× ABONNEREN

Serie: Hora est. Neutrofielen in de mond: een dubbelsnijdend zwaard

Door op 01-03-2019
  • Inleiding
  • Promotieonderzoek
  • Conclusie
  • Literatuur
  • Reacties (0)

Op 14 september 2018 promoveerde Patrick Rijkschroeff aan de Universiteit van Amsterdam op zijn proefschrift ‘Characterization of polymorphonuclear neutrophils in the oral cavity’. De promotor was prof. dr. B.G. Loos en copromotor was dr. E.A. Nicu.

Inleiding

In elke mondholte komen vele micro-organismen voor die klachten kunnen veroorzaken. Toch blijft de mondholte over het algemeen klachtenvrij doordat er een actieve balans is tussen de orale micro-organismen en een gedoseerde immuunreactie. Een goed werkend immuunsys–teem wordt echter veelal als vanzelfsprekend beschouwd. Het directe belang van een goed werkend immuunsysteem is te zien bij patiënten bij wie deze immuunreacties verstoord zijn. Denk bijvoorbeeld aan leukemiepatiënten, patiënten die radiotherapie of chemotherapie ondergaan of patiënten met een aangeboren afwijking of een verworven ziekte (zoals diabetes mellitus) die gepaard gaat met verstoorde neutrofielenfunctionaliteit. Deze patiënten hebben een verhoogd risico op chronische infecties in het gehele lichaam, die ongecontroleerd kunnen verlopen en verspreiden, wat in enkele gevallen kan leiden tot levensbedreigende situaties.

De immunologische afweer bestaat uit diverse complexe systemen, waarbij meerdere verdedigingsmechanismen zorgen voor het tegenhouden van binnendringende micro-organismen (denk aan bijvoorbeeld de fysieke barrière van de huid/de orale mucosa), het herkennen van deze micro-organismen en indien nodig het vernietigen ervan. Tot deze laatste groep behoren de witte bloedcellen, ook wel bekend als leukocyten.

Polymorfkernige neutrofielen (PMN’s) zijn leukocyten die in staat zijn tot opname en intracellulair doden van lichaamsvreemd materiaal (fagocytose), vooral wanneer dit materiaal bedekt is met antilichamen en complementfactoren. Van alle verschillende soorten leukocyten is de PMN de meest aanwezige circulerende cel in de bloedbaan (± 60%). Typerend voor deze cel is dat de celkern kan variëren in grootte en in vorm. Vandaar de naam polymorfkernige neutrofielen (afb. 1).

Afb. 1. Neutrofiel. (Beeld: Shutterstock

Gezien de dominante aanwezigheid van PMN’s is er relatief veel onderzoek gedaan naar de rol van deze leukocyten in relatie tot reeds bestaande ontstekingen of reeds gediagnosticeerde ziekten. Desondanks is nader onderzoek naar de rol van orale PMN’s bij biologische processen in de gezonde mond nog onderbelicht. Verder is onbekend in hoeverre de orale PMN betrokken is bij de ontwikkeling van ziekte.

Promotieonderzoek

Het doel van het promotieonderzoek was de orale PMN’s in kaart te brengen in relatie tot een gezonde en een ontstoken mondsituatie. Een circulerende PMN in de bloedbaan komt uit een nagenoeg steriele omgeving, terwijl de orale PMN (ook in gezonde situatie) zich altijd in een gecontamineerde omgeving bevindt. Het staat daarom nog niet vast hoe deze witte bloedcellen zich ‘horen’ te gedragen in een gezonde mondsituatie en wat als afwijkend kan worden beschouwd. Om deze potentiële verschillen te kunnen beoordelen zijn kenmerken van de orale PMN’s en de circulerende bloed PMN’s met elkaar vergeleken. Hierbij heeft het onderzoek zich onder andere gericht op een variatie aan uiterlijke en functionele kenmerken; waaronder celaantallen en morfologie, verschillende varianten van celdood (zelf geprogrammeerde celdood, celdood door mutatie en DNA-schade) en de mate waarin PMN’s functioneel actief zijn (vrijlaten van antimicrobiële enzymen en productie van zuurstofradicalen). Verder werd onderzocht of er sprake was van eventuele afwijkingen in bloed en in hoeverre deze afwijkingen zich ook in de mond uitten. En andersom, of er sprake was van verworven karakteristieken die pas in de mond tot uiting kwamen, maar niet waren terug te vinden in bloed.

