Parodontite e aterosclerosi, come il batterio principale colonizza i vasi

Nel 2000 un gruppo di Buffalo ha cercato DNA batterico in 50 placche carotidee asportate chirurgicamente. Il 44% conteneva almeno uno dei patogeni parodontali, e il 26% conteneva Porphyromonas gingivalis (Haraszthy et al., 2000). Undici anni dopo, su 42 placche, un gruppo di Madrid lo ha trovato addirittura nel 78,57% dei campioni, più di qualunque altra specie (Figuero et al., 2011). E nel 2005 Kozarov ha fatto un passo in più e da una placca umana ha recuperato batteri PG vivi, capaci di invadere cellule in coltura (Kozarov et al., 2005).

Il batterio principe della tasca parodontale, quindi, può arrivare attraverso il flusso circolatorio nella parete dell’arteria, e almeno una volta ci è stato trovato vivo. Sicuramente, la frequenza con cui lo si trova dipende anche dal metodo di ricerca utilizzato.

La prossima domanda è “che cosa fa una volta lì?”.

Una revisione pubblicata su Frontiers in Immunology nel dicembre 2021 dal gruppo del Tongji Medical College di Wuhan, risponde cellula per cellula (Zhang et al., 2021). È una lettura utile e interessante, basata soprattutto su esperimenti in modelli animali.

Prima della biologia sperimentale, vediamo i numeri sui pazienti

L’aterosclerosi ha fattori di rischio noti da decenni.

Lo studio INTERHEART, uno studio caso-controllo che attraversa 52 paesi, ha misurato per l’infarto un odds ratio (un sistema per misurare la relazione probabilistica) di 2,87 per il fumo, di 3,25 per il rapporto ApoB/ApoA1 più alto (eccesso di lipoproteine “cattive” come LDL, VLDL e IDL), di 1,91 per l’ipertensione e di 2,37 per il diabete.

Nove fattori modificabili insieme spiegano il 90% del rischio attribuibile negli uomini e il 94% nelle donne (Yusuf et al., 2004).

Qualunque discorso sul batterio parte da qui. Colesterolo LDL, pressione, fumo e diabete restano i fattori su cui si gioca la gran parte della prevenzione.

Eppure, anche dove questi fattori sono controllati, l’incidenza della malattia resta alta, ed è da questa quota residua che non trova una spiegazione chiara che nasce l’ipotesi infiammatoria e infettiva. È il punto da cui parte anche la revisione di Zhang. La parodontite è una delle fonti candidate di infiammazione cronica, e i numeri rilevanti ci sono.

Una meta-analisi di quindici studi osservazionali su 17.330 partecipanti ha trovato un’associazione fra malattia parodontale e aterosclerosi carotidea con un odds ratio di 1,27. Nei sottogruppi corretti per i fattori fumo e diabete l’odds ratio scende a 1,08, al limite della significatività statistica (Zeng et al., 2016). Lo studio PAROKRANK, 805 pazienti con un primo infarto e 805 controlli appaiati, con parodontite verificata sulla radiografia panoramica, ha misurato un odds ratio di 1,49 per l’infarto, che resta 1,28 dopo la correzione per fumo, diabete, istruzione e stato civile (Rydén et al., 2016).

Messi accanto ai fattori classici dell’INTERHEART, sono odds ratio più bassi di quelli di fumo, diabete e ipertensione. Il confronto fra studi di disegno diverso è grossolano, ma l’ordine di grandezza è quello di un fattore di rischio minore, che si somma agli altri in una malattia probabilmente multifattoriale.

L’American Heart Association li ha pesati nel 2012 in una dichiarazione scientifica. Gli studi osservazionali sostengono un’associazione indipendente dai fattori confondenti noti, non un rapporto di causa, e gli interventi parodontali riducono infiammazione sistemica e disfunzione endoteliale nel breve periodo senza prove certe che siano efficaci nel prevenire la malattia aterosclerotica (Lockhart et al., 2012). Il consenso del 2020 fra Federazione Europea di Parodontologia e World Heart Federation aggiorna la letteratura e arriva alla stessa prudenza (Sanz et al., 2020). La pagina di letteratura sulla parodontite e le malattie cardiovascolari raccoglie i lavori più citati e quelli degli ultimi anni.

