"

Амхадова М.А.

ГБУЗ МО «Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. Владимирского», Москва, Россия, 129110

Абаев З.М.

ГБОУ ВПО "Первый МГМУ имени И.М. Сеченова"

Хамукова А.А.

Республиканский стоматологический центр, Нальчик, Россия

Демидова А.А.

Кафедра стоматологии №1 ГБОУ ВПО «Ростовский государственный медицинский университет» Минздрава России, Ростов-на-Дону, кафедра стоматологии №2 стоматологического факультета ГБОУ ВПО «Ростовский государственный медицинский университет» Минздрава России, Ростов-на-Дону, кафедра микробиологии и вирусологии №2 медико-профилактического факультета ГБОУ ВПО «Ростовский государственный медицинский университет» Минздрава России, Ростов-на-Дону

Список литературы:

Biddlestone J, Bandarra D, Rocha S. The role of hypoxia in inflammatory disease (review). Int J Mol Med. 2015;35:859-869. https://doi.org/10.3892/ijmm.2015.2079
Шустов Е.Б., Каркищенко Н.Н., Дуля М.С., Семенов Х.Х., Оковитый С.В., Радько С.В. Экспрессия гипоксия-индуцибельного фактора HIF1α как критерий развития гипоксии тканей. Биомедицина. 2015; 1(4):4-15.
Tanaka M, Hanioka T, Takaya K, Shizukuishi S. Association of oxygen tension in human periodontal pockets with gingival inflammation. J Periodontol. 1998;69:1127-1130. https://doi.org/10.1902/jop.1998.69.10.1127
Karhausen J, Haase VH, Colgan SP. Inflammatory hypoxia: role of hypoxia-inducible factor. Cell Cycle. 2005;4:256-258.
Кречина О.А., Зорина О.А., Молчанов А.М., Шилов А.М. Нарушение микроциркуляции в тканях пародонта у пациентов с хроническим генерализованным пародонтитом в сочетании с метаболическим синдромом. Стоматология. 2016;95(1):27-30. https://doi.org/10.17116/stomat201695127-30
Yu XJ, Xiao CJ, Du YM, Liu S, Du Y, Li S. Effect of hypoxia on the expression of RANKL/OPG in human periodontal ligament cells in vitro. Int J Clin Exp Pathol. 2015;8:12929-12935.
Зорина О.А., Абаев З.М., Магомедов Р.Н., Проходная В.А., Максюкова Е.С. Диагностическая информативность определения остеомаркеров в сыворотке крови при хроническом генерализованном пародонтите средней и тяжелой степени. Стоматология. 2019;98(1): 17-20. https://doi.org/10.17116/stomat20199801117
Ghallab NA. Diagnostic potential and future directions of biomarkers in gingival crevicular fluid and saliva of periodontal diseases: review of the current evidence. Arch Oral Biol. 2018;87:115-124. https://doi.org/10.1016/j.archoralbio.2017.12.022
Shi Q-Y, Huang S-G, Zeng J-H, X-G. Expression of hypoxia inducible factor-1α and vascular endothelial growth factor-C in human chronic periodontitis. J Dent Sci. 2015;10:323-333. https://doi.org/10.1016/j.j.ds2014.09.004
Song ZC, Zhou W, Shu R, Ni J. Hypoxia induces apoptosis and autophagic cell death in human periodontal ligament cells through HIF-1alpha pathway. Cell Prolif. 2012;45(3):239-248. https://doi.org/10.1111/j.1365-2184.2012.00810.x
Кононенко В.И., Максюков А.Ю. Роль транскрипционного фактора, чувствительного к гипоксии. Nypoxia-inducible factor-1 в опухолевой прогрессии при раке слизистой оболочки полости рта. Институт стоматологии. 2015;2:36-38.
Vajaria BN, Patel KR, Begum R, Patel PS. Sialylation: an avenue to target cancer cells. Pathol oncol res. 2016;22(3):443-447. https://doi.org/10.1007/s12253-015-0033-6
Parkinson EK, James EL, Prime SS. Senescence-derived extracellular molecules as modulators of oral cancer development: a mini-review. Gerontology. 2016;62(4):417-424. https://doi.org/10.1159/000440954
Semenza GL. Oxygen sensing, hypoxia-inducible factors and disease pathophysiology. Ann rev pathol. 2013;7:7. https://doi.org/10.1146/annurev-pathol-012513-104720

