Opportunistic and periodontal pathogens in peri-implantitis: investigation of the host response aiming at the MMP-8 cascade of production

Abstract

Peri-implantitis is a chronic inflammatory disease characterized by microbial dysbiosis and progressive destruction of both soft and hard peri-implant tissues. While traditional periodontal pathogens such as Porphyromonas gingivalis have long been implicated in its pathogenesis, the role of opportunistic microorganisms—including Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus aureus, and Candida albicans—as well as host molecular and genetic factors, remains inadequately defined. Matrix metalloproteinase-8 (MMP-8), a neutrophil-derived collagenase, has emerged as a promising diagnostic biomarker in its active form (aMMP-8), given its critical role in tissue breakdown and inflammatory amplification. This study aimed to elucidate the combined impact of microbial, molecular, and genetic factors on peri-implantitis and to explore the clinical value of aMMP-8 and MMP-8 gene polymorphisms as diagnostic and predictive tools. A cross-sectional study involved 124 adult participants with either clinically healthy implants, peri-implant mucositis, or peri-implantitis. All subjects had functionally stable implants for over 12 months and met strict inclusion criteria regarding periodontal stability and systemic health. The clinical evaluation included measurements of probing depth (PD), clinical attachment level (CAL), and bleeding on probing (BoP). Peri-implant crevicular fluid (PICF) was collected to assess aMMP-8 concentrations via a quantitative chairside lateral flow immunoassay (ImplantSafe® test with ORALyzer® reader) and to evaluate MMP-8 mRNA expression using quantitative reverse transcription PCR. Salivary samples were analyzed for three MMP-8 single-nucleotide polymorphisms (SNPs): −799C/T (rs11225395), −381A/G, and +17C/G, using PCR amplification and Sanger sequencing. Quantitative PCR was also used to determine the microbial load of five target species: P. gingivalis, F. alocis, S. epidermidis, S. aureus, and C. albicans. The results revealed significantly higher microbial loads of P. gingivalis, F. alocis, and S. epidermidis in peri-implantitis sites compared to healthy/mucositis sites, with strong correlations between P. gingivalis and key clinical indicators such as probing depth, attachment loss, and bleeding on probing. Active MMP-8 levels were markedly elevated in peri-implantitis sites (mean 53.39 ± 49.70 ng/mL) compared to healthy/mucositis sites (22.03 ± 32.87 ng/mL). A diagnostic threshold of 24 ng/mL yielded optimal sensitivity (77.1%) and specificity (81.5%), with an area under the ROC curve of 0.80. Upregulation of MMP-8 gene expression was significantly associated with both higher aMMP-8 levels and increased inflammation, as reflected by BoP percentages. While no significant differences in clinical parameters were observed between MMP-8 SNP genotypes alone, the presence of the T allele in the −799C/T polymorphism was significantly associated with peri-implantitis diagnosis (OR = 3.04, p = 0.010).A multivariable logistic regression model integrating three independent predictors—elevated aMMP-8 levels, increased CAL, and the presence of the T allele—yielded a composite scoring tool that effectively stratified patients into low, moderate, and high risk for peri-implantitis. This model demonstrated excellent diagnostic performance, with an area under the ROC curve of 0.913 and a classification accuracy of 94.2%. The findings underscore the importance of combining clinical, microbial, and host-derived biomarkers to understand peri-implant disease pathogenesis better and to guide precision diagnostics. This integrative approach offers a foundation for developing a personalized, molecularly informed framework for early detection and risk assessment in peri-implant care.