Nell’animale il quadro fisiopatologico è diverso, e forse più dirimente, più interessante e conclusivo.

In un modello animale, le iniezioni endovenose di P. gingivalis tre volte a settimana per cinque mesi hanno prodotto lesioni coronariche e aortiche coerenti con l’aterosclerosi anche negli animali con colesterolo normale, e lesioni più estese negli animali ipercolesterolemici, e il batterio è stato ritrovato nelle arterie del 94% degli animali esposti (Brodala et al., 2005).

Gli strumenti del batterio

Il P. gingivalis è un anaerobio Gram-negativo asaccarolitico, il più abbondante e importante nel biofilm sottogengivale della parodontite cronica. Entra nel sangue dagli epiteli ulcerati delle tasche durante la masticazione, lo spazzolamento energico e le sedute di igiene, e sopravvive in circolo.

La sua patogenicità viene da pochi ma importanti componenti. Il lipopolisaccaride della membrana esterna, che le cellule dell’ospite riconoscono attraverso i recettori Toll-like, gli stessi con cui fanno la guardia contro i Gram-negativi. Le fimbrie, che lo fanno aderire alle cellule, che poi lo inglobano. Le gingipaine, proteasi che digeriscono arginina e lisina e costituiscono l’85% dell’attività proteolitica extracellulare del batterio. E le vescicole di membrana esterna (Outer Membrane Vesicles, OMV), sfere a doppio strato membranoso di 50-250 nanometri che il batterio rilascia cariche di lipopolisaccaride, proteine di membrana, DNA e gingipaine ad alta concentrazione, protette dalla degradazione. Le vescicole si infiltrano dove il batterio intero non arriva, e molti degli effetti descritti qui sotto sono effetto delle sole vescicole.

C’è anche una proteina da shock termico, molto immunogena. I pazienti con aterosclerosi e parodontite hanno titoli più alti di anticorpi contro la versione batterica, che somiglia a quella umana. Ci torneremo con i linfociti T.

L’endotelio

L’endotelio è un monostrato di cellule piatte (epitelio pavimentoso semplice) che riveste la superficie interna del cuore, dei vasi sanguigni (e anche dei vasi linfatici), e la lesione aterosclerotica comincia lì. I primi stimoli che lo fanno attivare e perdere la tenuta sono quelli classici, la dislipidemia e l’ipertensione, insieme ai mediatori dell’infiammazione. Il batterio PG aggiunge altri fattori; Zhang e collaboratori ne descrivono cinque.

Accende lo stress ossidativo. Il lipopolisaccaride del PG si lega ai recettori Toll-like e stimola la via infiammatoria del fattore nucleare kappa B, il regolatore centrale della risposta immunitaria, dell’infiammazione e della sopravvivenza cellulare. Di conseguenza, la cellula produce radicali liberi dell’ossigeno (ROS) e si attivano gli inflammasomi (in particolare NLRP3), i complessi che attivano le interleuchine infiammatorie. In parallelo, PG altera profondamente la produzione di ossido nitrico (NO) all’interno dei tessuti dell’ospite.

L’ossido nitrico prodotto in condizioni normali dall’enzima costitutivo (eNOS) è il più potente vasodilatatore naturale del nostro corpo ed è fondamentale per proteggere i vasi. Quando il P. gingivalis sposta la produzione verso l’enzima inducibile (iNOS), si verificano diversi effetti negativi. L’iNOS non è normalmente presente in quantità significative nelle cellule a riposo. Viene invece espresso e attivato solo in risposta a stimoli specifici (come l’aggressione da PG), agendo come una vera e propria arma biologica.

L’enzima inducibile iNOS produce una quantità continua, enorme, e largamente in eccesso di NO, che reagisce rapidamente con i radicali liberi dell’ossigeno. Questa reazione chimica genera il perossinitrito, una molecola altamente tossica che danneggia direttamente le cellule endoteliali che rivestono l’interno dei vasi e provoca la morte cellulare (apoptosi) del tessuto vascolare.

I vasi perdono la loro naturale capacità di rilassarsi. La carenza di NO nel range fisiologico porta piuttosto a una vasocostrizione cronica e a un aumento della rigidità arteriosa, ponendo le basi per l’ipertensione arteriosa.

