Parodontite: test di valutazione dell’attività enzimatica MMP-8
Metalloproteasi della Matrice (MMP)
Le metalloproteasi della matrice (MMP) sono una famiglia di endopeptidasi zinco-dipendenti, prodotte da numerosi tipi cellulari inclusi fibroblasti, cellule endoteliali, osteoblasti, macrofagi, linfociti e neutrofili, ed in grado di degradare diversi componenti della matrice extracellulare (ECM), ma anche citochine, recettori e fattori che regolano la motilità cellulare.
Le MMP rappresentano i principali enzimi proteolitici coinvolti nel rimodellamento e nella degradazione dei componenti della matrice extracellulare, nelle modificazioni delle interazioni tra cellule, e di quelle tra cellule e la ECM che regolano ad esempio i processi di migrazione cellulare. Per queste loro caratteristiche, le MMP sono coinvolte in numerosi processi fisiologici (angiogenesi, apoptosi, rimodellamento osseo, riparazione delle ferite, morfogenesi, infiammazione, risposta immunitaria, etc.) e patologici (parodontite, artriti, cancro, malattie cardiovascolari, neurologiche, osteoporosi etc.).
Ad oggi sono note almeno 26 metalloproteinasi umane che, sulla base della loro struttura, della specificità per il substrato e della localizzazione cellulare, vengono classificate in: collagenasi (MMP-1, -8, -13 e -18), gelatinasi A e B (MMP -2 e -9), stromelisina, matrilisina e metalloproteinasi di membrana (MT-MMP).
Struttura
In generale la struttura delle Regolazione dell’espressione e dell’attivazione delle MMP contiene: un peptide segnale N-terminale necessario per la corretta secrezione, un pro-dominio che prende contatto con lo ione zinco del sito catalitico allo scopo di tenere le Regolazione dell’espressione e dell’attivazione delle MMP in forma inattiva, un dominio catalitico che include i siti di legame con lo zinco, e una regione cerniera seguita da un dominio C-terminale di tipo emopessinico.
Le due gelatinasi MMP-2 e MMP-9 possiedono un dominio addizionale fibronectinico di tipo II, inserito nel dominio catalitico, coinvolto nel legame di substrati quali, ad esempio, il collagene e la gelatina.
Le MT-MMP contengono un addizionale dominio transmembrana C-terminale che le ancora alla superficie cellulare.
Regolazione dell’espressione e dell’attivazione delle MMP
L’espressione costitutiva dei geni codificanti le MMP è bassa. Tuttavia, in tutte quelle condizioni fisiologiche o patologiche che richiedono un rimodellamento della ECM, viene indotto un aumento della sintesi regolato, sia a livello trascrizionale che post-trascrizionale. Tra i fattori che influenzano la trascrizione dei geni delle MMP, vi sono citochine pro-infiammatorie, fattori di crescita, ormoni, oncogeni e promotori tumorali. In vitro l’espressione di numerose MMP può essere indotta da IL-1, IL-6, TNF-α, EGF, PDGF, FGF e TGF-β. Altre citochine, come ad esempio IL-4, IL-10, INF-γ e lo stesso TGF-β, possono, a seconda del tipo cellulare coinvolto, far diminuire l’espressione delle MMP.
La maggior parte delle MMP è rilasciata dalle cellule in forma latente come pro-enzima (pro-MMP). La conversione delle pro-MMP nelle forme attive richiede uno specifico processo di attivazione chiamato “cystein switch”. Nel pro-domino è presente un residuo cisteinico spaiato che si lega allo ione zinco localizzato nel sito attivo. Il clivaggio del pro-dominio porta alla distruzione del legame zinco-cisteina e alla perdita del pro-dominio N-terminale, rendendo il sito attivo accessibile. Per la maggior parte delle MMP, l’attivazione proteolitica viene iniziata nello spazio extracellulare ad opera di serino proteasi quali la plasmina, l’attivatore del plasminogeno di tipo urochinasico (uPA) o da altri membri della famiglia delle MMP. A livello della superficie cellulare anche le MT-MMP sono state identificate come potenti attivatori fisiologici di alcune MMP.
L’attività delle MMP è regolata anche dalla famiglia degli inibitori tissutali delle MMP (TIMP), di cui fanno parte almeno quattro membri (TIMP-1/TIMP-4). I TIMP presenti a livello dei tessuti o fluidi come siero e saliva, sono in grado di legarsi al sito attivo sia delle pro-MMP, sia delle MMP attive inibendone, rispettivamente, l’attivazione autocatalitica e l’attività proteolitica.
Un complesso sistema di regolazione assicura il mantenimento dell’equilibrio tra espressione ed inibizione delle MMP garantendo il corretto rimodellamento della matrice extracellulare essenziale nei processi di morfogenesi tissutale, riparazione ed apoptosi. Viceversa, un’attività enzimatica non ben regolata che favorisce il processo di degradazione della matrice, avrà come conseguenza una risposta fibrogenica non più in grado di compensare l’attività proteolitica.