Закрыть метаданные

Энергетический гомеостаз в присутствии кислорода является основой для жизнедеятельности клеток всего организма. Такие патофизиологические процессы, как гипоксия и воспаление, гипоксия и деструктивно-некротические процессы в тканях часто сопряжены и моделируют интенсивность друг друга [1]. На уровне тканей и клеток, в том числе комплекса пародонта, адаптивные реакции на низкое напряжение кислорода в основном опосредованы через ключевой механизм регуляции клеточной транскрипции или переноса генетической информации с ДНК на РНК. В этом направлении наибольший интерес представляет изучение гипоксия-индуцибельного фактора-1α (HIF-1α), контролирующего активацию транскрипционных процессов в клетках в ответ на гипоксическое состояние [2].

Гипоксия имеет патогенетическое значение для развития хронических воспалительных изменений в тканях пародонта. Грамотрицательные анаэробные бактерии способствуют снижению тканевого напряжения кислорода в глубине пародонтальных карманов [3]. При воспалительной инфильтрации пародонта иммунокомпетентными клетками и активации резидентных Т-лимфоцитов наблюдается повышенное потребление кислорода [4].

В свою очередь, повреждение эндотелия микрососудов и отек ткани при воспалении пародонта приводят к нарушению микроциркуляции и снижению кислородного обеспечения ткани [5]. Низкий уровень кислорода в тканях пародонта может быть мощным иммуномодулирующим сигналом. Так, в условиях гипоксии клетки периодонтальных связок экспрессируют провоспалительные цитокины — интерлейкин-1β, интерлейкин-6, простагландин Е2, рецептор-активатор ядерного фактора-каппа B (RANKL) и остеопротегерин [6], которые тесно связаны с разрушением тканей пародонта [7, 8].

Выраженная гипоксия может оказывать цитотоксический эффект на стволовые клетки периодонтальной связки (PDL) через митохондриально-апоптический и аутофагический пути с участием HIF-1α [9, 10]. При онкологических заболеваниях полости рта гипоксия-зависимый фактор способствует инвазии и миграции опухолевых клеток, развитию гнойных осложнений при химиолучевом лечении злокачественных опухолей [11].

Все вышеуказанное определяет научный интерес к изучению диагностической и клинической информативности уровня HIF-1α в локальных биотопах при воспалительных и гнойных процессах полости рта различного генеза.

Цель исследования — оценить клинико-диагностическую информативность определения уровня HIF-1α в десневой жидкости у пациентов при хроническом генерализованном пародонтите (ХГП) и обострении воспалительных заболеваний пародонта у больных раком слизистой оболочки полости рта (СОПР).

Материал и методы

Исследование было одобрено Локальным независимым этическим комитетом ФГБУ НМИЦ «Центрального научно-исследовательского института стоматологии и челюстно-лицевой хирургии» Минздрава России и этическим комитетом ФГБУ «Ростовский научно-исследовательский онкологический институт» Минздрава России.

Клиническая часть работы была проведена совместно ФГБУ НМИЦ CЧЛХ Минздрава России, Республиканским стоматологическим центром г. Нальчика и ФГБУ РНИОИ Минздрава России. Всего в работе принимали участие 97 человек обоего пола в возрасте от 30 до 60 лет. Из них 15 пациентов — практически здоровые лица без патологии пародонта вошли в группу контроля. 60 пациентов с диагнозом ХГП (МКБ-10 К05.31) составили 1-ю группу, 22 пациента с раком СОПР — 2-ю группу.

Стоматологическое обследование всех пациентов проходило согласно стандартному протоколу с определением глубины пародонтальных карманов и гигиенических индексов.

При формировании 1-й группы учитывали следующие критерии включения: ХГП легкой и средней степени (К05.31); возраст больных 30—60 лет. Критерии исключения: пациенты с глубиной пародонтальных карманов ≥6 мм, а также в стадии обострения; с тяжелой общесоматической патологией — ВИЧ, СПИД, онкологические заболевания; пациенты, системно принимающие медикаментозные препараты общего или местного действия, в том числе стероидные или нестероидные противовоспалительные, антибиотики, антимикробные препараты; беременность или период лактации.

При формировании 2-й группы критериями включения были: плоскоклеточный рак СОПР; возраст больных до 60 лет включительно; проведение неоадъювантной лучевой терапии. Критерии исключения: наличие тяжелой сопутствующей патологии с декомпенсацией дыхательной, сердечно-сосудистой и мочевыделительной системы.

