Parodontite cronica fortemente correlata all'Alzheimer, sviluppate piccole molecole contro il P. gingivalis

Le infezioni gengivali possono giocare un ruolo centrale nello sviluppo della malattia di Alzheimer (AD). Lo suggerisce una nuova ricerca pubblicata online su "Science Advances".

Le infezioni gengivali possono giocare un ruolo centrale nello sviluppo della malattia di Alzheimer (AD). Lo suggerisce una nuova ricerca pubblicata online su “Science Advances”.

Un team multinazionale di ricercatori ha condotto una serie di esperimenti per esaminare il potenziale impatto di Porphyromonas gingivalis, il principale agente patogeno della parodontite cronica, sullo sviluppo di AD. Gli autori, guidati da Stephen Dominy, chief scientific officer di Cortexyme (la società che ha finanziato lo studio), hanno studiato modelli murini ed esaminato il liquido cerebrospinale (CSF) e il tessuto cerebrale postmortem di individui con AD.

La presenza di infezione orale da P. gingivalis nei topi ha provocato l'infiltrazione cerebrale da parte dei batteri che è stata accompagnata da un aumento della produzione di beta-amiloide (Aβ)1-42, un componente delle placche amiloidi implicate nell'AD. Si è anche scoperto che le “gingipain” (particolari proteasi rilasciate da P. gingivalis per approvvigionarsi di nutrienti e svolgere la sua azione patogena) danneggiano la proteina tau, necessaria per la normale funzione neuronale e la cui disgregazione è parimenti implicata nell'AD.

Inoltre, il DNA di P. gingivalis è stato trovato nel CSF di pazienti AD viventi e in studi post mortem di pazienti con AD. Ancora, piccole molecole inibitrici di gingipain somministrate ai topi hanno ridotto il carico batterico di P. gingivalis nel cervello, bloccato la produzione di Aβ1-42, ridotto la neuroinfiammazione e protetto i neuroni dell'ippocampo nei topi.

«I nostri risultati indicano che c'è un aumento significativo del carico di gingipain, fattori di virulenza della cisteina proteasi secreti da P. gingivalis, nel cervello dei pazienti con AD, rispetto ai controlli senza demenza» affermano i ricercatori.

Inoltre, in questo studio «dimostriamo che questi effetti patologici possono essere bloccati dagli inibitori delle gingipain nei topi wild-type, fornendo una nuova strategia per il trattamento di AD mirando specificamente mirando al P. gingivalis e alle gingipain invece che all'Aβ o ad altri percorsi a valle» aggiungono.

I fattori di virulenza del batterio implicati nella formazione delle placche amiloidi
I pazienti con AD «mostrano una neuroinfiammazione compatibile con l'infezione» e «agenti infettivi sono stati trovati nel cervello e si pensa siano coinvolti con l'AD» scrivono gli autori. Finora, tuttavia, non c'è stata «una solida evidenza di causalità».

«La parodontite cronica (CP) e l'infezione da P. gingivalis - un patogeno chiave nello sviluppo di CP - sono stati identificati come fattori di rischio significativi per lo sviluppo di placche di Aβ, demenza e AD» affermano. P. gingivalis è un «batterio anaerobico gram-negativo asaccarolitico che produce importanti fattori di virulenza noti come gingipain, che sono proteasi della cisteina costituite da lisina-gingipain (Kgp), arginina-gingipain A (RgpA) e arginina-gingipain B (RgpB)» spiegano.

«Il legame tra AD e infezione batterica è stato suggerito in precedenza e, inoltre, prove emergenti hanno suggerito che Aβ1-42 è un peptide antimicrobico» riporta il team di Dominy. «Abbiamo studiato questo particolare agente patogeno perché sono stati pubblicati vari studi in passato, sia epidemiologici sia meccanicistici, che hanno suggerito un legame tra P. gingivalis e AD».

«Inoltre», proseguono, «un nuovo studio di Ilievski et al. ha dimostrato in modo indipendente che l'infezione orale di topi wild-type con P. gingivalis provocato l'infezione da P. gingivalis del cervello e un aumento della patologia Aβ1-42 e tau, insieme a infiammazione cerebrale e neurodegenerazione».

I ricercatori hanno affrontato i problemi da un certo numero di angolazioni negli esseri umani e nei modelli murini. Usando microarray di tessuto cerebrale del giro temporale medio (MTG), i ricercatori hanno confrontato il cervello di individui con AD e individui neurologicamente normali.

Evidenze da esami tissutall e test liquorali e salivari
Hanno iniziato esaminando campioni di cervello postmortem di circa 100 individui con e senza AD, testando i campioni di tessuto per gingipain. Dei campioni AD, il 96% era positivo per RgpB e il 91% per Kgp, contro il 52% e il 39%, rispettivamente, del cervello di pazienti non dementi senza controlli. Allo stesso modo, c'era una correlazione «molto significativa» tra il carico di RgpB, quello di Kgp e di tau. Ulteriori analisi hanno permesso di scoprire che la tau è frammentata dalle gingipain.

