Immunization to Porphyromonas gingivalis enhances the local pro‐inflammatory response to subcutaneous bacterial challenge

Abstract

Background, aims: Human and animal studies have suggested that immunization to P. gingivalis might be beneficial for controlling periodontitis, by the induction of protective antibody response. The present study was designed to examine the effect of immunization on the local cellular, cytokine and antibody response to P. gingivalis in mice. Methods: Subcutaneous chambers were implanted in 3 groups of mice. 2 groups were then immunized with P. gingivalis in either incomplete Freund’s (IFA) or an Alum‐based adjuvant. The 3rd group served as the control. At baseline, all mice were challenged with an intra‐chamber injection of P. gingivalis. Chamber exudates were sampled at baseline, 1 and 7 days post‐challenge, following by determination of leukocyte counts and the cytokines TNF‐α, IFNγ (pro‐inflammatory) and IL‐10 (anti‐inflammatory). IgG levels to P. gingivalis were analyzed in both the exudates and serum. Results: Leukocyte accumulation increased in the chambers over the study period and was more marked in the immunized groups. P. gingivalis challenge induced the expression of the tested cytokines in all groups. Levels of IFNγ showed a significantly greater increase in the immunized groups on day 1 post‐challenge. By day 7, the levels in the controls had reached those of the immunized groups. IL‐10 levels were significantly higher in the control group compared to the immunized groups on day 1 and by day 7 they were reduced significantly in all groups to barely detectable levels. While there were no significant differences in TNF‐α levels between IFA and control groups, they were significantly higher in the Alum group on day 0 and 7. Both immunization protocols induced anti‐P. gingivalis IgG. The Alum group achieved the highest antibody levels, which were due to the increased expression of IgG1, a marker of a Th2‐response. Conclusions: The results suggest that immunization to P. gingivalis results in enhanced expression of pro‐inflammatory, tissue‐destructive cytokines in the inflammatory site. The nature of the adjuvant used for immunization allows manipulation of the T‐cell response, and alum was more effective in reducing the inflammatory response than IFA. Menschliche und Tierstudien haben suggeriert, daß die Immunisierung zu P. gingivalis für die Kontrolle der Parodontitis durch die Induktion von schützenden Antikörperantworten nutzvoll sein könnte. Die vorliegende Studie war bestimmt zur Überprüfung des Effektes einer Immunisierung auf die lokale zelluläre, Cytokin‐ und Antikörperantwort auf P. gingivalis bei Mäusen. Subkutane Kammern wurden 3 Gruppen von Mäusen implantiert. 2 Gruppen wurden dann mit P. gingivalis in entweder inkompletten Freund’s (IFA) oder Alum‐basierten Adjuvantien immunisiert. Die dritte Gruppe diente als Kontrolle. Zum Anfang wurden alle Mäuse mit einer intrakammer‐Injektion von P. gingivalis antigenexponiert. Die Kammerexsudate wurden zur Basis, 1 und 7 Tage nach der Antigenexposition gesammelt, worauf eine Bestimmung des Leukozytengehaltes und der Cytokine TNF‐α, IFN‐γ (pro‐inflammatorisch) und IL‐10 (anti‐inflammatorisch) erfolgte. Die IgG Level wurden sowohl in den Exsudaten als auch im Serum analysiert. Die Leukozytenakkumulation vergrößerte sich in den Kammern über die Studienperiode und war deutlicher in der immunisierten Gruppe. Die P. gingivalis Antigenexposition induzierte eine Expression der getesteten Cytokine in allen Gruppen. Die Level in der IFN‐γ zeigten eine signifikant größere Zunahme in den immunisierten Gruppen am Tag 1 nach der Antigenexposition. Am Tag 7 hatten die Level bei den Kontrollen diejenigen der immunisierten Gruppen erreicht. Die IL‐10 Level waren signifikant höher in der Kontrollgruppe verglichen zu den immunisierten Gruppen am Tag 1, und am Tag 7 waren sie signifikant reduziert in allen Gruppen zu kaum entdeckbaren Levels. Während es keine signifikanten Differenzen in den TNF‐α Levels zwischen IFA und den Kontrollgruppen gab, waren sie signifikant höher in der Alum‐Gruppe am Tag 0 und 7. Beide Immunisierungsprotokolle induzierten anti‐P. gingivalis IgG. Die Alum‐Gruppe erreichte die höchsten Antiköperlevel, was die Folge der erhöhten Expression von IgG1, einem Marker der Th2‐Antwort, war. Die Ergebnisse zeigen, daß die Immunisierung auf P. gingivalis in einer erhöhten Expression der pro‐inflammatorischen, gewebe‐destruierenden Cytokine in den Entzündungsstellen resultiert. Die Natur des adjuvanten Gebrauchs der Immunisation erlaubt die Manipulation der T‐Zellenantwort, und Alum war effektiver in der Reduktion der inflammatorischen Antwort als IFA. Des études tant humaines qu’animales ont suggéré que l’immunisation aux Porphyromonas gingivalis (P.g.) pouvait être bénéfique pour contrôle la parodontite en induisant une réponse anticorps protectrice. L’étude présente a examiné les effets de l’immunisation sur la réponse des anticorps et de la cytokine cellulaire locale aus P.g. chez la souris. Des chambres sous‐cutanées ont été implantées dans 3 groupes de souris. 2 groupes ont été immunisés avec le P.g. dans soit l’adjuvant incomplet de Freund (IFA) ou un adjuvant à base d’Alum. Le 3^ième groupe a servi de contrôle. Lors de l’examen initial, toutes les souris ont été...