Группа контроля из 15 практически здоровых лиц (8 мужчин и 7 женщин) без патологии пародонта в возрасте 40—60 лет была сформирована для определения значений иммунологических показателей.

Всем пациентам были разъяснены цель и задачи исследования в устном и письменном виде. Пациенты, согласившиеся принять участие в исследовании, подписывали форму добровольного информированного согласия на проведение исследования.

Средний возраст пациентов 1-й группы составлял 48,05±0,54 года (медиана 49 лет), 2-й группы — 53,2±2,5 года. В 1-ю группу вошли 34 (56,7%) женщины и 26 (43,3%) мужчин, во 2-ю группу 15 (68%) мужчин и 7 (32%) женщин.

Пациенты 1-й группы с ХГП в зависимости от глубины пародонтальных карманов (ПК) были разделены на две подгруппы: с легкой степенью — 27 (45%) пациентов, со средней степенью — 33 (55%).

Во 2-ю группу больных с диагнозом рак СОПР включали пациентов со стадией Т1-2N0M0. Размер первичной опухоли составлял от 2 до 4 см. Опухоль располагалась в слизистой оболочке альвеолярного отростка нижней челюсти. Пациенты 2-й группы были также разделены на две подгруппы: 12 пациентов с обострением ХГП и гингивитом после лучевой терапии и 10 пациентов с отсутствием осложнений.

Лабораторную часть исследования проводили при помощи иммуноферментного анализа. В качестве исследуемого материала использовали десневую жидкость. Сбор жидкости осуществляли при помощи пинцета стерильным бумажным эндодонтическим штифтом размером № 25, помещая его в пародонтальный карман или в зубодесневую борозду не менее, чем на 10 секунд на максимальную глубину. Объем экссудата определяли по разнице весов бумажного штифта до и после сорбции экссудата.

Содержание HIF-1α в десневой жидкости определяли методом иммуноферментного анализа с помощью тест-систем ELISA Kit for Hypoxia Inducible Factor 1 Alpha (HIF1α) (Cloud-Clone Corp.) на фотометре Multiscan-Р 2 («Thermo Fisher Scientifi c Inc.», Финляндия) при длине волны 450 нм.

Статистический анализ результатов исследования проводился с помощью программы Statistica 12.0 («Stat Soft Inc.», США).

Результаты исследования

У пациентов группы контроля в содержимом зубо-десневого желобка концентрация HIF-1α была в среднем 81,2±1,20 пг/мкл с колебанием от 74 до 91 пг/мкл. Межквартильный диапазон с колебанием около медианы 50% величин маркера составил от 77,6 до 84,3 пг/мкл (табл. 1).

*Таблица 1.* Концентрация HIF-1α в содержимом пародонтальных карманов у пациентов 1-й и 2-й групп в десневой жидкости и у здоровых лиц

Примечание. M — средняя выборочная, m — ошибка средней выборочной величины, Me —медиана, [25—75] — межквартильный диапазон.

У пациентов 1-й группы с ХГП (легкой и средней степени) в общем по группе концентрация HIF-1α была в среднем 196,4±13,87 пг/мкл с колебанием от 76 до 378 пг/мкл, медианой 176,4 пг/мкл и межквартильным диапазоном 92,5—302,6 пг/мкл. По сравнению с показателями группы контроля содержание HIF-1α в экссудате пародонтальных карманов было выше в 2,4 раза (р<0,001) (рис. 1).

*Рис. 1.* Показатели медианы, межквартильного диапазона и размаха концентрации HIF-1α у пациентов 1-й и 2-й групп, а также у здоровых пациентов контрольной группы.
* — статистически значимые различия по сравнению со здоровыми лицами, о — между 1-й и 2-й группой при p<0,05.

У пациентов 2-й группы в десневой жидкости концентрация HIF-1α возросла по отношению к аналогичному показателю у здоровых лиц в 7,5 раза (р<0,001) (рис. 1). Имело место статистически значимое различие и по отношению к пациентам 1-й группы.

Таким образом, нами установлен факт повышения гипоксия-зависимого фактора в десневой жидкости, активирующего транскрипционные процессы в клетках пародонта при ХГП. Наличие усиленной экспрессии белка HIF-1α в биоптатах десневой ткани у пациентов с ХГП было установлено ранее в молекулярно-генетических исследованиях [9]. Поскольку нами было обнаружено повышение концентрации HIF-1α в исследуемом материале, эти данные указывают на возможную роль гипоксия-зависимых механизмов в регуляции иммунных реакций в ответ на бактериальное воспаление тканей пародонта.

