DOI: https://doi.org/10.1186/s12903-025-05937-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40348995
تاريخ النشر: 2025-05-10
المؤلف: Yanru Zeng وآخرون
الموضوع الرئيسي: الميكروبيولوجيا الفموية وبحوث التهاب اللثة
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة العلاقة بين *Porphyromonas gingivalis* (P. gingivalis) وسرطان الخلايا الحرشفية الفموية (OSCC)، مع التركيز على دور الحويصلات الغشائية الخارجية لـ P. gingivalis (OMVs) كعامل مسبب. باستخدام الكيمياء المناعية، وجد الباحثون أن وفرة P. gingivalis في أنسجة OSCC كانت أعلى بكثير من الأنسجة المجاورة غير السرطانية، مع ارتباط إيجابي بتمايز الأنسجة، ومرحلة T، والمرحلة السريرية. كما أظهرت الدراسة أن OMVs لـ P. gingivalis عززت تكاثر وهجرة خطوط خلايا OSCC، وخاصة HN6 وCAL27، بينما أثرت أيضًا على تعبير عدة جينات مرتبطة بتقدم الورم.
تشير النتائج إلى أن P. gingivalis قد تعمل كمؤشر تنبؤي لـ OSCC، حيث يمكن أن تسهم OMVs الخاصة بها في تطور الورم من خلال تقليل تنظيم الجينات الرئيسية مثل TNFSF15 وZNF292 وATRX وASPM وKIF20B. بشكل عام، تؤسس هذه الأبحاث رابطًا سريريًا بين P. gingivalis وOSCC، مما يبرز الحاجة إلى مزيد من الاستكشاف للآليات الجزيئية الكامنة وراء هذه العلاقة.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على التحدي الكبير الذي تمثله سرطان الخلايا الحرشفية الفموية (OSCC) للصحة العامة، وهو أكثر الأورام شيوعًا في منطقة الرأس والعنق، ويتميز بشكل أساسي بتشخيصه في مراحل متأخرة وتوقعات سيئة، مع معدل بقاء لمدة 5 سنوات يبلغ حوالي 50-60%. تشمل عوامل الخطر المعروفة التبغ، الكحول، جوز البتلة، وعدوى فيروس الورم الحليمي البشري (HPV)، بينما تشير الأدلة الناشئة إلى أن التهاب اللثة قد يسهم أيضًا في خطر OSCC. ومن الجدير بالذكر أن حوالي 15% من حالات OSCC تظل غير مفسرة بعوامل معروفة، مما يبرز الحاجة إلى مزيد من التحقيق في المساهمات المسببة المحتملة.
تشير الدراسات الحديثة إلى علاقة معقدة بين الميكروبيوم الفموي وOSCC، وخاصة دور البكتيريا *Porphyromonas gingivalis* (P. gingivalis)، المرتبطة بأمراض اللثة. تم الإشارة إلى أن P. gingivalis تساهم في تعزيز OSCC من خلال آليات متعددة، بما في ذلك تعزيز تكاثر وهجرة الخلايا، وتحفيز الالتهاب المزمن، وتفادي الاستجابات المناعية. تركز الدراسة على الحويصلات الغشائية الخارجية (OMVs) التي تفرزها P. gingivalis، والتي يُعتقد أنها تلعب دورًا حاسمًا في الوساطة بين مسببات الأمراض البكتيرية وتأثيرها على وظائف خلايا المضيف. تهدف الأبحاث إلى إقامة ارتباط سريري بين P. gingivalis وOSCC من خلال تحليل 49 زوجًا من عينات OSCC والتحقيق في تأثيرات OMVs لـ P. gingivalis على سلوك خلايا OSCC، باستخدام تسلسل النسخ لاستكشاف الآليات الجزيئية الكامنة. تسعى هذه الأعمال إلى تقديم رؤى جديدة حول مسببات وعلاج OSCC.
