Russian Journal of Infection and ImmunityRussian Journal of Infection and ImmunityИнфекция и иммунитет2220-76192313-7398SPb RAACI175410.15789/2220-7619-DBD-1754ORIGINAL ARTICLESОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИResearch ArticleDecreased beta-defensin-2 level in the gingival crevicular fluid as a potential predictor for developing inflammatory periodontal diseasesСнижение уровня β-дефензина-2 в десневой жидкости как потенциальный предиктор развития воспалительных заболеваний пародонтаhttps://orcid.org/0000-0002-4439-9661TikhomirovaEkaterina A.ТихомироваЕкатерина Александровна
Russian Federation

Postgraduate Student, Department of Periodontology, Microbiology and Virology

аспирант кафедры пародонтологии

lukaly1990@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4141-1370AtrushkevichV. G.АтрушкевичВ. Г.
Russian Federation

PhD, MD (Medicine), Professor, Department of Periodontology

д.м.н., профессор кафедры пародонтологии

atrushkevichv@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0307-0971LinnikE.ЛинникЕ. В.
Russian Federation

Junior Researcher, Laboratory of Immune System Mediators and Effectors, Department of Immunology

младший научный сотрудник лаборатории медиаторов и эффекторов иммунитета, отдел иммунологии

ev_linnik89@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9724-695XKonoplevaM. V.КоноплеваМ. В.
Russian Federation

PhD (Biology), Senior Researcher, Laboratory of Immune System Mediators and Effectors, Department of Immunology

к.б.н., старший научный сотрудник лаборатории медиаторов и эффекторов иммунитета, отдел иммунологии

maria-konopleva@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0137-7761ZudinaI. V.ЗудинаИ. В.
Russian Federation

PhD (Biology), Senior Researcher, Laboratory of Molecular Biology, Microbiology and Virology

к.б.н., старший научный сотрудник лаборатории молекулярной биологии

ivzudina@mail.ruA.I. Yevdokimov Moscow State University of Medicine and DentistryФГБОУ ВО Московский государственный медико-стоматологический университет им. А.И. Евдокимова Минздрава РФGamaleya Research Institute of Epidemiology and MicrobiologyФГБУ Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. почетного академика Н.Ф. Гамалеи Минздрава РФSaratov State UniversityФГБОУ ВО Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского Минобрнауки РФ12042022130520221222882982906202130102021Copyright ©; 2022, Tikhomirova E.A., Atrushkevich V.G., Linnik E., Konopleva M.V., Zudina I.V.Copyright ©; 2022, Тихомирова Е.А., Атрушкевич В.Г., Линник Е.В., Коноплева М.В., Зудина И.В.2022Tikhomirova E.A., Atrushkevich V.G., Linnik E., Konopleva M.V., Zudina I.V.Тихомирова Е.А., Атрушкевич В.Г., Линник Е.В., Коноплева М.В., Зудина И.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://iimmun.ru/iimm/article/view/1754