Richiama i monociti. Le cellule stimolate dal batterio PG, o dalle sue sole vescicole OMV, espongono più molecole di richiamo e di adesione. Sono le selectine, che rallentano il monocita che passa, e le molecole di adesione come ICAM-1, che lo fermano e fanno entrare PG nella parete cellulare. La stessa ICAM-1 è anche la porta da cui il batterio si fa inglobare dalla cellula endoteliale. Una volta sotto la parete intima dei vasi, il monocita diventa macrofago e poi, con l’accumulo di colesterolo, cellula schiumosa.

Apre le giunzioni. Le gingipaine lisano le caderine di membrana e le altre proteine che tengono una cellula endoteliale attaccata alla vicina. La permeabilità vasale aumenta, e per questa via passano lipoproteine LDL, leucociti e altri batteri. Il batterio degrada anche la trombomodulina di superficie (una proteina di membrana espressa sulla superficie dell’endotelio) e favorisce in questo modo la formazione di coaguli e trombi.

Uccide la cellula, o la trasforma. L’infezione da PG sposta l’equilibrio verso le proteine che inducono la morte programmata e abbassa quelle che la inibiscono; e le gingipaine aggiungono il loro, degradando gli enzimi che servono a riparare il DNA. Nelle cellule che sopravvivono il lipopolisaccaride promuove la transizione endotelio-mesenchimale: la cellula perde le proteine che la identificano come endoteliale, acquista quelle del muscolo liscio, si allunga e migra. E un endotelio che si trasforma in fibroblasto non fa più da barriera. Inoltre, il batterio inibisce la proliferazione delle cellule rimaste, e, quindi, la riparazione dello strato endoteliale danneggiato.

Resta dentro. Il P. gingivalis è furbo. È un cavallo di Troia. Con lo stesso meccanismo che usa per infiltrarsi all’interno delle cellule epiteliali del solco gengivale, si fa inglobare dalla cellula endoteliale, finisce dentro la vescicola che dovrebbe digerirlo e lì si ferma, ritardandone la fusione con il lisosoma. L’autofagia, che dovrebbe digerirlo, diventa la sua nicchia replicativa. Da dentro la cellula continua a stimolarla, e questo spiega perché la stimolazione dell’endotelio non si spegne con la fine della batteriemia transitoria che lo ha portato sul sito.

Le cellule muscolari lisce dei vasi

Le cellule muscolari lisce vascolari risiedono nella tonaca media dei vasi, dove svolgono importanti funzioni fisiologiche regolatorie. Nell’aterosclerosi migrano nell’intima, proliferano, producono la matrice del cappuccio fibroso e, in modo meno noto, diventano cellule schiumose. Nel modello murino contribuiscono alla formazione di più della metà delle cellule schiumose della lesione.

Le cellule infettate perdono la capacità di contrarsi e proliferano come un qualsiasi tessuto fibro-cicatriziale. Le gingipaine ne aumentano la migrazione inducendo l’angiopoietina 2, e il lipopolisaccaride LPS di Porphyromonas gingivalis stimola ulteriormente la proliferazione. Successivamente, le vescicole OMV del batterio promuovono la calcificazione addirittura stimolando la differenziazione delle cellule muscolari lisce già impazzite in osteoblasti. Il lipopolisaccaride LPS alza la fosfatasi alcalina e le altre proteine della mineralizzazione. I novelli osteoblasti ex cellule muscolari depongono cristalli di idrossiapatite, e la parete vasale indurisce.

Esiste anche l’ipotesi che il batterio aumenti la captazione di lipidi (colesterolo) da parte delle cellule muscolari lisce, ma resta una speculazione.

Uno studio multicentrico osservazionale giapponese su 38 pazienti con malattie cardiovascolari e metaboliche legate allo stile di vita e 92 pazienti parodontali ha misurato lo spessore intima-media carotideo prima e dopo la terapia parodontale. Sorprendentemente, lo spessore massimo è diminuito in modo significativo a un anno e a tre anni di terapia di supporto parodontale (levigatura radicolare e igiene professionale periodica), in parallelo con il miglioramento dei parametri parodontali (Kudo et al., 2018). È uno studio senza gruppo di controllo randomizzato. Ma è un segnale.