Кроме того, при наличии злокачественного процесса в ротовой полости повышение концентрация HIF-1α в десневой жидкости было многократным.

На следующем этапе задачей исследования явилось выяснить, как тяжесть ХГП влияла на уровень HIF-1α в десневой жидкости, а также оказывало ли наличие обострения ХГП после неоадъювантного лучевого воздействия у больных раком СОПР на уровень изучаемого маркера.

Концентрация HIF-1α в содержимом пародонтальных карманов у пациентов с ХГП зависела от тяжести заболевания: при ХГП легкой степени составляла 89,9±1,69 пг/мкл, а при ХГП средней степени была выше в 3,15 раза (р<0,001) и соответствовала 283,6±10,75 пг/мкл (табл. 2).

*Таблица 2.* Концентрация HIF-1α в содержимом пародонтальных карманов у пациентов 1-й группы с ХГП в зависимости от тяжести заболевания

Концентрация HIF-1α в десневой жидкости у здоровых лиц и у пациентов с ХГП легкой степени статистически значимо не различалась, а у пациентов с ХГП средней степени была выше в содержимом пародонтальных карманов в 3,5 раза (р<0,001) (рис. 2). Следовательно, накопление гипоксия-зависимого фактора контроля транскрипционных процессов в воспалительном экссудате при ХГП имело место только при средней степени заболевания в отличие от легкой.

*Рис. 2.* Показатели медианы, межквартильного диапазона и размаха концентрации HIF-1α у пациентов ХГП легкой степени (ХГП ЛС) и средней степени (ХГП СрС), раком СОПР с гнойно-некротическими осложнениями (Осл РСОПР) и без осложнений (РСОПР б/осл), а также у здоровых пациентов контрольной группы (Зд).
* — статистически значимые различия по сравнению со здоровыми лицами.

У больных раком СОПР концентрация HIF-1α в десневой жидкости не зависела от наличия обострения ХГП (табл. 3).

*Таблица 3.* Концентрация HIF-1α в десневой жидкости у пациентов 2-й группы с раком СОПР в зависимости от наличия или отсутствия обострения воспалительных заболеваний пародонта

Примечание. M — средняя выборочная, m — ошибка средней выборочной величины, Me — медиана, [25—75] — межквартильный диапазон.

Таким образом, факт, способствующий повышению активности гипоксия-зависимых механизмов, был обусловлен наличием злокачественного процесса в ротовой полости.

Неоадъювантное химиолучевое лечение больных раком СОПР угнетает иммунологический статус организма и способствует развитию воспалительных и гнойных осложнений, что обусловливает необходимость проводить дополнительные стоматологические осмотры ротовой полости с профилактическими и лечебными мероприятиями, изучать и совершенствовать методы прогнозирования и лечения гнойных осложнений [12].

Для решения подобных практических задач возникает потребность в дополнительных молекулярных прогностических маркерах, которые могли бы отражать фактическое состояние опухолевой прогрессии и определять объективный прогноз развития заболевания [13].

Концентрация HIF-1α в десневой жидкости резко возрастала при онкологическом заболевании и не зависела от отсутствия или наличия ХГП и его обострения. Следовательно, мониторирование концентрации HIF-1α в десневой жидкости информативно у пациентов с ХГП для объективной оценки степени тяжести заболевания, а также при дифференциальной диагностике воспалительных и онкологических заболеваний ротовой полости.

Повышенная активность HIF-1α содействует синтезу защитных факторов и увеличивает бактерицидную активность, обеспечивает способы усиления врожденных иммунных реакций на микробную, в том числе бактериальную инфекцию [14]. Усиление секреции HIF-1α ассоциировано также с механизмами развития рака СОПР, что требует тщательного дальнейшего доказательства.

Вывод

Уровень гипоксия-зависимого контроля активности транскрипционных процессов посредством стабилизации и накопления в пародонтальных карманах фактора HIF-1α у пациентов при ХГП повышается (p<0,05) по мере нарастания воспалительно-деструктивных процессов в пародонте, в частности, при переходе ХГП от легкой степени к средней.

У пациентов при раке СОПР концентрация HIF-1α в десневой жидкости многократно возрастает вне зависимости от наличия или присутствия ХГП или его обострения.

Мониторирование концентрации HIF-1α в десневой жидкости информативно у пациентов с ХГП для оценки тяжести состояния пародонта, а также при дифференциальной диагностике со злокачественными образованиями полости рта.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflict of interests.