CC BY
42
УДК 616.08-039.57
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АНТИМИКРОБНЫХ ПЕПТИДОВ СЛЮНЫ
Олейник Е.А.1, Петрова Н.П.2, Попов Б.А.2
1- ГБОУ ВПО ПСПбГМУ им.И.П.Павлова Минздрава России 197022, г.Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого, д.6-8, Россия 2 - ФГБОУ ВО СПбГУ
199034, г. Санкт-Петербург, Университетская набережная, д. 7/9, Россия [email protected] - Олейник Е. А.
Резюме. Природные антимикробные пептиды (AMP) слюны являются перспективными эндогенными антибиотиками «следующего поколения», которые непосредственно инактивируют микроорганизмы, обладают лечебным воздействием широкого спектра действия, низкой токсичностью и низкой степенью резистентности. Кроме того, антимикробные пептиды, производимые в ответ на бактериальную инвазию, могут быть использованы в качестве биомаркеров при ранней диагностике заболевания и его профилактике. На наш взгляд, этот аспект является наиболее важным, так как в последнее время медицина, в том числе стоматология, переходит в фазу персонализированной. То есть речь идет об ориентации лечения конкретного пациента на основе генетических, биомаркерных, эпигенетических детерминант.
Ключевые слова: антимикробные пептиды, слюна, иммунный ответ, эндотоксины, пародонтопатогены.
PROSPECTS FOR THE USE OF ANTIMICROBIC SALIVA PEPTIDES
Oleinik E.A.1, Petrova N.P.2, Popov B.A.2
1 First Pavlov State Medical University of St. Petersburg, 214019, St. Petersburg st. Lev Tolstoy 6-8, Russia
2 St. Petersburg State Medical University, St. Petersburg st. 199034, University Embankment, 7/9, Russia
Summary. Natural salivary antimicrobial peptides (AMPs) are promising "next generation " endogenous antibiotics that directly inactivate microorganisms, have a therapeutic effect of a wide spectrum of action, low toxicity and a low degree of resistance. In addition, antimicrobial peptides produced in response to bacterial invasion can be used as biomarkers for early diagnosis and prevention of the disease. In our opinion, this aspect is the most important, since recently medicine, including dentistry, has been entering the personalized phase. That is, we are talking about the orientation of the treatment of a particular patient based on genetic, biomarker, epigenetic determinants.
Key words: antimicrobial peptides, saliva, immune response, endotoxins, periodontopathogens.
Введение. Актуальность изучения антимикробных пептидов слюны вызвана несколькими причинами. Во-первых, в последние годы наблюдается тенденция к росту заболеваний пародонта, которые являются глобальной медицинской проблемой.
Кроме того, не вызывает сомнения факт, что многие системные заболевания прочно ассоциируются с инфекционным поражением тканей пародонта. По данным Американской Ассоциации пародонтологов, исследования профессора Marka I. Ryder (2019) и его коллег из Университета Калифорнии подтвердили взаимосвязь между присутствием Р. Gingivalis в полости рта и увеличением выработки бета-амилоида, компонента амилоидных бляшек, накопление которых способствует развитию болезни Альцгеймера.
В своих исследованиях N. Makiura, M.Ojima, Y.Kou (2008) [26] доказали, что на уровень гликемии при сахарном диабете влияет персистенция P. Gingivalis, особенно клонов с фимбриями II типа. Вместе с тем, коллектив ученых из Финляндии Olli Patrakka, Juha Pekka Pienimaki, Sari Tuomisto (2019) [36] в тромбах пациентов, перенесших инсульт, обнаружили ДНК 79% бактерий полости рта.