الطرق
في هذه الدراسة، استخدم الباحثون تصميمًا تجريبيًا منهجيًا للتحقيق في تأثيرات الحويصلات الغشائية الخارجية لـ Porphyromonas gingivalis (OMVs) على خطوط خلايا CAL27 وHN6. تضمنت المجموعات التجريبية مجموعة فارغة تتكون من خلايا CAL27 وHN6 غير المعالجة، بالإضافة إلى مجموعتين علاجتين تعرضتا لتركيزات مختلفة من OMVs: 10 ميكروغرام/مل و50 ميكروغرام/مل. بالإضافة إلى ذلك، تم إنشاء مجموعات تحكم لكل تركيز علاج، حيث تم معالجة عدد مكافئ من الخلايا بمحلول إغاثة OMV تم تصفيته من خلال فلتر 0.22 ميكرون، مما يضمن أن أي تأثيرات ملحوظة يمكن أن تُعزى بشكل خاص إلى OMVs بدلاً من عوامل أخرى.
يسمح هذا النهج المنظم بإجراء مقارنة واضحة بين الظروف المعالجة والضابطة، مما يسهل تقييم التأثير البيولوجي لـ OMVs لـ P. gingivalis على خطوط الخلايا المختارة. تم تصميم المنهجية لعزل تأثيرات OMVs، مما يوفر رؤى حول دورها المحتمل في الاستجابات الخلوية ذات الصلة بأمراض اللثة.
النتائج
كان تحليل RNA-seq يهدف إلى توضيح الآليات الجزيئية التي تسهم بها الحويصلات الغشائية الخارجية لـ *Porphyromonas gingivalis* (OMVs) في تطوير سرطان الخلايا الحرشفية الفموية (OSCC). في خط خلايا CAL27، حدد تحليل التعبير الجيني التفاضلي 234 جينًا معبرًا عنه بشكل مختلف (DEGs) بين مجموعة 50 ميكروغرام/مل ومجموعة فارغة، و193 DEG بين مجموعة 50 ميكروغرام/مل ومجموعة التحكم-50 ميكروغرام/مل، و166 DEG بين مجموعة التحكم-50 ميكروغرام/مل ومجموعة فارغة. بالنسبة لخط خلايا HN6، كان هناك 93 DEG بين مجموعة 50 ميكروغرام/مل ومجموعة فارغة، و38 DEG بين مجموعة 50 ميكروغرام/مل ومجموعة التحكم-50 ميكروغرام/مل، و75 DEG بين مجموعة التحكم-50 ميكروغرام/مل ومجموعة فارغة.
أشار تحليل إثراء مسار KEGG إلى أن DEGs في خط خلايا CAL27 (مجموعة 50 ميكروغرام/مل مقابل مجموعة التحكم-50 ميكروغرام/مل) كانت غنية بشكل كبير في المسارات المتعلقة بتفاعل السيتوكين-مستقبل السيتوكين، وسوء تنظيم النسخ في السرطان، وإفراز الرينين. في المقابل، كانت DEGs في خط خلايا HN6 (مجموعة 50 ميكروغرام/مل مقابل مجموعة التحكم-50 ميكروغرام/مل) غنية بشكل أساسي في مسار إشارة PI3K-Akt، وتفاعل السيتوكين-مستقبل السيتوكين، وجزيئات التصاق الخلايا. تشير هذه النتائج إلى مسارات جزيئية متميزة يتم تنشيطها بواسطة OMVs لـ P. gingivalis في خطوط خلايا OSCC المختلفة، مما يبرز تعقيد دورها في تقدم السرطان.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في العلاقة بين البكتيريا المسببة للأمراض *Porphyromonas gingivalis* (P. gingivalis) وسرطان الخلايا الحرشفية الفموية (OSCC) من خلال جمع أنسجة الورم والأنسجة غير الورمية المجاورة من 49 مريضًا. كشفت النتائج عن وفرة أعلى بكثير من P. gingivalis في أنسجة OSCC (85.7% إيجابية) مقارنة بالأنسجة غير السرطانية المجاورة (8.2%)، مما يشير إلى دور محتمل لهذه البكتيريا في تقدم OSCC. ومن الجدير بالذكر أن مستويات أعلى من P. gingivalis كانت مرتبطة بنتائج سريرية أسوأ، بما في ذلك انخفاض تمايز الأنسجة وارتفاع مراحل T والمرحلة السريرية، مما يشير إلى أن P. gingivalis قد تعمل كمؤشر تنبؤي لـ OSCC.