PMN’s kunnen zich vanuit de bloedbaan verplaatsen naar een focusgebied. Dit gebeurt door middel van een chemotactische gradiënt, waarbij deze cellen kunnen ‘waarnemen’ waar ze nodig zijn. In de mondholte wordt PMN-migratie voornamelijk waargenomen rondom het pocketepitheel. Vanuit de capillairen in de gingiva verplaatsen de PMN’s zich naar de mondholte. Daar komen deze cellen eerst terecht in de creviculaire vloeistof. Creviculaire vloeistof bestaat voor meer dan 80% uit PMN’s, maar bevat ook andere immuuncomponenten. Hier vindt de meeste interactie plaats waarbij PMN’s de invasie van micro-organismen uit supra- en subgingivale plaque proberen tegen te gaan. Een deel van de PMN’s zal de mond verder binnentreden en op de mucosa en andere delen van de mondholte de interactie verder aan gaan (afb. 2).

Afb. 2. Polymorfkernige neutrofielen (PMN’s) in de mond.

Wanneer een PMN in contact komt met een micro-organisme, dan raakt de PMN geactiveerd. Het micro-organisme wordt door de PMN opgenomen, waarna de PMN tracht deze met behulp van verschillende systemen te doden. De PMN bevat een variatie aan antimicrobiële enzymen (bijvoorbeeld elastase en lysozym) en daarbovenop heeft de PMN de capaciteit om zuurstofradicalen (bijvoorbeeld H2O2) te produceren, die schade kunnen toebrengen aan de micro-organismen. Van deze laatste stoffen is ook bekend dat deze een rol spelen bij processen als celveroudering, DNA-mutaties en kanker. De mate waarin een PMN geactiveerd raakt is afhankelijk van de interactie met het micro-organisme. Een bekende orale bacterie waarvan bekend is dat deze de PMN efficiënt kan activeren is de frequent voorkomende anaërobe, gramnegatieve Fusobacterium nucleatum. De PMN bevat meerdere receptoren om F. nucleatum snel te kunnen herkennen, waardoor het fagocytoseproces efficiënt kan verlopen.

De verschillende onderzoeken van dit promotieonderzoek waren opgedeeld in 2 hoofdgroepen, waarbij primair werd gekeken of er bij de deelnemende proefpersonen klinisch sprake was van een gezond balans in de mond, of dat er sprake was van een disbalans met actieve ontstekingen (bijvoorbeeld bij parodontitispatiënten). Voor deze onderzoeken werd aan alle deelnemers gevraagd om mondspoelingen en/of bloed te doneren, van waaruit de PMN’s geïsoleerd en geanalyseerd konden worden. Vervolgens werden bovengenoemde kenmerken van de orale en de bloed PMN’s in kaart gebracht. Hierbij is ook onderzocht of de geobserveerde kenmerken te wijten waren aan het feit dat de orale PMN’s zich niet meer in de bloedbaan bevonden maar in contact waren gekomen met speeksel. Als laatste is er ook onderzocht in hoeverre de PMN op gen-niveau veranderingen ondergaat wanneer er sprake is van een ontstekingsproces of een genezingsproces en in hoeverre deze genetische veranderingen een effect hebben op de functie van de orale PMN’s.

PMN-kenmerken op celniveau bij veranderende mondomstandigheden

Bij een onderzoekspopulatie van 268 gezonde proefpersonen met een gezonde (ontstekingsvrije) mond, bleek dat de celactivatie van orale PMN’s verhoogd was in vergelijking met naïeve (ongestimuleerde) PMN’s uit de bloedbaan. Verder werd aangetoond dat de orale PMN’s meer beschadigd waren en zich in een latere fase van celdood bevonden dan de PMN’s uit bloed. Desondanks werd een vergelijkbare functionele respons (productie van zuurstofradicalen) aangetoond tussen orale PMN’s en de bloed PMN’s, wanneer deze in contact kwamen met F. nucleatum. Dit is suggestief voor een gelijke functionele immuunreactie voor de orale en de bloed PMN’s.