Таким образом, заболевания пародонта инициируется, как правило, образованием микробной биопленки на зубах и тканях полости рта [1]. Необходимо отметить, что данная патология прочно ассоциируются с присутствием так называемых «опасных» пародонтопатогеннов. К их числу, по-прежнему, относится представители «красного» комплекса, а именно Porphyromonas Gingivalis [10, 13, 14]. В рамках своей стратегии выживания P. gingivalis способен проникать в клетки и ткани, таким образом избегать иммунного надзора [6, 7, 9]. Этот пародонтоген активно проникает в эпителиальные клетки десны, где может поддерживать жизнеспособность и размножаться [1]. Это инвазивное свойство зависит от его основных фимбрий, которые связываются с pi-интегрином на поверхности клеток-хозяев и вызывает перестройку актинового цитоскелета. (Yilmaz et al., 2002, 2003). Представитель «красного комплекса» также может проникать в макрофаги, но в этих клетках его репликация менее активна (Wang et al., 2007). Как только P. gingivalis проникает в клетку, он влияет на пути клеточного цикла и, таким образом, ускоряет пролиферацию эпителиальных клеток десны зависимым от фимбрии способом (Kuboniwa et al., 2008).
В свою очередь, организм реагирует иммунным ответом на инвазию пародонтопатогена и его эндотоксинов, что выражается в каскаде врожденных и приобретенных реакций иммунной системы. Ранним компонентом иммунной реакции организма является выделение слюнными железами, эпителиальными клетками и нейтрофилами антимикробных пептидов (АМР) [1]. Именно антимикробные пептиды участвуют в поддержании нормальной микрофлоры полости рта, обеспечивают защиту тканей полости рта от патогенов. Доказано, что изменения в экспрессии антимикробных пептидов (АМР) увеличивают восприимчивость организма к бактериальной инфекции [13, 14].
Считаем, что вторым аспектом изучения антимикробных пептидов слюны является тот факт, что они представляют собой эндогенные антибактериальные препараты, которые непосредственно инактивируют микроорганизмы. Природные AMP оказались перспективными в качестве «антибиотиков следующего поколения» из-за их лечебного воздействия широкого спектра, низкой токсичности, того факта, что они не являются остаточными для животных, и низкой степени резистентности, проявляемой многими патогенными микроорганизмами [48, 45]. Помимо антибактериальной активности АМР могут влиять на течение заболевания пародонта путем инактивации бактериальных протеаз или хозяина, связывать бактериальные токсины [22]. На сегодняшний день, по-прежнему, наиболее эффективным способом воздействия на пародонтопатогенны остается назначение антибактериальных препаратов, которые, к сожалению, имеют побочные эффекты.
Третьим аспектом изучения антимикробных пептидов слюны является тот факт, что белки, производимые в ответ на бактериальную инвазию, могут быть выявлены и использованы в качестве биомаркеров при ранней диагностике заболевания и его профилактике. На наш взгляд, этот аспект является наиболее важным, так как в последнее время в медицине, в частности в стоматологии речь идет о переходе в персонализированную фазу. То есть, лечение конкретного пациента должно происходить на основе выявления генетических, биомаркерных, эпигенетических детерминант [18].
Использование слюны для выявления и измерения специфических фенотипов и медиаторов, происходящих от хозяина, позволит установить индивидуализированный диагноз, прогноз и лечение заболеваний пародонта. Этот персонализированный подход к медицине усилит возможности клинического устного осмотра и оценки истории болезни, предоставляя пациентам доказанную, целевую помощь в отношении риска
Целью этого систематического обзора было изучить комплексы антимикробных белков слюны, определить их возможности в отношении пародонтопатогенов и выявить кандидатов для составления композиции для антибактериального лечения.
Антимикробные пептиды слюны (AMPs)
Одним из факторов, ответственных за экологическое равновесие в полости рта, является слюна. Слюна покрывает ткани полости рта кондиционирующей биопленкой, которая регулирует первичное прикрепление микроорганизмов. Кроме того, она содержит белки, которые в растворимой фазе связываются с бактериями, блокируя их прилипание к поверхностям. Sanderink et.al. (2004) [10] предлагают разделить белковые компоненты биопленки на главные протеины и вспомогательные (табл.1).