استكشفت الدراسة أيضًا تأثيرات الحويصلات الغشائية الخارجية لـ P. gingivalis (OMVs) على خطوط خلايا OSCC CAL27 وHN6. أظهرت النتائج أن OMVs لـ P. gingivalis عززت تكاثر وهجرة الخلايا بطريقة تعتمد على الجرعة، وخاصة في خلايا HN6. كشفت تحليل الجينات المعبر عنها بشكل مختلف (DEGs) أن جينات مثل TNFSF15 وZNF292 وATRX، المرتبطة بكبح الورم، كانت منخفضة التعبير بعد العلاج بـ OMVs لـ P. gingivalis. يشير هذا إلى أن P. gingivalis قد تعزز السلوك الخبيث لخلايا OSCC من خلال تعديل تعبير الجينات التنظيمية الرئيسية. تبرز الدراسة الحاجة إلى مزيد من الأبحاث لتوضيح الآليات التي تسهم بها P. gingivalis وOMVs الخاصة بها في OSCC، مما قد يؤدي إلى استراتيجيات علاجية جديدة تستهدف الميكروبات الفموية لتقليل خطر السرطان.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12903-025-05937-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40348995
Publication Date: 2025-05-10
Author(s): Yanru Zeng et al.
Primary Topic: Oral microbiology and periodontitis research
Overview
This study investigates the relationship between *Porphyromonas gingivalis* (P. gingivalis) and oral squamous cell carcinoma (OSCC), focusing on the role of P. gingivalis outer membrane vesicles (OMVs) as a pathogenic factor. Utilizing immunohistochemistry, the researchers found that the abundance of P. gingivalis in OSCC tissues was significantly higher than in paired paracancerous tissues, with a positive correlation to tissue differentiation, T stage, and clinical stage. The study further demonstrated that P. gingivalis OMVs enhanced the proliferation and migration of OSCC cell lines, specifically HN6 and CAL27, while also affecting the expression of several genes associated with tumor progression.
The findings suggest that P. gingivalis may serve as a prognostic indicator for OSCC, with its OMVs potentially contributing to tumor development by down-regulating key genes such as TNFSF15, ZNF292, ATRX, ASPM, and KIF20B. Overall, this research establishes a clinical link between P. gingivalis and OSCC, highlighting the need for further exploration of the molecular mechanisms underlying this association.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significant public health challenge posed by oral squamous cell carcinoma (OSCC), the most prevalent malignancy in the head and neck region, primarily characterized by its late-stage diagnosis and poor prognosis, with a 5-year survival rate of approximately 50-60%. Established risk factors include tobacco, alcohol, betel nut, and HPV infection, while emerging evidence suggests that periodontitis may also contribute to OSCC risk. Notably, around 15% of OSCC cases remain unexplained by known factors, underscoring the need for further investigation into potential pathogenic contributors.
Recent studies indicate a complex relationship between the oral microbiome and OSCC, particularly the role of the bacterium *Porphyromonas gingivalis* (P. gingivalis), which is associated with periodontal disease. P. gingivalis has been implicated in promoting OSCC through various mechanisms, including enhancing cell proliferation and migration, inducing chronic inflammation, and evading immune responses. The study focuses on the outer membrane vesicles (OMVs) secreted by P. gingivalis, which are believed to play a crucial role in mediating bacterial pathogenicity and influencing host cell functions. The research aims to establish a clinical association between P. gingivalis and OSCC by analyzing 49 pairs of OSCC specimens and investigating the effects of P. gingivalis OMVs on OSCC cell behavior, utilizing transcriptome sequencing to explore underlying molecular mechanisms. This work seeks to provide new insights into the etiology and prevention of OSCC.