β-defensin-2 (HBD-2) is a peptide of innate immunity that provides the first defenсe line in the oral mucosa against invading pathobionts. Under inflammatory conditions, epithelial cells and gingival fibroblasts produce HBD-2. The defective defensin secretion may play a crucial role in the development of inflammatory periodontal diseases. The study was aimed at comparing HBD-2 levels in the gingival fluid and/or periodontal pockets in patients with dental plaque-induced gingivitis (PG), aggressive periodontitis (AgP), chronic generalized periodontitis (CP) and in the periodontally healthy subjects (Control). We examined 142 patients (45.0±1.03 years) residing in Moscow, including 11 patients with PG (35.7±3.69 years), 43 patients with AgP (35.4±0.84 years), 71 patients with CP (54.4±0.86 years) and 17 controls (36.1±2.92 years). We assessed the periodontal tissue condition in all patients during the periodontal and X-ray examination. The samples of the gingival crevicular fluid and periodontal pocket contents were collected from the gingival sulcus and periodontal pockets at 8 teeth of both jaws by paper points. The concentration (C) of β-defensin-2 was determined by enzyme immunoassay (ELISA Kit for Defensin Beta 2, Cloud-Clone Corp., USA). Mann–Whitney U-test (U), the Kruskal–Wallis test (H) and the Dwass–Steel–Critchlow–Fligner post hoc test (W) analyzed a difference significance between the parameters. We estimated the parameter relationship and its power by using the Spearmanʼs rank correlation coefficient (rS). The critical significance level was p ≤ 0.05. The current study showed that the progression of the periodontal inflammation is accompanied by sharply decreased HBD-2 concentration in patient samples (H = 42.8, df = 3, р < 0.001). Thus, the concentration of HBD-2 in the gingival crevicular fluid of the periodontally healthy subjects (control group) ranged from 225 to 1720 pg/ml (C = 738 [477; 1114] pg/ml). In patients with PG, the median value of peptide concentration was 242 [42.5; 610] pg/ml (Cmin = 19 pg/ml, Cmax = 1000 pg/ml). In patients with periodontitis, it declined to critically low levels: CAgP = 54 [3; 195] pg/ml (Cmin = 0, Cmax = 478 pg/ml) and ССP = 25.5 [0; 125] pg/ml (Cmin = 0, Cmax = 298 pg/ml). Thus, we can consider the level of HBD-2 in the gingival crevicular fluid as a potential predictor for developing inflammatory periodontal diseases.

β-дефензин-2 (HBD-2) является белком врожденного иммунитета, обеспечивающим первую линию защиты слизистой оболочки полости рта от внедрения патобионтов. HBD-2 продуцируется эпителиальными клетками и фибробластами десны в условиях воспаления. Предполагается, что нарушение секреции этого дефензина может играть решающую роль в развитии воспалительных заболеваний пародонта (ВЗП). Цель исследования состояла в сравнении уровней HBD-2 в десневой жидкости и/или содержимом пародонтальных карманов у пациентов с катаральным гингивитом (КГ), агрессивным пародонтитом (АП), хроническим генерализованным пародонтитом (ХГП) и у лиц без клинических признаков ВЗП (Контроль). В исследовании приняли участие 142 человека (45,0±1,03 лет), проживающих в городе Москве, среди которых было 11 человек с КГ (35,7±3,69 лет), 43 человека с АП (35,4±0,84 лет), 71 человек с ХГП (54,4±0,86 лет) и 17 человек с клинически здоровым пародонтом (36,1±2,92 лет). Клиническое состояние тканей пародонта устанавливали в процессе пародонтологического и рентгенологического обследования пациентов. Образцы десневой жидкости и содержимого пародонтальных карманов собирали с помощью бумажных штифтов в зубодесневой борозде и в пародонтальных карманах 8 зубов обеих челюстей. Концентрацию (С) β-дефензина-2 определяли методом иммуноферментного анализа (ELISA Kit for Defensin Beta 2, Cloud-Clone Corp., США). Значимость различий между показателями устанавливали с помощью U-критерия Манна–Уитни (U), критерия Краскела–Уоллиса (H) с проведением апостериорного множественного попарного сравнения методом Дуасса–Стила–Кричлоу–Флигнера (W). Наличие связи между показателями, а также ее тесноту оценивали используя коэффициент ранговой корреляции Спирмена (rS). Критический уровень значимости был принят p ≤ 0,05. Настоящее исследование показало, что прогрессирование патологических воспалительных процессов в тканях пародонта сопровождается резким падением концентрации HBD-2 в клиническом материале пациентов (Н = 42,8, df = 3, р < 0,001). Так, концентрация HBD-2 в десневой жидкости лиц с клинически здоровым пародонтом (группа контроля) колебалась в пределах от 225 до 1720 пг/мл (С = 738 [477; 1114] пг/мл). У больных КГ медианное значение концентрации HBD-2 составляло 242 [42,5; 610] пг/мл (Сmin = 19 пг/мл, Сmax = 1000 пг/мл). У пациентов с пародонтитом оно опускалось до критически низкого уровня: САП = 54 [3; 195] пг/мл (Сmin = 0, Сmax = 478 пг/мл) и СХГП = 25,5 [0; 125] пг/мл (Сmin = 0, Сmax = 298 пг/мл). Таким образом, уровень HBD-2 в десневой жидкости может рассматриваться в качестве потенциального предиктора развития ВЗП.