Deze functionele immuunreactie bleef echter geheel achterwege bij de edentate patiënt. Bij deze patiënten waren, ondanks de afwezigheid van het pocketepitheel (en dus ook de creviculaire vloeistof), wel PMN’s terug te vinden in de mondholte, echter in zeer lage aantallen. Deze orale PMN’s bleken niet meer responsief en bevonden zich voornamelijk in een apoptotische/necrotische staat (celdood). De PMN’s in het bloed van edentate personen waren daarentegen wel responsief en vertoonden vergelijkbare activiteit als PMN’s in bloed van dentate proefpersonen. Dit betekent dat de geobserveerde kenmerken van orale PMN’s locatiespecifiek zijn, afhankelijk zijn van de interactie met de lokale mondomgeving en geen sys­temisch verworven eigenschap zijn. Deze veranderingen hebben als gevolg dat bij patiënten met een volledige gebitsprothese de weerstand en adaptie zijn verminderd tegen een verstoring van de orale microbiële flora (dysbiose). Het behouden van een natuurlijke dentitie komt dus ook de immunologische afweer in de mondholte ten goede.

In de laatste decennia is er veel aandacht gekomen voor parodontitis in relatie tot de algemene gezondheid. Bovenop de reeds genoemde kenmerken van orale PMN’s en bloed PMN’s, is er in dit promotieonderzoek bij parodontitispatiënten ook gekeken naar de aanwezigheid van eiwitafbrekende enzymen (protease-activiteit). Bij parodontitispatiënten werden hogere aantallen beschadigde orale PMN’s waargenomen, in vergelijking met een controlegroep zonder parodontitis. De orale PMN’s van zowel parodontitispatiënten als de gezonde controlegroep, waren sterk geactiveerd en toonden het vermogen tot een functionele immuunreactie op F. nucleatum. Bij parodontitispatiënten was er verder sprake van een verhoogde protease-activiteit in de mondholte, die correleerde met de aantallen orale PMN’s. Dit suggereert dat deze combinatie van PMN-kenmerken (hoge aantallen beschadigde orale PMN’s en verhoogde staat van activatie) ertoe leidt dat de antimicrobiële enzymen en andere schadelijke moleculen, als H2O2, vrij kunnen komen in de mond van parodontitispatiënten. Hoewel de orale PMN’s van origine een beschermende rol horen te vervullen in de mond waarbij niet alleen bacteriën, maar ook necrotische cellen worden opgeruimd, kunnen deze functionele karakteristieken een nadelig gevolg hebben voor de mondomgeving. De persis­terende aanwezigheid van actieve PMN’s kan leiden tot een overmaat aan schadelijke moleculen die onbedoeld de mondweefsels kunnen aantasten. Deze ongecontroleerde activiteit kan de ontsteking in stand houden en mogelijk verergeren, afhankelijk van de locatie en de chroniciteit van de infectie.

Interactie van PMN met speeksel

De interactie van PMN’s met speeksel werd onderzocht om te evalueren of de geobserveerde kenmerken van orale PMN’s te verklaren zijn doordat deze cellen niet meer in bloed aanwezig zijn, maar in contact staan met speeksel. Hiertoe werden uit bloed geïsoleerde PMN’s gedurende 1 tot 2 uur in contact gebracht met humaan speeksel. De morfologie van PMN’s werd onderzocht op de membraanintegriteit met behulp van flowcytometrie en transmissie-elektronenmicroscopie. Humaan speeksel bleek geen effect te hebben op de morfologie en op meerdere functionele eigenschappen (adhesie, fagocytose en zuurstofradicalen productie) van PMN’s. Dit impliceert dat orale PMN’s specifieke karakteristieken verkrijgen tijdens het migratieproces naar de mondholte en deze kenmerken mogelijk voortkomen uit een verdere interactie met de parodontale en orale omgeving. De resultaten uit dit onderzoek toonden ook een bijzondere interactie aan tussen speeksel en F. nucleatum. Deze bacterie werd in speeksel namelijk minder goed herkend door de PMN’s (verminderde adhesie), met als gevolg een gedempte functionele respons. Dit kan wenselijk zijn aangezien een ongecontroleerde PMN-activiteit tegen een frequent voorkomende orale bacterie zoveel mogelijk moet worden voorkomen.