I macrofagi

Il macrofago è la cellula che dovrebbe eliminare il batterio, i batteri in generale. Ma P. gingivalis lo usa come rifugio. Infatti, anche il macrofago cede al meccanismo del cavallo di Troia di PG, così come le cellule epiteliali del solco gengivale e le cellule endoteliali dei vasi. Ed è il medesimo meccanismo che il batterio usa nella parodontite.

Entra nella grande cellula immunitaria attraverso il recettore 3 del complemento, una molecola di superficie che riconosce oggetti molto diversi fra loro. Le fimbrie stimolano prima un recettore Toll-like, e il segnale che parte dall’interno della cellula distende quel recettore in una conformazione che lega meglio il batterio. È una via d’ingresso sicura, perché quello stesso legame blocca contemporaneamente la produzione di interleuchina 12, cioè della citochina che coordina l’eliminazione dei patogeni nascosti dentro le cellule.

Una volta all’interno del macrofago, scatena l’infiammazione. Il lipopolisaccaride LPS e le vescicole OMV attivano gli inflammasomi, e il macrofago secerne interleuchine e fattore di necrosi tumorale alfa. Quel fattore promuove a sua volta la trasformazione dell’endotelio descritta sopra, quindi il batterio agisce sulle due popolazioni cellulari insieme.

E sposta il bilancio del colesterolo. Le vescicole fanno produrre al macrofago enzimi che attaccano la proteina di superficie delle LDL, che così si aggregano tra loro e vengono inghiottite. Le fimbrie di PG aumentano la quantità di LDL captate. Il lipopolisaccaride aumenta i recettori spazzino che internalizzano le LDL ossidate e riduce la quantità di trasportatore che porta il colesterolo fuori dalla cellula. Il macrofago si riempie di colesterolo esterificato e diventa cellula schiumosa. Con LDL alte ha più materia prima, ed è probabilmente il motivo per cui negli animali con ipercolesterolemia, le lesioni sono più estese.

I linfociti T

L’aterosclerosi, come la parodontite, è una malattia infiammatoria cronica, e i linfociti T ne governano la fase adattativa. Due sottopopolazioni sono coinvolte; le cellule Th17 producono interleuchina 17 e accelerano la lesione, e le cellule T regolatorie la frenano con interleuchina 10 e con il fattore di crescita trasformante beta.

La presenza del famoso batterio PG sposta il rapporto verso le Th17. I suoi prodotti lipopolisaccaride (LPS) e gingipaine, attraverso i recettori Toll-like, fanno salire i livelli di interleuchine infiammatorie, e fra queste l’interleuchina 6 è il segnale che spinge un linfocita vergine a diventare Th17 e, nel contempo, che ostacola la formazione delle cellule T regolatorie. Dall’altra parte, i pazienti con aterosclerosi positivi per P. gingivalis hanno meno cellule regolatorie e meno dei loro mediatori rispetto ai controlli. Una placca con poche Treg e molte Th17 è una placca instabile.

Poi c’è il modo in cui il batterio si sottrae ai linfociti. Le gingipaine degradano l’interleuchina 2, la citochina che li fa proliferare, e il linfocita resta senza spinta. Anche le proteine che distinguono i linfociti T fra loro possono essere distrutte. La proteina da shock termico del batterio, per la somiglianza con quella umana, può orientarne la risposta in direzioni diverse a seconda del contesto. E le cellule dendritiche, che dovrebbero presentare l’antigene nell’immunità normale, vengono usate come mezzo di trasporto; una fimbria del batterio aggancia un loro recettore di superficie, il batterio entra e viaggia dalla bocca alla lesione in formazione, mentre ne manipola i meccanismi di morte cellulare per tenerla in vita.

Lo stesso schema, invasione e immunosoppressione locale, è quello con cui il batterio raggiunge il cervello.

Cosa cambia per chi cura i pazienti

La revisione della letteratura di Zhang e collaboratori è un riepilogo fisiopatologico coerente di varie sperimentazioni, soprattutto animali.

Quello che sappiamo con certezza è che il batterio può arrivare nella placca vivo, e che possiede gli strumenti per danneggiare ciascuna delle cellule che la compongono, in modi del tutto analoghi a ciò che fa nella parodontite. Sappiamo che negli animali da esperimento una batteriemia ricorrente di PG produce lesioni nei vasi anche da sola, e che nell’uomo l’associazione statistica fra parodontite e aterosclerosi regge anche alla correzione per i fattori confondenti, con odds ratio che restano sopra l’unità.