beta-defensinsHBD-2 (Human beta defensin-2)periodontitisgingivitisgingival crevicular fluidELISA (enzyme-linked immunosorbent assay)β-дефензиныHBD-2 (Human beta-defensin-2)пародонтитгингивитдесневая жидкостьиммуноферментный анализЗудина И.В., Булкина Н.В., Иванов П.В., Ведяева А.П., Иванова Е.В. Противовоспалительный эффект аскорбата хитозана в комплексной терапии заболеваний пародонта // Российский стоматологический журнал. 2013. Т. 17, № 2. С. 16–19. [Zudina I.V., Bulkina N.V., Ivanov P.V., Vedyaeva A.P., Ivanova E.V. Antiinflammatory effect of ascorbate chitosan in the periodontal disease treatment. Rossiyskiy stomatologicheskiy zhurnal = Russian Journal of Dentistry, 2013, vol. 17, no. 2, pp. 16–19. (In Russ.)]Ширинский В.С., Ширинский И.В. Полиморбидность, старение иммунной системы и системное вялотекущее воспаление – вызов современной медицине // Медицинская иммунология. 2020. Т. 22, № 4. С. 609–624. [Shirinsky V.S., Shirinsky I.V. Polymorbidity, ageing of immune system and lowgrade systemic inflammation: a challenge for modern medicine. Meditsinskaya immunologiya = Medical Immunology (Russia), 2020, vol. 22, no. 4, pp. 609–624. (In Russ.)] doi: 10.15789/15630625PAO2042Armitage G.C. Development of a classification system for periodontal diseases and conditions. Ann. Periodontol., 1999, vol. 4, no. 1: 1. doi: 10.1902/annals.1999.4.1.1Bissell J., Joly S., Johnson G.K., Organ C.C., Dawson D., McCray P.B. Jr, Guthmiller J.M. Expression of beta-defensins in gingival health and in periodontal disease. J. Oral Pathol. Med., 2004, vol. 33, no. 5, pp. 278–285. doi: 10.1111/j.0904-2512.2004.00143.xBoniotto M., Jordan W.J., Eskdale J., Tossi A., Antcheva N., Crovella S., Connell N.D., Gallagher G. Human beta-defensin 2 induces a vigorous cytokine response in peripheral blood mononuclear cells. Antimicrob. Agents Chemother., 2006, vol. 50, no. 4, pp. 1433–1441. doi: 10.1128/AAC.50.4.1433-1441.2006Brancatisano F.L., Maisetta G., Barsotti F., Esin S., Miceli M., Gabriele M., Giuca M.R., Campa M., Batoni G. Reduced human beta defensin 3 in individuals with periodontal disease. J. Dent. Res., 2011, vol. 90, no. 2, pp. 241–245. doi: 10.1177/0022034510385686Costa 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, vol. 53, no. 5, pp. 736–742. doi: 10.1111/jre.12558Cugini C., Ramasubbu N., Tsiagbe V.K., Fine D.H. Dysbiosis from a microbial and host perspective relative to oral health and disease. Front. Microbiol., 2021, vol. 12: 617485. doi: 10.3389/fmicb.2021.617485Dommisch H., Jepsen S. Diverse functions of defensins and other antimicrobial peptides in periodontal tissues. Periodontol. 2000, 2015, vol. 69, no. 1, pp. 96–110. doi: 10.1111/prd.12093Duran-Pinedo A.E., Chen T., Teles R., Starr J.R., Wang X., Krishnan K., Frias-Lopez J. Community-wide transcriptome of the oral microbiome in subjects with and without periodontitis. ISME J., 2014, vol. 8, no. 8, pp. 1659–1672. doi: 10.1038/ismej.2014.23Ebersole J.L., Dawson D.A. 3rd, Emecen Huja P., Pandruvada S., Basu A., Nguyen L., Zhang Y., Gonzalez O.A. Age and periodontal health — immunological view. Curr. Oral Health Rep., 2018, vol. 5, no. 4, pp. 229–241. doi: 10.1007/s40496-018-0202-2Ertugrul A.S., Sahin H., Dikilitas A., Alpaslan