β-дефензины и воспалительные заболевания пародонта: систематический обзор

Актуальность. Неуклонный рост числа воспалительных заболеваний пародонта (ВЗП) требует поиска новых методов их диагностики, лечения и профилактики. В полости рта экспрессируется большое количество антимикробных пептидов, в том числе и β-дефензины, которые образуют первую линию защиты от пародонтопатогенов. Более детальное изучение данных белков поможет ответить на вопрос, почему прорывается этот защитный барьер, и можно ли использовать β-дефензины в качестве маркеров ВЗП. Необходимо изучить информацию о роли β-дефензинов в патогенезе ВЗП и оценить возможность их применения в качестве биомаркеров этих заболеваний.

Материалы и методы. С помощью поисковых систем PubMed, Google Search и eLIBRARY было найдено 2106 публикаций, опубликованных с 2003 по 2020 гг. В соответствии с критериями включения и невключения было отобрано 39 публикаций, среди которых встречались исследования in vivo, in vitro и обзорные статьи. Данные отобранных статей изложены в этом обзоре.

Результаты. β-дефензины обладают антимикробной активностью в отношении пародонтопатогенов, однако и пародонтопатогены за счет своих факторов вирулентности могут изменять экспрессию этих белков либо вызывать их разрушение. Кроме того, на концентрацию β-дефензинов могут влиять цитокины, синтезируемые во время воспаления в тканях пародонта. По сравнению с лицами без ВЗП у пациентов с хроническим генерализованным гингивитом, агрессивным и хроническим генерализованным пародонтитом чаще всего наблюдаются изменения экспрессии β-дефензинов как в большую, так и в меньшую сторону, что также зависит от стадии воспалительного процесса.

 Заключение. β-дефензины играют важную роль в антимикробной защите тканей пародонта от внедрения пародонтопатогенов и могут использоваться в качестве маркеров ВЗП. Однако, оценивая концентрацию дефензинов в ротовой жидкости, необходимо учитывать сопутствующие факторы: присутствие пародонтопатогенов, наличие определенных цитокинов, стадию заболевания, наличие сопутствующей патологии, а также генетический аспект.

1. Dale B.A., Fredericks L.P. Antimicrobial Peptides in the Oral Environment: Expression and Function in Health and Disease. Curr. Issues Mol. Biol. 2005;Jul;7(2):119-134. https://doi.org/10.21775/cimb.007.119.

2. Belibasakis G.N., Kast J.I., Thurnheer T., Akdis C.A., Bostanci N. The expression of gingival epithelial junctions in response to subgingival biofilms. Virulence. 2015;Oct;6(7):704-709. https://doi.org/10.1080/21505594. 2015.1081731.

3. Gursoy U.K., Könönen E. Understanding the roles of gingival beta-defensins. J of Oral Microbiology. 2012;4:1-10. https://doi.org/10.3402/jom.v4i0.15127.

4. Dommisch H., Jepsen S. Diverse functions of defensins and other antimicrobial peptides in periodontal tissues. Periodontol 2000. 2015;69:96-110. https://doi.org/10.1111/prd.12093.

5. Prasad S.V., Fiedoruk K., Daniluk T., Piktel E., Bucki R. Expression and Function of Host Defense Peptides at Inflammation Sites. Int J Mol Sci. 2020;Jan;21(1):104. https://doi.org/10.3390/ijms21010104.

6. Gupta S., Bhatia G., Sharma A., Saxena S. Host defense peptides: An insight into the antimicrobial world. J Oral Maxillofac Pathol. 2018;May-Aug;22(2):239-244. https://doi.org/10.4103/jomfp.JOMFP_113_16.

7. Lee E.Y., Lee M.W., Fulan B.M., Ferguson A.L., Wong G.C.L. What can machine learning do for antimicrobial peptides, and what can antimicrobial peptides do for machine learning? Interface Focus. 2017;Dec;7(6):20160153. https://doi.org/10.1098/rsfs.2016.0153.

8. Mok W.W.K., Li Y. Therapeutic peptides: new arsenal against drug resistant pathogens. Curr Pharm Des. 2014;20(5):771-792. https://doi.org/10.2174/13816128113199990011.

9. Dadar M., Shahali Y., Chakraborty S., Prasad M., Tahoori F., Tiwari R., Dhama K. Antiinflammatory peptides: current knowledge and promising prospects. Inflamm Res. 2019;Feb;68(2):125-145. http://dx.doi.org/10.1007/s00011-018-1208-x.

10. Brogden K.A. Antimicrobial peptides: Pore formers or metabolic inhibitors in bacteria? Nat Rev Microbiol.2005;3:238-250. https://doi.org/10.1038/nrmicro1098.