Quando i ricercatori hanno testato l'ubiquitina, un piccolo marker proteico che contrassegna le proteine danneggiate per via della degradazione da parte dei proteasomi e si accumula nei grovigli di tau e nelle placche di Aβ, hanno anch'essi trovato una correlazione significativa tra carico di RgpB e carico di ubiquitina, nonché tra carico di Kgp e carico di ubiquitina.

La colorazione di RgpB e Kgp è stata osservata rispettivamente nel 39% e nel 52% dei campioni non dementi, «rivelando un continuum di gingipain e patologia AD già presente nei controlli», commentano gli autori, i quali notano che queste scoperte sono «coerenti con il concetto di AD preclinico».

I ricercatori descrivono il CSF come una "finestra" sull'infezione cerebrale, «in grado di fornire informazioni sulla neuropatogenesi degli agenti infettivi». Hanno pertanto analizzato campioni di CSF e di saliva di 10 pazienti con diagnosi di AD probabile che presentavano un deficit cognitivo da lieve a moderato.

I ricercatori hanno rilevato e quantificato le copie del gene hmuY (che codifica per l’omonimo fattore di virulenza legato all’eme del P. gingivalis) mediante PCR quantitativa (qPCR) nel CSF e nella saliva in 7 dei 10 pazienti con AD clinicamente diagnosticata, fornendo «ulteriori prove per l'infezione da P. gingivalis nel cervello dei pazienti con AD».

Quando i ricercatori hanno confrontato campioni di cervello di individui con altre malattie neurologiche non-AD, come il morbo di Parkinson (PD), non hanno riscontrato differenze significative nel carico di gingipain rispetto ai controlli. «In sintesi, gli antigeni sia di RgpB che di Kgp nel cervello hanno dimostrato indipendentemente una correlazione significativa con la diagnosi di AD, carico di tau e carico di ubiquitina» scrivono gli autori.

Nell’AD l'ippocampo è una delle prime aree a essere danneggiate, ricordano gli autori. L'analisi del tessuto cerebrale ha rivelato che RgpB era co-localizzato con neuroni, astrociti e patologia nell'ippocampo di pazienti con AD.

Un'analisi Western blot (WB) ha rivelato che Kgp era presente anche nella corteccia cerebrale, un'altra area del cervello interessata nell'AD. L'analisi del DNA isolato dallo stesso tessuto utilizzato per le precedenti analisi ha identificato i geni del P. gingivalis 16S rRNA e hmuY nella corteccia cerebrale dei campioni di AD e nei cervelli di controllo non dementi negativi per Kgp.

L'aggregazione indotta dalle gingipain non ha avuto luogo quando queste sono stati pretrattate con iodoacetamide, un inibitore irreversibile della cisteina proteasi, «indicando che l'attività proteolitica delle gingipain era responsabile dei cambiamenti morfologici» suggeriscono gli autori.

Rivalutazione della salute orale in ottica preventiva
I ricercatori hanno sviluppato una "biblioteca" di piccole molecole inibitrici potenti e selettivi, reversibili e irreversibili, delle gingipain, tra cui COR286 e COR271 (irreversibili) e COR119 (inibitore covalente reversibile di Kgp covalente). COR286 e COR271 sono entrambi risultati efficaci nel bloccare la morte cellulare indotta da P. gingivalis in modo concentrazione-dipendente.

È interessante notare che due antibiotici ad ampio spettro (moxifloxacina e doxiciclina), anche a concentrazioni che riducono la sopravvivenza batterica in vitro, non hanno fornito lo stesso livello di protezione cellulare. Per determinare, e verificare, se l'esposizione orale a P. gingivalis avrebbe comportato l'infiltrazione cerebrale e l'induzione del marcatore AD Aβ1-42, i ricercatori hanno condotto una serie di studi sui modelli murini.

«Certamente una buona salute orale e la riduzione del carico di P. gingivalis in bocca, soprattutto in tenera età, dovrebbero essere presi più seriamente di quanto non si faccia attualmente, sulla base dei nostri dati» affermano Dominy e colleghi.

«Tuttavia, vorremmo sottolineare che non crediamo che avere come target il P. gingivalis presente nel cavo orale sarà d’aiuto rispetto a un’infezione cerebrale dal batterio» osservano. «Questo è il motivo per cui abbiamo creato piccole-molecole anti-gingipain altamente potenti e che penetrano nel cervello allo scopo di colpire P. gingivalis e le gingipain nel cervello».

A.Z.

Dominy SS, Lynch C, Ermini F, et al. Porphyromonas gingivalis in Alzheimer’s disease brains: Evidence for disease causation and treatment with small-molecule inhibitors. Sci Adv, 20119 Jan 23. doi: 10.1126/sciadv.aau3333. [Epub ahead of print]
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