N.Z., Bozoğlan A., Tekin Y. Gingival crevicular fluid levels of human beta-defensin-2 and cathelicidin in smoker and non-smoker patients: a cross-sectional study. J. Periodontal. Res., 2014, vol. 49, no. 3, pp. 282–289. doi: 10.1111/jre.12105Fruitwala S., El-Naccache D.W., Chang T.L. Multifaceted immune functions of human defensins and underlying mechanisms. Semin. Cell Dev. Biol., 2019, no. 88, pp. 163–172. doi: 10.1016/j.semcdb.2018.02.023Gegel N.O., Zhuravleva Y.Y., Shipovskaya A.B., Malinkina O.N., Zudina I.V. Influence of chitosan ascorbate chirality on the gelation kinetics and properties of silicon-chitosan-containing glycerohydrogels. Polymers, 2018, vol. 10, no. 3: 259. doi: 10.3390/polym10030259Graetz C., Mann L., Krois J., Sälzer S., Kahl M., Springer C., Schwendicke F. Comparison of periodontitis patients’ classification in the 2018 versus 1999 classification. J. Clin. Periodontol., 2019, vol. 46, no. 9, pp. 908–917. doi: 10.1111/jcpe.13157Groth M., Wiegand C., Szafranski K., Huse K., Kramer M., Rosenstiel P., Schreiber S., Norgauer J., Platzer M. Both copy number and sequence variations affect expression of human DEFB4. Genes Immun., 2010, vol. 11, no. 6, pp. 458–466. doi: 10.1038/gene.2010.19Hajishengallis G., Chavakis T., Lambris J.D. Current understanding of periodontal disease pathogenesis and targets for host-modulation therapy. Periodontol. 2000, 2020, vol. 84, no. 1, pp. 14–34. doi: 10.1111/prd.12331Hamanaka Y., Nakashima M., Wada A., Ito M., Kurazono H., Hojo H., Nakahara Y., Kohno S., Hirayama T., Sekine I. Expression of human beta-defensin 2 (hBD-2) in Helicobacter pylori induced gastritis: antibacterial effect of hBD-2 against Helicobacter pylori. Gut., 2001, vol. 49, no. 4, pp. 481–487. doi: 10.1136/gut.49.4.481Hosokawa I., Hosokawa Y., Komatsuzawa H., Goncalves R.B., Karimbux N., Napimoga M.H., Seki M., Ouhara K., Sugai M., Taubman M.A., Kawai T. Innate immune peptide LL-37 displays distinct expression pattern from beta-defensins in inflamed gingival tissue. Clin. Exp. Immunol., 2006, vol. 146, no. 2, pp. 218–225. doi: 10.1111/j.1365-2249.2006.03200.xHuan Y., Kong Q., Mou H., Yi H. Antimicrobial peptides: classification, design, application and research progress in multiple fields. Front. Microbiol., 2020, vol. 11: 582779. doi: 10.3389/fmicb.2020.582779Jaradat S.W., Hoder-Przyrembel C., Cubillos S., Krieg N., Lehmann K., Piehler S., Sigusch B.W., Norgauer J. Beta-defensin-2 genomic copy number variation and chronic periodontitis. J. Dent. Res., 2013, vol. 92, no. 11, pp. 1035–1040. doi: 10.1177/0022034513504217Könönen E., Gursoy M., Gursoy U.K. Periodontitis: a multifaceted disease of tooth-supporting tissues. J. Clin. Med., 2019, vol. 8, no. 8: 1135. doi: 10.3390/jcm8081135Kurt-Bayrakdar S., Ozturk A., Kara N. DEFB4A promoter polymorphism is associated with chronic periodontitis: a case-control study. Genet. Test. Mol. Biomarkers, 2020, vol. 24, no. 3, pp. 113–119. doi: 10.1089/gtmb.2019.0218Kusano K., Abiko Y., Nishimura M., Arakawa T., Takeshima M., Fujimoto A., Takuma T., Kaku T. Single-nucleotide polymorphism (SNP) in β-defensin 2 in a Japanese population and an effect of -1029 SNP on promoter activity. Oral Sci. Int., 2005, vol. 2, no. 2, pp. 80–84. doi: 10.11277/osi.2.80Lamont R.J., Koo H., Hajishengallis G. The oral microbiota: dynamic communities and host interactions. Nat. Rev. Microbiol., 2018, vol. 16, no. 12, pp. 745–759. doi: 10.1038/s41579-018-0089-xLiu 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, vol. 59, no. 2, pp. 193–198. doi: 10.1016/j.archoralbio.2013.11.007Loos B.G., Van Dyke T.E. The role of inflammation and genetics in periodontal disease. Periodontol. 