E’ stato dimostrato che uno sbilanciamento tra MMP e TIMP provoca la degradazione della cartilagine osservata nelle artriti e nelle osteoartriti così come può promuovere il riassorbimento osseo.
A livello del tessuto parodontale i TIMP possono essere sintetizzati da numerosi tipi cellulari quali: fibroblasti, osteoblasti, cellule endoteliali, monociti, macrofagi e cheratinociti. Anche la distruzione del tessuto parodontale è stata correlata con un’aumentata attività proteolitica a livello del parodonto, non ben controllata dagli inibitori.
Le MMP possono essere considerate pertanto dei promettenti target terapeutici e la valutazione della loro attività risulta essenziale nel monitoraggio di molte condizioni patologiche.
La metalloproteinasi-8
Il collagene rappresenta uno dei componenti principali del tessuto connettivo e della matrice extracellulare del parodonto. Il corretto e costante rinnovamento dei componenti della matrice extracellulare è in grado di fare la differenza tra stato di salute e malattia parodontale in cui si osserva uno sbilanciamento tra sintesi e degradazione. Già nel corso di una gengivite, le fibre collagene vengono degradate favorendo l’infiltrazione delle cellule infiammatorie alla fonte di infezione con conseguente arrossamento gengivale e gonfiore. La cronicizzazione dello stato infiammatorio promuove l’insorgenza della sintomatologia parodontale con un’ulteriore distruzione delle fibre collagene a livello del ligamento parodontale e perdita del tessuto osseo di sostegno.
Il processo di degradazione del collagene avviene principalmente ad opera delle MMP.
La MMP-8 viene anche detta collagenasi dei neutrofili in quanto si riteneva che fosse prodotta esclusivamente da questo tipo cellulare. In realtà, la ricerca scientifica ha dimostrato che MMP-8 viene prodotta anche dalle cellule endoteliali, dalle cellule muscolari lisce, dai macrofagi e da tessuti più specializzati quali ad esempio gli odontoblasti, i fibroblasti gengivali, le cellule del ligamento parodontale e del solco gengivale. E’ dimostrato che la sintesi e il rilascio da parte di queste cellule richiede un’esposizione prolungata alle citochine pro-infiammatorie (IL-1, TNF-α, IL-8) o a LPS batterici, mentre la MMP-8 prodotta come pro-enzima e immagazzinata in granuli specifici dai neutrofili, viene rilasciata immediatamente nello spazio extracellulare, a seguito di una stimolazione pro-infiammatoria, dove viene attivata attraverso la rimozione del pro-dominio.
La MMP-8 ha come bersaglio principale il collagene di tipo I presente nei tendini, ossa, dentina e cemento; di tipo II presente nella cartilagine; di tipo III costituente della pelle, muscoli, vasi sanguigni.
MMP-8 e malattia parodontale
La malattia parodontale e la perimplantite si caratterizzano per la progressiva distruzione dei tessuti di supporto dei denti e degli impianti, conseguente alla risposta infiammatoria dovuta all’infezione batterica. La MMP-8 viene sintetizzata principalmente dai neutrofili, le cellule del sistema immunitario più importanti nella difesa contro i batteri parodontopatogeni. Per le sue proprietà enzimatiche la aMMP-8 degrada le fibre del collagene di tipo I, II e III promuovendo la distruzione dei tessuti parodontali. Numerosi studi presenti in letteratura sottolineano la presenza di elevati livelli delle metalloproteinasi ed in particolare della MMP-8, nel fluido crevicolare, nella saliva o in campioni bioptici di pazienti parodontali. Viceversa, in pazienti non parodontali o con gengivite non sono riscontrabili livelli significativi di aMMP-8.
La presenza a livello del cavo orale della aMMP-8, correla con la progressione e con la severità dei parametri clinici parodontali: presenza di sanguinamento gengivale, perdita di attacco e maggiore profondità delle tasche. Studi presenti in letteratura dimostrano anche che la valutazione della concentrazione salivare della aMMP-8 consente l’individuazione dei pazienti parodontali che presentano una significativa perdita di osso alveolare. Inoltre, una riduzione della concentrazione della aMMP-8 salivare correla con il successo della terapia parodontale e con il miglioramento dei parametri clinici. L’eliminazione dell’infezione batterica responsabile della malattia parodontale e perimplantare risolve il processo infiammatorio con conseguente feedback negativo sull’attivazione della MMP-8 che pertanto, a seguito di un efficace trattamento terapeutico, torna ad essere non rilevabile a livello salivare.
L’attivazione della MMP-8 precede il danno tissutale e la sua rilevazione nel fluido crevicolare o in quello sulculare perimplantare rappresenta un importante biomarker per la diagnosi precoce di malattia parodontale e perimplantare, oltre che un chiaro indicatore dell’efficacia terapeutica.