Η περιεμφυτευματίτιδα αποτελεί μία χρόνια φλεγμονώδη νόσο, η οποία χαρακτηρίζεται από μικροβιακή δυσβίωση και προοδευτική καταστροφή των μαλακών και σκληρών ιστών γύρω από τα οδοντικά εμφυτεύματα. Παρόλο που περιοπαθογόνοι μικροοργανισμοί, όπως ο Porphyromonas gingivalis, έχουν συσχετιστεί διαχρονικά με την παθογένεση της νόσου, ο ρόλος ευκαιριακών μικροοργανισμών, όπως οι Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus aureus και Candida albicans, καθώς και μοριακών και γενετικών παραγόντων του ξενιστή, δεν έχει ακόμη επαρκώς αποσαφηνιστεί. Η μεταλλοπρωτεϊνάση της θεμέλιας ουσίας 8 (MMP-8), ιδιαίτερα στην ενεργή της μορφή (aMMP-8), έχει προταθεί ως σημαντικός βιοδείκτης φλεγμονής και καταστροφής ιστών, λόγω του ρόλου της στη διάσπαση του κολλαγόνου και στην ενίσχυση της φλεγμονώδους αντίδρασης. Η παρούσα μελέτη αποσκοπεί στη διερεύνηση της συνδυαστικής επίδρασης μικροβιακών, μοριακών και γενετικών παραμέτρων στην παθογένεση της περιεμφυτευματίτιδας και στην αξιολόγηση της διαγνωστικής και προγνωστικής αξίας της aMMP-8 και των πολυμορφισμών του γονιδίου MMP-8. Στη μελέτη συμμετείχαν 124 ενήλικες με κλινικά υγιή εμφυτεύματα, περιεμφυτευματική βλεννογονίτιδα ή περιεμφυτευματίτιδα. Όλοι οι συμμετέχοντες διέθεταν λειτουργικά σταθερά εμφυτεύματα για χρονικό διάστημα άνω των 12 μηνών και πληρούσαν αυστηρά κριτήρια όσον αφορά την περιοδοντική και τη συστηματική υγεία. Η κλινική εξέταση περιελάμβανε μέτρηση του βάθους θυλάκων (PD), της απώλειας πρόσφυσης (CAL) και της αιμορραγίας κατά την ανίχνευση (BoP). Το περιεμφυτευματικό υγρό συλλέχθηκε και αναλύθηκε τόσο για τα επίπεδα της ενεργής μορφής της MMP-8 μέσω ανοσοδοκιμασίας πλευρικής ροής (τεστ ImplantSafe® με αναγνώστη ORALyzer®), όσο και για την έκφραση του mRNA της MMP-8 μέσω ποσοτικής RT-PCR. Παράλληλα, δείγματα σάλιου εξετάστηκαν για την παρουσία τριών μονο-νουκλεοτιδιακών πολυμορφισμών (SNPs) του MMP-8: −799C/T (rs11225395), −381A/G και +17C/G, με τη χρήση PCR και αλληλούχησης Sanger. Επιπλέον, με ποσοτική PCR προσδιορίστηκαν τα μικροβιακά φορτία των P. gingivalis, F. alocis, S. epidermidis, S. aureus και C. albicans. Τα αποτελέσματα ανέδειξαν σημαντικά αυξημένα μικροβιακά φορτία των P. gingivalis, F. alocis και S. epidermidis σε περιοχές με περιεμφυτευματίτιδα, σε σύγκριση με περιοχές υγιών εμφυτευμάτων ή εμφυτευμάτων με βλεννογονίτιδα. Ιδιαίτερα ο P. gingivalis παρουσίασε ισχυρή συσχέτιση με βασικούς κλινικούς δείκτες, όπως το βάθος θυλάκων, η απώλεια προσκόλλησης και η αιμορραγία. Τα επίπεδα της aMMP-8 ήταν σημαντικά υψηλότερα στις θέσεις περιεμφυτευματίτιδας (μέσος όρος 53,39 ± 49,70 ng/mL) σε σύγκριση με τις θέσεις υγιών εμφυτευμάτων ή εμφυτευμάτων με βλεννογονίτιδα (22,03 ± 32,87 ng/mL). Η χρήση διαγνωστικού κατωφλίου στα 24 ng/mL απέδωσε ευαισθησία 77,1% και ειδικότητα 81,5%, με εμβαδόν κάτω από την καμπύλη ROC (AUC) ίσο με 0,80.Η αυξημένη έκφραση του mRNA της MMP-8 συσχετίστηκε σημαντικά με υψηλότερα επίπεδα ενεργής MMP-8 και αυξημένη φλεγμονώδη δραστηριότητα, όπως αντικατοπτρίζεται από τα ποσοστά BoP. Αν και δεν παρατηρήθηκαν σημαντικές διαφορές στις κλινικές παραμέτρους μεταξύ των διαφόρων γονοτύπων των SNPs, η παρουσία του αλληλόμορφου Τ στον πολυμορφισμό −799C/T συσχετίστηκε σημαντικά με τη διάγνωση περιεμφυτευματίτιδας (OR = 3,04, p = 0,010). Η ανάλυση πολυμεταβλητής λογιστικής παλινδρόμησης ανέδειξε τρεις ανεξάρτητους προγνωστικούς δείκτες: τα αυξημένα επίπεδα aMMP-8, την αυξημένη απώλεια προσκόλλησης και την παρουσία του αλληλόμορφου T. Ο συνδυασμός αυτών δημιούργησε ένα σύνθετο διαγνωστικό μοντέλο που διαστρωμάτωσε με ακρίβεια τους ασθενείς σε κατηγορίες χαμηλού, μέτριου και υψηλού κινδύνου για εμφάνιση περιεμφυτευματίτιδας. Το μοντέλο αυτό παρουσίασε εξαιρετική διαγνωστική ακρίβεια, με AUC 0,913 και συνολική ακρίβεια ταξινόμησης 94,2%. Συμπερασματικά, η μελέτη υπογραμμίζει τη σημασία της ενσωμάτωσης κλινικών, μικροβιολογικών και μοριακών βιοδεικτών για την εις βάθος κατανόηση της παθογένειας των περιεμφυτευματικών νόσων και θέτει τις βάσεις για την ανάπτυξη ενός εξατομικευμένου, μοριακά καθοδηγούμενου πλαισίου για την πρώιμη διάγνωση και αξιολόγηση κινδύνου στην περιεμφυτευματική φροντίδα