2000, 2020, vol. 83, no. 1, pp. 26–39. doi: 10.1111/prd.12297Machado L.R., Ottolini B. An evolutionary history of defensins: a role for copy number variation in maximizing host innate and adaptive immune responses. Front. Immunol., 2015, vol. 6: 115. doi: 10.3389/fimmu.2015.00115Mohanty R., Asopa S.J., Joseph M.D., Singh B., Rajguru J.P., Saidath K., Sharma U. Red complex: polymicrobial conglomerate in oral flora: a review. J. Family Med. Prim. Care, 2019, vol. 8, no. 11, pp. 3480–3486. doi: 10.4103/jfmpc.jfmpc_759_19Murakami S., Mealey B.L., Mariotti A., Chapple I.L.C. Dental plaque-induced gingival conditions. J. Clin. Periodontol., 2018, vol. 45, no. 20, pp. S17–S27. doi: 10.1111/jcpe.12937Naginyte M., Do T., Meade J., Devine D.A., Marsh P.D. Enrichment of periodontal pathogens from the biofilms of healthy adults. Sci. Rep., 2019, vol. 9, no. 1: 5491. doi: 10.1038/s41598-019-41882-yNath S.G., Raveendran R. “What is there in a name?”: a literature review on chronic and aggressive periodontitis. J. Indian Soc. Periodontol., 2011, vol. 15, no. 4, pp. 318–322. doi: 10.4103/0972-124X.92561Nazir M., Al-Ansari A., Al-Khalifa K., Alhareky M., Gaffar B., Almas K. Global prevalence of periodontal disease and lack of its surveillance. Sci. World J., 2020: 2146160. doi: 10.1155/2020/2146160Öztürk 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., 2021, vol. 27, no. 4, pp. 993–1000. doi: 10.1111/odi.13597Peschel A., Sahl H.G. The co-evolution of host cationic antimicrobial peptides and microbial resistance. Nat. Rev. Microbiol., 2006, vol. 4, no. 7, pp. 529–536. doi: 10.1038/nrmicro1441Semple F., Dorin J.R. β-Defensins: multifunctional modulators of infection, inflammation and more? J. Innate Immun., 2012, vol. 4, no. 4, pp. 337–348. doi: 10.1159/000336619Stover C.M. Editorial: antimicrobial peptides and complement – maximising the inflammatory response. Front. Immunol., 2015, vol. 6: 491. doi: 10.3389/fimmu.2015.00491Türkoğlu O., Emingil G., Kütükçüler N., Atilla G. Evaluation of gingival crevicular fluid adrenomedullin and human neutrophil peptide 1–3 levels of patients with different periodontal diseases. J. Periodontol., 2010, vol. 81, no. 2, pp. 284–291. doi: 10.1902/jop.2009.090517Vardar-Sengul S., Demirci T., Sen B.H., Erkizan V., Kurulgan E., Baylas H. Human β defensin-1 and -2 expression in the gingiva of patients with specific periodontal diseases. J. Periodontal Res., 2007, vol. 42, no. 5, pp. 429–437. doi: 10.1111/j.1600-0765.2006.00964.xYong X., Chen Y., Tao R., Zeng Q., Liu Z., Jiang L., Ye L., Lin X. Periodontopathogens and human β-defensin-2 expression in gingival crevicular fluid from patients with periodontal disease in Guangxi, China. J. Periodontal Res., 2015, vol. 50, no. 3, pp. 403–410. doi: 10.1111/jre.12220