Таблица 1. Белковые компоненты биопленки [8]
Protein OMIM-Number
Главные протеины Кислые пролин-богатые гликопротеины 168730; 168790
Статерины 184470
Муцины 600770 (MUC-5B); 158375 (MUC-7)
Вспомогательные протеины Агглютинин 601969
Альбумин 103600
sIgA 269650 (SC);146900; 147000 (HC)
IgG 147100;147200
A-амилаза 104700
Лизоцим 153450
Лактоферрин 150210
В2-Микроглобулин 109700
Фибронектин 135600
Глюкосилтрансфераза
Разные протеины, богатые пролином 168710;168810;168840;180989
Цистатины 123855 (CST-1); 123856 (CST-2); 123857 (CST-4); 123858 (CST-5); 604312 (CST-3)
Гистатины 142701; 142702;
Вместе с тем, слюна содержит большое количество антимикробных белков, которые прямо или опосредованно подавляют неконтролируемый рост бактерий. К ним относятся лактоферрин, лактопероксидаза, лизоцим, антимикробные пептиды [10, 24].
Антимикробные пептиды представляют собой уникальную и разнообразную группу молекул, которые делятся на подгруппы в зависимости от их аминокислотного состава и структуры. Обычно они содержат от 12 до 50 аминокислот. Эти пептиды включают два или более положительно заряженных остатка, обеспечиваемых аргинином, лизином или, в кислой среде, гистидином, и большую долю (обычно> 50%) гидрофобных остатков [3].
В то время как некоторые AMP могут быть эффективны против бактериальных клеток, находящихся в состоянии планктона, в тоже время они могут быть неэффективны против бактериальных биопленок. При встрече со зрелой биопленкой нейтрофилы могут быть не в состоянии поглотить бактерии, входящие в ее состав, что приводит к «разочарованию» фагоцитоза, вызывая высвобождение ферментов и продуктов окисления в периодонтальный карман, где они, в свою очередь, могут вызвать повреждение ткани.
Возникает вопрос, несмотря на способность бактериальной биопленки формироваться в присутствии AMP полости рта, операция удаления зуба, хирургические вмешательства в челюстно-лицевой области или другие острые повреждения слизистой оболочки полости рта редко приводят к инфекционным или воспалительным осложнениям? Вполне возможно, что нейтрофилы, устремляющиеся в очаг повреждения, обеспечивают необходимую локальную концентрацию AMP, чем предотвращают бактериальную колонизацию.
Все AMP находятся в слюне, некоторые из них также присутствуют в жидкости из десневой борозды. Интересны исследования Gorr S.U. (2009,2011), в которых он констатировал факт увеличения или снижения концентрации антимикробных пептидов при наличии периодонтальной патологии (табл. 2).
Таблица 2. Изменения антимикробных пептидов при воспалительных заболеваниях пародонта [13,14] ___
Протеин Ген Изменения при пародонтите Образец
Протеины, концентрация которых увеличивается
В-дефенсин-1 (hBD1) DEFB1 при хроническом пародонтите мРНК, десна
Кателицидин (LL-37) CAMP увеличивается десневая жидкость
Цистатин С CST3 увеличивается Слюна
Протеины, концентрация которых уменьшается
В-дефенсин-1 (hBD1) DEFB1 при быстропрогрессирующем пародонтите мРНК, десна
Лактоферрин LTF уменьшается в 1,7 раза при быстропрогрессирующем пародонтите Слюна
Фибронектин FN1 уменьшается в 2 раза десневая жидкость
Кроме того, природные антимикробные пептиды являются неотъемлемыми компонентами врожденной иммунной системы хозяина. В дополнение к их антибактериальной активности широкого спектра действия, АМР также обладают активностью против грамположительных и грамотрицательных бактерий, грибов, вирусов [48]. Кроме того, получены убедительные доказательства, что ряд АМП обладает антиканцерогенной активностью, а также является иммуномодуляторами [19, 39].
Доказано, что антивирусные AMP нейтрализуют вирусы путем интеграции либо в вирусную оболочку, либо в мембрану клетки-хозяина. Предыдущие исследования показали, что противовирусные AMP могут быть направлены как на РНК-вирусы, так и на вирусы с оболочкой [17]. Пептиды могут интегрироваться в вирусные оболочки и вызывать нестабильность мембран, что делает вирусы неспособными инфицировать клетки-хозяева. AMP также могут снижать связывание вирусов с клетками-хозяевами [3].
Необходимо отметить тот факт, что антибактериальные AMP являются наиболее изученными, на сегодняшний день, и большинство из них представляют собой катионные AMP, которые нацелены на мембраны бактериальных клеток и вызывают разрушение структуры липидного бислоя [47].