Methods
In this study, the researchers employed a systematic experimental design to investigate the effects of Porphyromonas gingivalis outer membrane vesicles (OMVs) on CAL27 and HN6 cell lines. The experimental groups included a Blank group consisting of untreated CAL27 and HN6 cells, as well as two treatment groups exposed to different concentrations of OMVs: 10 µg/mL and 50 µg/mL. Additionally, control groups were established for each treatment concentration, where an equivalent number of cells were treated with OMV Elution Buffer filtered through a 0.22 μm filter, ensuring that any observed effects could be attributed specifically to the OMVs rather than other factors.
This structured approach allows for a clear comparison between treated and control conditions, facilitating the assessment of the biological impact of P. gingivalis OMVs on the selected cell lines. The methodology is designed to isolate the effects of the OMVs, thereby providing insights into their potential role in cellular responses relevant to periodontal disease.
Results
The RNA-seq analysis aimed to elucidate the molecular mechanisms by which *Porphyromonas gingivalis* outer membrane vesicles (OMVs) contribute to the development of oral squamous cell carcinoma (OSCC). In the CAL27 cell line, differential gene expression analysis identified 234 differentially expressed genes (DEGs) between the 50 µg/mL group and the Blank group, 193 DEGs between the 50 µg/mL group and the Control-50 µg/mL group, and 166 DEGs between the Control-50 µg/mL group and the Blank group. For the HN6 cell line, there were 93 DEGs between the 50 µg/mL group and the Blank group, 38 DEGs between the 50 µg/mL group and the Control-50 µg/mL group, and 75 DEGs between the Control-50 µg/mL group and the Blank group.
KEGG pathway enrichment analysis indicated that the DEGs in the CAL27 cell line (50 µg/mL group versus Control-50 µg/mL group) were significantly enriched in pathways related to cytokine-cytokine receptor interaction, transcriptional misregulation in cancer, and renin secretion. In contrast, the DEGs in the HN6 cell line (50 µg/mL group versus Control-50 µg/mL group) were primarily enriched in the PI3K-Akt signaling pathway, cytokine-cytokine receptor interaction, and cell adhesion molecules. These findings suggest distinct molecular pathways activated by P. gingivalis OMVs in different OSCC cell lines, highlighting the complexity of their role in cancer progression.
Discussion
In this study, the relationship between the pathogenic bacterium *Porphyromonas gingivalis* (P. gingivalis) and oral squamous cell carcinoma (OSCC) was investigated through the collection of tumor and adjacent non-tumor tissues from 49 patients. The findings revealed a significantly higher abundance of P. gingivalis in OSCC tissues (85.7% positivity) compared to adjacent non-cancerous tissues (8.2%), suggesting a potential role of this bacterium in OSCC progression. Notably, higher levels of P. gingivalis were associated with poorer clinical outcomes, including lower tissue differentiation and advanced T and clinical stages, indicating that P. gingivalis may serve as a prognostic marker for OSCC.
The study further explored the effects of P. gingivalis outer membrane vesicles (OMVs) on OSCC cell lines CAL27 and HN6. Results demonstrated that P. gingivalis OMVs promoted cell proliferation and migration in a dose-dependent manner, particularly in HN6 cells. The analysis of differentially expressed genes (DEGs) revealed that genes such as TNFSF15, ZNF292, and ATRX, which are associated with tumor suppression, were downregulated following treatment with P. gingivalis OMVs. This suggests that P. gingivalis may enhance the malignant behavior of OSCC cells by modulating the expression of key regulatory genes. The study highlights the need for further research to elucidate the mechanisms by which P. gingivalis and its OMVs contribute to OSCC, which could lead to novel therapeutic strategies targeting oral microbiota to mitigate cancer risk.