Decreased beta-defensin-2 level in the gingival crevicular fluid as a potential predictor for developing inflammatory periodontal diseases

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

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.

About the authors

Ekaterina A. Tikhomirova

A.I. Yevdokimov Moscow State University of Medicine and Dentistry

Email: lukaly1990@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4439-9661

Postgraduate Student, Department of Periodontology, Microbiology and Virology

Russian Federation, 127473, Moscow, Delegatskaya str., 20/1

V. G. Atrushkevich

A.I. Yevdokimov Moscow State University of Medicine and Dentistry

Email: atrushkevichv@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4141-1370

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

Russian Federation, 127473, Moscow, Delegatskaya str., 20/1

E. Linnik

Gamaleya Research Institute of Epidemiology and Microbiology

Email: ev_linnik89@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0307-0971

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

Russian Federation, 127473, Moscow, Delegatskaya str., 20/1

M. V. Konopleva

Gamaleya Research Institute of Epidemiology and Microbiology

Email: maria-konopleva@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-9724-695X

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

Russian Federation, 127473, Moscow, Delegatskaya str., 20/1

I. V. Zudina

Saratov State University

Author for correspondence.
Email: ivzudina@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0137-7761

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

Russian Federation, Saratov

References

  1. Зудина 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.)]
  2. 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: 10.15789/15630625PAO2042
  3. Armitage G.C. Development of a classification system for periodontal diseases and conditions. Ann. Periodontol., 1999, vol. 4, no. 1: 1. doi: 10.1902/annals.1999.4.1.1
  4. Bissell 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.x
  5. Boniotto 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.50.4.1433-1441.2006
  6. Brancatisano 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: 10.1177/0022034510385686
  7. 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, vol. 53, no. 5, pp. 736–742. doi: 10.1111/jre.12558
  8. Cugini 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.2021.617485
  9. Dommisch 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.12093
  10. Duran-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.2014.23
  11. Ebersole 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/s40496-018-0202-2
  12. Ertugrul 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.12105
  13. Fruitwala 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.2018.02.023
  14. Gegel 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/polym10030259
  15. Graetz 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.13157
  16. Groth 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.2010.19
  17. Hajishengallis 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.12331
  18. Hamanaka 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.49.4.481
  19. Hosokawa 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.x
  20. Huan 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.2020.582779
  21. Jaradat 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: 10.1177/0022034513504217
  22. Könönen 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/jcm8081135
  23. Kurt-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.2019.0218
  24. Kusano 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.2.80
  25. Lamont 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-x
  26. 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, vol. 59, no. 2, pp. 193–198. doi: 10.1016/j.archoralbio.2013.11.007
  27. Loos 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.12297
  28. Machado 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.2015.00115
  29. Mohanty 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_19
  30. Murakami 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.12937
  31. Naginyte 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-y
  32. Nath 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.92561
  33. Nazir 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: 10.1155/2020/2146160
  34. 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., 2021, vol. 27, no. 4, pp. 993–1000. doi: 10.1111/odi.13597
  35. Peschel 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/nrmicro1441
  36. Semple 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: 10.1159/000336619
  37. Stover C.M. Editorial: antimicrobial peptides and complement – maximising the inflammatory response. Front. Immunol., 2015, vol. 6: 491. doi: 10.3389/fimmu.2015.00491
  38. Türkoğlu 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.2009.090517
  39. Vardar-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.x
  40. Yong 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

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Figure 1. Group-averaged values of dental parameters in patients with plaque-induced gingivitis (PG), aggressive periodontitis (AgP), chronic generalized periodontitis (CP) and in the periodontally healthy subjects (Control) before the study

Download (116KB)
Indexing metadata
3. Figure 2. The HBD-2 concentration (pg/ml) in samples from patients with plaque-induced gingivitis (PG), aggressive periodontitis (AgP), chronic generalized periodontitis (CP) and in the periodontally healthy subjects (Control)

Download (78KB)
Indexing metadata
4. Figure 3. The HBD-2 level (pg/ml) in the gingival crevicular fluid in the control group, according the members age: under 30 years (n = 7), aged 31 to 40 years (n = 7) as well as over 40 years (n = 3)

Download (73KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2022 Tikhomirova E.A., Atrushkevich V.G., Linnik E., Konopleva M.V., Zudina I.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».