Как и антибактериальные AMP, противогрибковые пептиды могут убивать грибы, воздействуя либо на клеточную стенку [5], либо на внутриклеточные компоненты.
Как правило, АМП включают два и более положительно заряженных остатка, обеспечиваемых аргинином, лизином или, в кислой среде, гистадином, и большую долю гидрофобных остатков. В ротовой жидкости находится сложная смесь более чем 45 AMP.
Наиболее актуальна классификация AMP, предложенная Gorr S.U., (2009) [13,14], согласно которой, существует несколько функциональных семейств AMP: 1. катионные пептиды, 2. белки, влияющие на бактериальную агглютинацию и адгезию, 3. хелатирующие агенты ионов металлов, 4. пероксидазы, 5. ингибиторы протеаз, 6. AMP активные в отношении бактериальной клеточной стенки.
Антимикробные пептиды, обладающие чистым положительным зарядом, привлекаются и включаются в отрицательно заряженные бактериальные мембраны. Оказавшись внутри мембраны, они, как полагают, вызывают разрушение посредством пяти возможных механизмов [1], которые представлены и охарактеризованы в таблице 3:
• Ковровое покрытие
• Мембранное истончение
• Заполнитель
• Тороидальное порообразование
• Формирование ствола
Таблица 3. Механизмы действия мембранно-активных А MP [1]
Модель взаимодействия Механизм Ссылка на литературный источник
Ковровое покрытие (Detergent-like) Пептидная мицелла сначала покрывает небольшую область мембраны. Затем молекулы AMP проникают в липидный биослой, чтобы образовались поры, оставляя отверстия позади. [38, 6, 7]
Мембранное истончение (Membrane thinning_ AMP проникают только в одну сторону липидного бислоя. Он может образовывать зазор между молекулами липидов в области цепи. Этот разрыв создает силу и тянет соседние молекулы липида, чтобы заполнить его. [33, 25, 11]
Заполнитель (Aggregate) AMP прилипают к мембране параллельно поверхности. Затем происходит переориентация AMP, и они вставляются в мембрану вертикально, образуя сферические структуры. [38, 28, 29, 46]
Тороидальное порообразование (Toroidal pore) AMP выстраиваются перпендикулярно в двухслойную структуру с их гидрофобными областями, связанными с центральной частью липидного бислоя, и их гидрофильными областями, обращенными к поре. [46, 47]
Формирование ствола (Barrel-stave) Staves формируются сначала параллельно клеточной мембране. Затем формируются barrels и AMP вставляются перпендикулярно плоскости мембранного бислоя. [47, 20, 42]
Хотя спецш ика каждого механизма различна, все предполагают пептид-
индуцированный разрыв мембраны, позволяющий протекать цитоплазме, что в конечном
итоге приводит к смерти.
Влияние свойств AMP на разрушение мембран
На разрушение мембран клетки влияют следующие факторы: длина пептида,
пептидный заряд, пептидная гидрофобность, концевое мечение гидрофобными аминокислотами.
Длина пептида
Длина АМП важна для его активности, поскольку для формирования амфипатических структур с гидрофобными и гидрофильными гранями на противоположных сторонах молекулы пептида необходимы по меньшей мере 7-8 аминокислот. Размер AMP для трансформации липидного бислоя бактерий в модели бочкообразного стержня должен составлять не менее 22 аминокислот для а-спиральных AMP, в то время как для AMP Р-листа необходимо восемь аминокислот [13, 1, 48, 53]. Помимо влияния длины на его трехмерную структуру и способ действия, длина AMP также может влиять на его цитотоксичность. Уменьшение длины пептида способствует уменьшению связывания с мембраной, снижению лизиса мембран и антимикробному эффекту. С другой стороны, возможно селективное усечение более длинных AMP без потери слишком большой активности (в зависимости от состава), в некоторых случаях даже достижения улучшенной эффективности усеченного пептида [31]. В конечном счете, селективная способность к разрыву мембраны теряется, когда AMP становятся достаточно короткими.
