Oral Immune Defense against Chronic Hyperplastic Candidosis

Candida yeast species are widespread opportunistic microbes, which are usually innocent opportunists unless the systemic or local defense system of the host becomes compromised. When they adhere on a fertile substrate such as moist and warm, protein-rich human mucosal membrane or biomaterial surface, they become activated and start to grow pseudo and real hyphae. Their growth is intricately guided by their ability to detect surface defects (providing secure hiding , thigmotropism) and nutrients (source of energy, chemotropism). The hypothesis of this work was that body mobilizes both non-specific and specific host defense against invading candidal cells and that these interactions involve resident epithelial cells, rapidly responding non-specific protector neutrophils and mast cells as well as the antigen presenting and responding den-dritic cell lymphocyte plasma cell system. It is supposed that Candida albicans, as a result of dar-winistic pressure, has developed or is utilizing strategies to evade these host defense reactions by e.g. adhering to biomaterial surfaces and biofilms. The aim of the study was to assess the host defense by taking such key molecules of the anti-candidal defense into focus, which are also more or less characteristic for the main cellular players in candida-host cell interactions. As a model for candidal-host interaction, sections of chronic hyperplastic candidosis were used and compared with sections of non-infected leukoplakia and healthy tissue. In this thesis work, neutrophil-derived anti-candidal α-defensin was found in the epithelium, not only diffusely all over in the epithelium, but as a strong α-defensin-rich superficial front probably able to slow down or prevent penetration of candida into the epithelium. Neutrophil represents the main host defence cell in the epithelium, to which it can rapidly transmigrate from the circulation and where it forms organized multicellular units known as microabscesses (study I). Neutrophil chemotactic inter-leukin-8 (IL-8) and its receptor (IL-8R) were studied and were surprisingly also found in the candidal cells, probably helping the candida to keep away from IL-8- and neutrophil-rich danger zones (study IV). Both leukocytes and resident epithelial cells contained TLR2, TLR4 and TLR6 receptors able to recognize candidal structures via utilization of receptors similar to the Toll of the banana fly. It seems that candida can avoid host defence via stimulation of the candida permissive TLR2 instead of the can-dida injurious TLR4 (study V). TLR also provides the danger signal to the immune system without which it will not be activated to specifically respond against candidal antigens. Indeed, diseased sites contained receptor activator of nuclear factor kappa B ligand (RANKL; II study), which is important for the antigen capturing, processing and presenting dendritic cells and for the T lymphocyte activation (study III). Chronic hyperplastic candidosis provides a disease model that is very useful to study local and sys-temic host factors, which under normal circumstances restrain C. albicans to a harmless commensal state, but failure of which in e.g. HIV infection, cancer and aging may lead to chronic infection.

Candida hiivat ovat laajalle levinneitä opportunistisia mikrobeja, joista ei ole harmia jollei yleinen tai paikallinen puolustus jostain syystä petä. Hiivasienet tarttuvat ravintorikkaille, kosteille ja lämpimille kasvupinnoille kuten ihmisen limakalvojen valkuaisrikkaille pinnoille tai abioottisten biomateriaalien pinnoille, joilla ne aktiovoituvat tuottamaan valerihmaa ja sienirihmaa. Niillä on kyky tuntea aukkoja kasvualustassaan (joista ne saavat suojaisia kasvupaikkoja; thigmotropismi) ja aistia ravinteita (jotka muodostavat niiden energian lähteen, kemotropismi). Työoletuksemme oli että keho puolustautuu hiivaa vastaan käyttäen sekä yleisiä että kohdennettuja puolustusmekanismejaan, joissa se hyödyntää epiteelisolujaan, neutrofiilejään ja syöttösolujaan mutta myös antigeeneja muokkaavia ja esitteleviä haaraisia dendriittisiä soluja, jotka esittelevät kandidan osasia immuunijärjestelmän lymfosyyteille aktivoidakseen ne tuottamaan sytokiineja ja vasta-aineita. Toisaalta oletimme hiivasienen darwinistisista eloonjäämispaineista johtuen kehittäneen eloonjäämisstrategioita väistääkseen siihen kohdistuvan puolustautumiseen esimerkiksi tarttumalla puolustuskyvyttömille biomateriaalipinnoille ja muodostamalla suojaavia biofilmejä. Tutkimuksen tarkoitus oli selvittää isännän puolustautumista kohdentaen mielenkiinto tältä kannalta tärkeinä pidettyihin molekyyleihin, joita isännän solut pienemmässä tai suuremmassa määrin hyödyntävät pyrkiessään estämään hiivasienten leviämistä, kasvua ja lisääntymistä. Hiivasienen ja isännän välisten vuorovaikutusten tautimallina käytettiin kroonista hyperplastista kandidoosia, jota verrattiin hiivasientä sisältämättömään leukoplakiaan ja terveeseen limakalvokudokseen. Neutrofiileistä peräisin olevaa hiivasienille vahingollista α-defensiiniä löytyi epiteelistä, ei ainoastaan hajanaisesti koko epiteelin alueelta vaan erityisesti pinnallisena α-defensiini rintamana ikään kuin estämässä hiivasienen penetroitumista limakalvoon. Neutrofiili onkin pääasiallinen puolustajasolu epiteelissä, jonne se pystyy nopeasti siirtymään verenkierrosta. Epiteelissä neutrofiilit toimivat myös järjestäytyneinä monisoluisina yksikköinä järjestäytyen mikroabsesseiksi (I osatyö). Neutrofiileja paikalle houkuttelevan interleukiini-8:n (IL-8) esiintymistä selviteltiin ja todettiin yllättäen että myös hiivasolut tuottavat IL-8:aa ja sen reseptoria, ilmeisesti pystyäkseen välttämään kasvamisen neutrofiili-valtaisille vaaravyöhykkeille (IV osatyö). Sekä valkosoluissa että isännän limakalvon rakenteellisissa soluissa löytyi hiivasienten rakenteita tunnistavia banaanikärpäsen Tollin kaltaisia reseptoreja (TLR) TLR2, TLR4 ja TLR6 vaikka muutakin TLR puolustuskalustoa oli läsnä. Tulosten perusteella vaikuttaa siltä, että hiivasieni pyrkii välttämään isännän epäspesifistä puolustusta stimuloimalla hiivasientä sallivaa TLR2:sta hiivasienelle vahingollisen TLR4:n sijaan (V osatyö). TLR puolustus antaa myös immuunijärjestelmälle sen tarvitseman vaarasignaalin ja vasta tämä yhdessä hiiva-antigeenien kanssa käynnistää hiivasieni-spesifisen täsmäpuolustuksen. Immuunijärjestelmän soluista ja molekyyleistä todettiinkin olevan läsnä reseptori aktivaattori tumatekijä kappa B ligandia (RANKL; II osatyö). Tällä on tärkeä merkitys antigeenia muokkaavien ja tarjoilevien dendriittisten solujen rekrytoimiselle ja kypsymiselle sekä T lymfosyyttien aktivoitumiselle (III osatyö). Krooninen hyperplastinen hiivasienitulehdus on erinomainen malli tutkittaessa niitä keinoja, joiden avulla keho normaalisti pitää terveeseen mikrobikasvustoon kuuluvan hiivasienen kurissa, mutta joiden pettäminen esimerkiksi HIV infektioissa, syöpäpotilailla ja ikääntymisen myötä johtaa opportunistiseen infektioon.