PMN-activiteit op gen-niveau bij veranderende mondomstandigheden

Voordat de PMN’s een functionele respons kunnen uitvoeren, moet er genetische informatie in de vorm van messenger-RNA (m-RNA) vanuit de celkern worden verwerkt. Hierdoor krijgen PMN’s de benodigde informatie om bijvoorbeeld antimicrobiële enzymen te produceren en het fagocytoseproces te starten. Verwerken van m-RNA heet transcriptie. In dit onderzoek werd het gen-expressieprofiel (transcriptoom) voor orale PMN’s in kaart gebracht. Dit is geëvalueerd bij proefpersonen die gedurende 2 weken waren gestopt met hun dagelijkse mondhygiëneroutine. Hierdoor nam de hoeveelheid tandplaque langs de gingivarand toe en ontwikkelde zich gingivitis. Tijdens deze experimentele gingivitisfase steeg het aantal orale PMN’s en werd het transcriptoom geanalyseerd. In het transcriptoom zijn 2 hoofdclusters van genen (initiële en latere respons genen) geobserveerd die gerelateerd waren aan verschillende stadia van gingivitis (initiatie en maturatie).

Na deze experimentele periode pakten de proefpersonen hun dagelijkse mondhygiëneroutine weer op. De resolutie van gingivitis werd klinisch vastgesteld, waarbij afname van de hoeveelheid tandplaque, mate van bloeding, en zwelling en verkleuring van de gingiva werd waargenomen. Tijdens deze genezingsfase kon een derde hoofdcluster van genen worden vastgesteld. De combinaties van gen-expressies binnen de 3 hoofdclusters vertaalden zich direct naar verschillende PMN-functies, als migratie, productie van zuurstofradicalen en fagocytose. Er werd ook een communicerende rol voor de PMN’s vastgesteld die kan zorgen voor activatie/regulatie van het immuunsysteem in een bredere zin. De resultaten suggereren een grote functionele complexiteit voor orale PMN’s, waarbij de betrokkenheid van deze cel zowel functioneel als immunoregulerend bleek, tijdens de ontwikkeling van gingivitis en de daaropvolgende genezing.

Conclusie

De orale PMN’s kunnen bijdragen aan het in standhouden van een evenwicht in de mond. De functies van PMN’s reiken verder dan alleen het doden van micro-organismen. Zo zijn er aanwijzingen voor celcommunicatie en activatie van het algehele immuunsysteem. Deze rol is echter ambivalent: de aanwezigheid kan zowel beschermend als schadelijk zijn voor de mond. Als een dubbelsnijdend zwaard, zorgt deze dualiteit ervoor dat een te grote hoeveelheid persisterende actieve PMN’s kan leiden tot onbedoelde schade. Daarentegen is een te lage hoeveelheid PMN’s of een verminderde functionaliteit niet gewenst met het oog op verspreiding van infecties. Het lijkt erop dat synergie van het immuunsysteem benodigd is voor homeostase in de mond. De uitdaging voor toekomstig onderzoek ligt vooral in het omzetten van deze fundamentele kennis naar een klinische context. Hierbij kan worden gedacht aan potentiële toepassingen zoals een surrogaat (bio)marker gericht op diagnostiek en preventie (screening tool) of wellicht met betrekking tot individuele behandelstrategieën (personalized medicine). De gerapporteerde resultaten kunnen dan als potentiële referentiewaarden fungeren in deze verdere zoektocht.

Literatuur

  • Rijkschroeff. P. Characterization of polymorphonuclear neutrophils in the oral cavity. A double-edged sword. Amsterdam: Universiteit van Amsterdam, 2018. Academisch proefschrift.

Lees verder

Log in om een reactie te plaatsen

Nog geen abonnee? Registreer vandaag nog

Auteursinformatie

  • P. Rijkschroeff
  • Uit de afdeling Parodontologie van het Academisch Centrum voor Tandheelkunde Amsterdam (ACTA)
  • Datum van acceptatie: 23 januari 2019
  • Adres: dr. Rijkschroeff, Gustav Mahlerlaan 3004, 1081 LA, Amsterdam
  • p.rijkschroeff@acta.nl

Download bij dit artikel