Quello che non sappiamo è se effettivamente trattare la parodontite protegge dai danni ai vasi. Sappiamo che curare la parodontite riduce i livelli della proteina C reattiva, che la funzione endoteliale migliora. Addirittura, in uno studio di coorte lo spessore carotideo diminuisce con le cure parodontali. Ma nessuno studio di intervento ha misurato l’impatto su infarti e ictus.

La raccomandazione che ne esce, tuttavia, è concreta. Il batterio, sicuramente, deve entrare nella lista dei fattori di rischio, anche se in fondo, dopo colesterolo LDL, pressione, fumo e diabete.

Chi ha la parodontite e fuma smetta di fumare prima di tutto. Chi ha le LDL alte le abbassi con l’aiuto del suo medico.

La parodontite si deve trattare, in primis, perché distrugge l’osso intorno ai denti, e si deve trattare con la rimozione meccanica del biofilm sottogengivale, che è l’unica leva vera sulla carica batterica all’origine di tutto quello che questo articolo descrive.

Al paziente con malattia cardiovascolare confermata o con fattori di rischio va detto che anche lo stato delle sue gengive conta, senza promettergli che risolverà tutto con il trattamento parodontale. Perché così non è. E al cardiologo, al diabetologo o al medico di famiglia va, eventualmente, mandata una nota per documentare la diagnosi parodontale e le raccomandazioni.

C’è un caso in cui l’antibiotico prima della seduta serve davvero, ed è bene non confonderlo con quello che questo articolo descrive. Nei pazienti ad alto rischio di endocardite, chi ne ha già avuta una, chi porta una protesi valvolare chirurgica o transcatetere, chi ha una cardiopatia congenita cianotica, le linee guida europee del 2023 e la dichiarazione dell’American Heart Association del 2021 raccomandano una dose di antibiotico prima di ogni procedura che manipola la gengiva, e la detartrasi periodica è una di queste (Delgado et al., 2023; Wilson et al., 2021). Lo scopo è impedire che la batteriemia della seduta si fermi su una valvola danneggiata o artificiale. La capacità del P. gingivalis di raggiungere i tessuti a distanza, descritta in tutto questo articolo, è un motivo in più per prendere sul serio quella regola in chi ne ha diritto.

In chi ha una coronaropatia, uno stent o un bypass, invece, la profilassi non rientra fra le indicazioni, e l’AHA lo dice in modo esplicito per gli stent. Il fatto che il batterio arrivi nella placca non cambia il verdetto, perché la batteriemia che ce lo porta è quella quotidiana della masticazione e dello spazzolamento, non quella della poltrona, e nessuna dose prima della seduta può coprirla. Lì l’unica leva è trattare la parodontite.

Nella pratica, però, molti cardiologi e cardiochirurghi italiani suggeriscono la profilassi anche in questi pazienti, dopo uno stent o un bypass, prima di procedure odontoiatriche e di sedute di igiene. È una scelta prudenziale che va oltre le linee guida, e non spetta a noi odontoiatri contestarla: il paziente è in carico a loro, e alle loro indicazioni ci atteniamo. Quello che possiamo fare è chiedere che l’indicazione sia scritta, con la molecola e la dose, e segnalare che una dose singola prima della seduta copre quella seduta, non la bocca nel resto dell’anno. A chi serve la profilassi secondo le linee guida, per quali procedure e con quale dose, è spiegato nell’articolo sull’antibiotico prima del dentista per il cuore.

Copertina e illustrazione delle cinque tappe: elaborazioni 3D realizzate per Bonebenders. Le altre figure sono di Zhang et al., Front Immunol 2021, licenza CC BY 4.0.