11. Özdemir M., Caglayan F., Bikker F.J., Pussinen P., Könönen E., Yamalik N., Gürsoy M., Fteita D., Nazmi K., Güncü G.N., Pietiäinen M., Tolvanen M., Gürsoy U.K. Gingival tissue human beta-defensin levels in relation to infection and inflammation. J Clin Periodontol. 2020;Mar;47(3):309- 318. https://doi.org/10.1111/jcpe.13227.

12. Jourdain M-L., Velard F., Pierrard L., Sergheraert J., Gangloff S.C., Braux J. Cationic antimicrobial peptides and periodontal physiopathology: A systematic review. J Periodontal Res.2019;Dec;54(6):589-600. https://doi.org/10.1111/jre.12676.

13. Moher D., Shamseer L., Clarke M., Ghersi D., Liberati A., Petticrew M., Shekelle P., Stewart L.A. PRISMA-P Group. Preferred reporting items for systematic review and metaanalysis protocols (PRISMA-P) 2015 statement. Syst Rev. 2015;Jan;4(1):1-9. https://doi.org/10.1186/2046-4053-4-1.

14. Gomes P.S., Fernandes M.H. Defensins in the oral cavity: distribution and biological role. J Oral Pathol Med. 2010;39:1-9. https://doi.org/10.1111/j.1600-0714.2009.00832.x.

15. Pazgier M., Prahl A., Hoover D.M., Lubkowski J. Studies of the biological properties of human β-defensin 1. J of Biological Chemistry. 2007;Feb;282(3):1819-29. https://doi.org/10.1074/jbc.M607210200.

16. Абатуров А.Е. Катионные антимикробные пептиды системы неспецифической защиты респираторного тракта: дефензины и кателицидины. Дефензины – молекулы, переживающие ренессанс (часть 1). Здоровье ребенка. 2011;7(34):161-170. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/kationnye-antimikrobnye-peptidysistemy-nespetsificheskoy-zaschity-respiratornogo-traktadefenziny-i-katelitsidiny-defenziny-3.

17. Ganz T. Defensins: antimicrobial peptides of innate immunity. Nat Rev Immunol. 2003;Sep;3(9):710-20. https://doi.org/10.1038/nri1180.

18. Pereira A.L., Holzhausen M., Franco G.C.N., Cortelli S.C., Cortelli J.R. Human b-defensin 2 and protease activated receptor-2 expression in patients with chronic periodontitis. Аrchives of oral biology. 2012;5(7):1609–1614. https://doi.org/10.1016/j.archoralbio.2012.04.018.

19. Öztürk A., Kurt-Bayrakdar S., Avci B. Comparison of gingival crevicular fluid and serum human beta-defensin-2 levels between periodontal health and disease. Oral Dis.2020;Aug;00:1-8. https://doi.org/10.1111/odi.13597.

20. Costa L.C.M., Soldati K.R., Fonseca D.C., Costa J.E., Abreu M.H.N.G., Costa F.O., Zandim-Barcelos D.L., Cota L.O.M. Gingival crevicular fluid levels of human beta-defensin 1 in individuals with and without chronic periodontitis. J Periodontal Res. 2018;Oct;53(5):736-742. https://doi.org/10.1111/jre.12558.

21. Li X., Duan D., Yang J., Wang P., Han B., Zhao L., Jepsen S., Dommisch H., Winter J., Xu Y. The expression of human b-defensins (hBD-1, hBD-2, hBD-3, hBD-4) in gingival epithelia. Archives of Oral Biology. 2016;66:15-21. https://doi.org/10.1016/j.archoralbio.2016.01.012.

22. Ebrahem M.A. Expression of human beta defensins (HBDs) 1, 2 and 3 in gingival crevicular fluid of patients affected by localized aggressive periodontitis. The Saudi Dental Journal. 2013;25:75-82. https://doi.org/10.1016/j.sdentj.2013.02.004.

23. Kanda N., Kamata M., Tada Y., Ishikawa T., Sato Sh., Watanabe Sh. Human β‐defensin‐2 enhances IFN‐γ and IL‐10 production and suppresses IL‐17 production in T cells. Journal of Leukocyte Bioligy. 2011;Apr;89:935-944. https://doi.org/10.1189/jlb.0111004.

24. Sidharthan S., Dharmarajan G., Kulloli A. Gingival crevicular fluid levels of Interleukin-22 (IL-22) and human β Defensin-2 (hBD-2) in periodontal health and disease: A correlative study. J Oral Biol Craniofac Res. 2020;Dec;10(4):498- 503. https://doi.org/10.1016/j.jobcr.2020.07.021.

25. Fruitwala S., El-Naccache D.W., Chang T.L. Multifaceted immune functions of human defensins and underlying mechanisms. Semin Cell Dev Biol. 2019;Apr;88:163-172. https://doi.org/10.1016/j.semcdb.2018.02.023.

