オゾン超微細気泡水は、ヒト歯根膜線維芽細胞における酸化ストレス応答に関与する細胞シグナルを誘導する

Ozone ultrafine bubble water induces the cellular signaling involved in oxidative stress responses in human periodontal ligament fibroblasts.

• Anongwee Leewananthawet
• Shinichi Arakawa
• Tokuju Okano
• Ryo Daitoku Kinoshita
• Hiroshi Ashida
• Yuichi Izumi
• Toshihiko Suzuki

抄録

歯周炎は、歯肉下バイオフィルム中の口腔内微生物によって引き起こされる慢性炎症性疾患である。最近、安定水性オゾン超微細気泡水（OUFBW）が歯周炎の治療に防腐剤として使用され始めている。OUFBWの効果は、溶解したオゾンの酸化作用による殺菌作用に依存していると考えられている。一方，オゾンが歯周組織に及ぼす影響については，ほとんど知られていない。本論文では、OUFBW処理後の細胞応答を調べた。ヒト初代歯根膜線維芽細胞（hPDLFs）またはCa9-22ヒト歯肉上皮細胞をOUFBWまたはUV不活性化OUFBWで処理した。活性酸素種（ROS）の産生、マイトジェン活性化プロテインキナーゼ（MAPK）の活性化、および核内因子κB（NF-κB）の活性化を解析した。OUFBW処理後のhPDLFsの転写プロファイルもRNAシークエンス（RNA-seq）で解析した。その結果、OUFBW は活性酸素を発生させることで酸化ストレスを誘導し、その結果、MAPK パスウェイが活性化されることが明らかになった。OUFBWは、転写因子アクチベータータンパク質1（AP-1）の主要成分であるc-Fosや、酸化ストレスに対して高い感受性を持つ核内因子赤血球2（NF-E2）関連因子2（Nrf2）の活性化を引き起こしました。RNA-seq解析の結果、酸化ストレス応答や MAPK シグナル伝達経路に関与する多数の遺伝子が OUFBW 処理後にアップレギュレーションされていることが明らかになった。OUFBWによって活性化されたシグナル伝達経路を調べることは、殺菌活性に加えて、歯周炎治療におけるOUFBWの生物学的役割のもう一つの側面を明らかにするものである。

Periodontitis is a chronic inflammatory disease caused by oral microorganisms in the subgingival biofilm. Stable aqueous ozone ultrafine bubble water (OUFBW) has recently begun to be used as an antiseptic in the treatment of periodontitis. The effectiveness of OUFBW is thought to depend on the bactericidal actions of dissolved ozone exerted via its oxidizing effect. On the other hand, the effects of ozone on the periodontal tissues are largely unknown. In this paper we examined the cellular responses after OUFBW treatment. Human primary periodontal ligament fibroblasts (hPDLFs) or Ca9-22 human gingival epithelial cells were treated with OUFBW or UV-inactivated OUFBW. The production of reactive oxygen species (ROS), the activation of mitogen-activated protein kinase (MAPK) and the nuclear factor-kappa B (NF-κB) activation were analyzed. The transcript profiles of hPDLFs after OUFBW treatment were also analyzed by RNA sequencing (RNA-seq). Our results showed that OUFBW induces oxidative stress by generating ROS, which, in turn, activated the MAPK pathway. OUFBW triggered activation of c-Fos, a major component of the transcription factor activator protein 1 (AP-1), and also nuclear factor erythroid 2 (NF-E2)-related factor 2 (Nrf2), which possessed a high sensitivity to oxidative stress. The results of RNA-seq analysis revealed that the numerous genes involved in oxidative stress responses or MAPK signaling pathway were up-regulated after OUFBW treatment. Investigation of the signaling pathways activated by OUFBW highlights another aspect of the biological roles of OUFBW, in addition to its bactericidal activity, in the treatment of periodontitis.