Porphyromonas gingivalis outer membrane vesicles divert host innate immunity and promote inflammation via C4′ monophosphorylated lipid A

促炎细胞因子 TLR4型 炎症体 牙龈卟啉单胞菌 生物 TLR2型 特里夫 先天免疫系统 微生物学 Toll样受体 细胞生物学 受体 炎症 生物化学 免疫学 信号转导 细菌 遗传学
作者
Stephen R. Coats,T. Su,Zachary Miller,Amanda N. King,J. L. J. Ortiz,A. Gopala Reddy,Sarah R. Alaei,Sumita Jain
出处
期刊:Journal of Immunology [American Association of Immunologists]
卷期号:214 (5): 1008-1021 被引量:3
标识
DOI:10.1093/jimmun/vkae050
摘要

Abstract Porphyromonas gingivalis (Pg) is a prevalent pathogen that promotes human periodontal disease (PD) and exacerbates systemic comorbidities such as atherosclerosis, rheumatoid arthritis, and Alzheimer’s disease. Pg produces nonphosphorylated tetra-acylated lipid A (NPLA) in its outer membrane (OM) that evades host Toll-like receptor 4 (TLR4), inflammasome pathways, and cationic peptides, enhancing bacterial survival. Here, we show that Pg also releases outer membrane vesicles (OMVs) that engage and divert host cell TLR4, inflammasome, and LL-37 responses away from the microbe. We determined that Pg OMVs are enriched for C4′ monophosphoryl lipid A (C4′-MPLA), an established agonist for TLR4-TRIF-IFNβ and inflammasome-IL-1β responses. Comparisons of Pg 381 and Pg 33277 stationary phase cultures revealed higher OMV production by Pg 381, which correlates with its higher proinflammatory pathogenicity. The cationic peptide, polymyxin B (PMB), which selectively binds lipid A C4′-phosphate, reduces OMV-stimulated HEK cell TLR4 activation and THP-1 cell IL-1β production, confirming the proinflammatory role for OMV-C4′-MPLA. Similar to PMB, the host defense peptide, LL-37, inhibits OMV-C4′-MPLA–dependent HEK cell TLR4 activation. PMB and LL-37 also blocked OMV-C4′-MPLA–driven TLR4 activation in human umbilical vein endothelial cells. Finally, wild-type Pg-containing OM-NPLA is highly resistant to LL-37 antimicrobial activity, whereas the ΔlpxF mutant bacterium, retaining OM-C4′-MPLA, is killed by the peptide. In summary, Pg escapes host TLR4 signaling, inflammasome activation, and LL-37 interaction by retaining immunoevasive OM-NPLA. Moreover, Pg dispenses proinflammatory OMV-C4′-MPLA, which engages and redirects those host defenses. We suggest that OMV-C4′-MPLA triggers elevated IFNβ and IL-1β cytokines, which typify PD comorbidities, and drive PD-related alveolar bone loss.
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