Riferimenti bibliografici

1. Zhang J, Xie M, Huang X, Chen G, Yin Y, Lu X, et al. The effects of Porphyromonas gingivalis on atherosclerosis-related cells. Front Immunol. 2021;12:766560. doi: 10.3389/fimmu.2021.766560. PMID: 35003080.
2. Haraszthy VI, Zambon JJ, Trevisan M, Zeid M, Genco RJ. Identification of periodontal pathogens in atheromatous plaques. J Periodontol. 2000;71(10):1554-60. doi: 10.1902/jop.2000.71.10.1554. PMID: 11063387.
3. Figuero E, Sánchez-Beltrán M, Cuesta-Frechoso S, Tejerina JM, del Castro JA, Gutiérrez JM, et al. Detection of periodontal bacteria in atheromatous plaque by nested polymerase chain reaction. J Periodontol. 2011;82(10):1469-77. doi: 10.1902/jop.2011.100719. PMID: 21453047.
4. Kozarov EV, Dorn BR, Shelburne CE, Dunn WA Jr, Progulske-Fox A. Human atherosclerotic plaque contains viable invasive Actinobacillus actinomycetemcomitans and Porphyromonas gingivalis. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2005;25(3):e17-8. doi: 10.1161/01.ATV.0000155018.67835.1a. PMID: 15662025.
5. Zeng XT, Leng WD, Lam YY, Yan BP, Wei XM, Weng H, et al. Periodontal disease and carotid atherosclerosis: a meta-analysis of 17,330 participants. Int J Cardiol. 2016;203:1044-51. doi: 10.1016/j.ijcard.2015.11.092. PMID: 26638053.
6. Rydén L, Buhlin K, Ekstrand E, de Faire U, Gustafsson A, Holmer J, et al. Periodontitis increases the risk of a first myocardial infarction: a report from the PAROKRANK study. Circulation. 2016;133(6):576-83. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.115.020324. PMID: 26762521.
7. Lockhart PB, Bolger AF, Papapanou PN, Osinbowale O, Trevisan M, Levison ME, et al. Periodontal disease and atherosclerotic vascular disease: does the evidence support an independent association? A scientific statement from the American Heart Association. Circulation. 2012;125(20):2520-44. doi: 10.1161/CIR.0b013e31825719f3. PMID: 22514251.
8. Sanz M, Marco Del Castillo A, Jepsen S, Gonzalez-Juanatey JR, D’Aiuto F, Bouchard P, et al. Periodontitis and cardiovascular diseases: consensus report. J Clin Periodontol. 2020;47(3):268-88. doi: 10.1111/jcpe.13189. PMID: 32011025.
9. Brodala N, Merricks EP, Bellinger DA, Damrongsri D, Offenbacher S, Beck J, et al. Porphyromonas gingivalis bacteremia induces coronary and aortic atherosclerosis in normocholesterolemic and hypercholesterolemic pigs. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2005;25(7):1446-51. doi: 10.1161/01.ATV.0000167525.69400.9c. PMID: 15845905.
10. Xie M, Tang Q, Nie J, Zhang C, Zhou X, Yu S, et al. BMAL1-downregulation aggravates Porphyromonas gingivalis-induced atherosclerosis by encouraging oxidative stress. Circ Res. 2020;126(6):e15-e29. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.119.315502. PMID: 32078488.
11. Kudo C, Shin WS, Sasaki N, Harai K, Kato K, Seino H, et al. Effects of periodontal treatment on carotid intima-media thickness in patients with lifestyle-related diseases: Japanese prospective multicentre observational study. Odontology. 2018;106(3):316-27. doi: 10.1007/s10266-017-0331-4. PMID: 29330707.
12. Yusuf S, Hawken S, Ôunpuu S, Dans T, Avezum A, Lanas F, et al. Effect of potentially modifiable risk factors associated with myocardial infarction in 52 countries (the INTERHEART study): case-control study. Lancet. 2004;364(9438):937-52. doi: 10.1016/S0140-6736(04)17018-9. PMID: 15364185.
13. Delgado V, Ajmone Marsan N, de Waha S, Bonaros N, Brida M, Burri H, et al. 2023 ESC Guidelines for the management of endocarditis. Eur Heart J. 2023;44(39):3948-4042. doi: 10.1093/eurheartj/ehad193. PMID: 37622656.
14. Wilson WR, Gewitz M, Lockhart PB, Bolger AF, DeSimone DC, Kazi DS, et al. Prevention of viridans group streptococcal infective endocarditis: a scientific statement from the American Heart Association. Circulation. 2021;143(20):e963-e978. doi: 10.1161/CIR.0000000000000969. PMID: 33853363.