LPSよりも酪酸の方が、細胞間結合のダウンレギュレーションとパイロプトーシスの誘発により、歯肉上皮のホメオスタシスを破壊する

Butyrate rather than LPS subverts gingival epithelial homeostasis by downregulation of intercellular junctions and triggering pyroptosis.

抄録

目的:

酪酸ナトリウム（NaB）とリポポリサッカライド（LPS）が歯肉上皮バリアに及ぼす影響を調べる。

AIM: To investigate the effects of sodium butyrate (NaB) and lipopolysaccharide (LPS) on gingival epithelial barrier.

材料と方法:

ヒト初代歯肉上皮細胞を培養し、免疫染色、共焦点顕微鏡、電界放出型走査電子顕微鏡（FE-SEM）、透過型電子顕微鏡（TEM）、経上皮電気抵抗（TEER）、FTIC-デキストランフラックス、フローサイトメトリー、リアルタイムPCR、ウェスタンブロット法により、in vitroおよびin vivoレベルで歯肉上皮バリアに及ぼすNaBおよびLPSの影響とそのメカニズムを調べた。

MATERIAL AND METHODS: We cultured human primary gingival epithelial cells and investigated the effects of NaB and LPS on gingival epithelial barrier and involved mechanisms at in vitro and in vivo levels by immunostaining, confocal microscopy, field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), transmission electronic microscopy (TEM), transepithelial electrical resistance (TEER), FTIC-dextran flux, flow cytometry, real-time PCR and Western blot assays.

結果:

その結果、LPSよりもNaBの方が、細胞間の結合を破壊して上皮バリアを破壊し、細胞の膨潤、大きな気泡、細胞膜の孔形成、細胞内小器官の変化などの特徴的な形態変化を伴う歯肉上皮細胞のパイロプトーシスを誘発することがわかった。この効果には、パイロプトーシス関連マーカーであるカスパーゼ-3とガスダーミン-E（GSDME）の発現上昇が寄与していた。NaBによって惹起されるパイロプトーシスは、炎症性の細胞死である。パイロプトーシスによる細胞死は、IL-8やMCP-1の発現増加、細胞膜の破裂による細胞内内容物の細胞外への放出など、炎症反応を誘発することがわかった。

RESULTS: Our results showed that NaB, rather than LPS, destroyed the epithelial barrier by breaking down cell-cell junctions and triggering gingival epithelial cell pyroptosis with characteristic morphological changes, including swollen cells, large bubbles, pore formation in the plasma membrane and subcellular organelles changes. The upregulated expression of pyroptosis-related markers, caspase-3 and gasdermin-E (GSDME) contributed to this effect. Pyroptosis aroused by NaB is a pro-inflammatory cell death. Pyroptotic cell death provoked inflammatory responses by upregulation of IL-8 and MCP-1, and releasing intracellular contents into the extracellular microenvironment after pyroptotic rupture of the plasma membrane.

おわりに:

酪酸は、歯肉上皮バリアの強力な破壊因子であるとともに、炎症を促進するメディエーターであることが明らかになり、歯周炎発症の理解に新たな光を当てた。

CONCLUSIONS: Our new findings indicate that butyrate is a potent destructive factor of gingival epithelial barrier and pro-inflammatory mediator, which shed a new light on our understanding of periodontitis initiation.