26. Yong X., Chen Y., Tao R., Zeng Q., Liu Z., Jiang L., Ye L., Lin X. Periodontopathogens and human b-defensin-2 expression in gingival crevicular fluid from patients with periodontal disease in Guangxi, China. J Periodont Res. 2015;50(3):403-410. https://doi.org/10.1111/jre.12220.

27. Liu J., Chen J., Du X., Hu L., Chen L. The expression of hBDs in the gingival tissue and keratinocytes from healthy subjects and periodontitis patients. Arch Oral Biol. 2014;Feb;59(2):193- 198. DOI: 10.1016/j.archoralbio.2013.11.007.

28. Wang P., Duan D., Zhou X., Li X., Yang J., Deng M., Xu Y. Relationship between expression of human gingival beta-defensins and levels of periodontopathogens in subgingival plaque. J Periodont Res. 2015;50:113-122. https://doi.org/10.1111/jre.12187.

29. Jang J.Y., Song I.S., Baek K.J., Choi Y., Ji S.J. Immunologic characteristics of human gingival fibroblasts in response to oral bacteria. Periodontal Res. 2017;Jun;52(3):447- 457. https://doi.org/10.1111/jre.12410.

30. Kang H-K., Kim C., Seo C.H., Park Y. The therapeutic applications of antimicrobial peptides (AMPs): a patent review. J Microbiol. 2017;Jan;55(1):1-12. https://doi.org/10.1007/s12275-017-6452-1.

31. Lee E.Y., Lee M.W., Wong G.C.L. Modulation of Tolllike receptor signaling by antimicrobial peptides. Invited submission to Seminars in Cell and Developmental Biology (GRC on AMPs). Semin Cell Dev Biol. 2019;88:173-184. https://doi.org/10.1016/j.semcdb.2018.02.002.

32. Будихина А.С., Пинегин Б.В. Дефензины – мультифункциональные катионные пептиды человека. Иммунопатология, аллергология, инфектология. 2008;2:31-40. Режим доступа: http://www.immunopathology.com/ru/article.php?carticle=56.

33. Абатуров А.Е. Катионные антимикробные пептиды системы неспецифической защиты респираторного тракта: дефензины и кателицидины. Дефензины – молекулы, переживающие ренессанс (часть 2). Здоровье ребенка. 2011;8(35):137-142. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/kationnye-antimikrobnye-peptidysistemy-nespetsificheskoy-zaschity-respiratornogo-traktadefenziny-i-katelitsidiny-defenziny-4.

34. Mandal S.M., Manna S., Mondal S., Ghosh A.K., Chakraborty R. Transcriptional regulation of human defense peptides: a new direction in infection control. Biol Chem. 2018;Oct;399(11):1277-1284. https://doi.org/10.1515/hsz2018-0182.

35. Мамчур В.И., Левых А.Э. Дефензины – эндогенные пептиды с антиинфекционными и противоопухолевыми свойствами (обзор литературы). Таврический медико-биологический вестник. 2012;2(58):315-321. Режим доступа: http://dspace.nbuv.gov.ua/bitstream/handle/123456789/45235/70-Mamchur.pdf?sequence=1.

36. Silva O.N., Porto W.F., Ribeiro S.M., Batista I., Franco O.L. Host-defense peptides and their potential use as biomarkers in human diseases. Drug Discov Today. 2018;Sep;23(9):1666- 1671. https://doi.org/10.1016/j.drudis.2018.05.024.

37. Güncü G.N., Yilmaz D., Könönen E., Gürsoy U.K. Salivary Antimicrobial Peptides in Early Detection of Periodontitis. Front Cell Infect Microbiol. 2015;5:99. https://doi.org/10.3389/fcimb.2015.00099.

38. Dommisch H., Skora P., Hirschfeld J., Olk G., Hildebrandt L., Jepsen S. The guardians of the periodontium — sequential and differential expression of antimicrobial peptides during gingival inflammation. Results from in vivo and in vitro studies. J of Clinical Periodontology. 2019;46(3):276-285. https://doi.org/10.1111/jcpe.13084.

39. Zhu M., Miao B., Zhu J., Wang H., Zhou Z. Expression and antimicrobial character of cells transfected with human β defensin 3 against periodontitis associated microbiota in vitro. Mol Med Rep. 2017;Sep;16(3):2455-2460. https://doi.org/10.3892/mmr.2017.6913.

40. Kuula H., Salo T., Pirilä E., Hagström J., Luomanen M., Gutierrez-Fernandez A., Romanos G.E., Sorsa T. Human b-defensin-1 and -2 and matrix metalloproteinase-25 and -26 expression in chronic and aggressive periodontitis and in peri-implantitis. Arch Oral Biol. 2008;Feb;53(2):175-86. https://doi.org/10.1016/j.archoralbio.2007.09.010.