Пептидный заряд
Поскольку бактериальные мембраны являются анионными, пептид-индуцированный лизис бактериальных мембран обычно увеличивается с положительным зарядом пептида. Ringstad et al. (2007) обнаружил, что разрыв мембраны под действием производного C3a пептида CNY21 увеличивается с положительным зарядом пептида, но полностью теряется после удаления всех положительных зарядов в пептиде [40]. За счет титрования гистидиновых групп AMP могут, кроме того, демонстрировать выраженный pH-зависимый заряд, что приводит к лизису мембран и антибактериальной активности в кислых условиях, но отменяет антимикробную активность выше pKa гистидина (~6,0 для изолированного H). Также было обнаружено, что распределение заряда и природа заряженной группы влияют на мембранные взаимодействия AMP.
Пептидная гидрофобность
Гидрофобность также влияет на активность и селективность молекул AMP. Почти 50% аминокислот в первичной последовательности природных AMP представляют собой гидрофобные остатки [44]. В большинстве случаев увеличение гидрофобности на положительно заряженной стороне AMP ниже порогового значения может увеличить его антимикробную активность, тогда как снижение гидрофобности может снизить антимикробную активность [23]. По-видимому, для каждого AMP существует оптимальная гидрофобность, за пределами которой его активность быстро уменьшается. Следовательно, при конструировании новых синтетических пептидов гидрофобность следует выбирать в оптимальном окне. Некоторые предыдущие исследования показали, что гидрофобность также имеет решающее значение для определения диапазона клеток-мишеней AMP. Увеличение гидрофобности AMP может изменить диапазон целей.
Концевое мечение гидрофобными аминокислотами
Мечение концов гидрофобными аминокислотными растяжками предлагает подход для достижения высокой, но селективной активности AMP [31]. В то же время, однако, токсичность для клеток человека ограничена. Эта выраженная селективность может быть понята следующим образом: чтобы пептид мог вставляться, он должен преодолевать энергию сцепления мембраны.
Представители антимикробных пептидов (АМР)
Дефензины семейство катионных пептидов длиной 18-45 аминокислотных остатков и содержащих 6-8 остатков цистеина. Пространственная белковая структура дефензинов содержит антипараллельные Р-слои и стабилизирована тремя дисульфидными мостиками. Наличие дисульфидных связей повышает устойчивость дефензинов к лейкоцитарным и микробным протеазам в очаге воспаления [1]. На основании структурных отличий дефензины разделяются на два семейства: а-дефензины, образующиеся преимущественно в
нейтрофилах, и Р-дефензины, синтезируемые клетками эпителия.
Дефензины активны против грамположительных и грамотрицательных бактерий, грибов, а также против многих вирусов. Как правило, дефензины присоединяются к внешней клеточной мембране микроба и углубляются в нее, формируя порообразные разрывы [15]. В дополнение к антимикробным свойствам дефензины активируют факторы хемотаксиса и иммуномодуляторы [15].
В настоящее время охарактеризовано шесть групп а-дефензинов. Из них четыре группы (HNP1-4) образуются в нейтрофилах, а еще две выделены из клеток Пеннета и обозначаются HD5 и HD6 (от Human Defensin). Например, HNP-3 высокоэффективен против Porphyromonas gingivalis, вызывающих поражение тканей пародонта [1].
Доказано, что продукция HNP-1-3 увеличивается при хронических воспалительных процессах в тканях ротовой полости, что может объясняться двойственной ролью а-дефензинов в развитии иммунного ответа, а также разбалансированностью защитных реакций [1].
Пептид hBD3 также может играть защитную роль в поддержании гомеостаза пародонта, и что он может быть обнаружен в десневой жидкости (GCF) здоровых людей и тех, у кого периодонтит находится на уровнях, коррелирующих со степенью здоровья пародонта. Вместе с тем, уровни hBD3 обратно коррелируют с тяжестью заболевания и степенью колонизации комбинациями видов бактерий с повышенным периодонтопатогенным потенциалом. Как генетические факторы, так и хозяин / бактериальные протеазы, высвобождаемые в пораженных участках, могут быть ответственны за наблюдаемые низкие / нулевые уровни hBD3 в GCF у людей с периодонтитом [9]. На наш взгляд, интерес вызывают исследования M. Puklo и соавт. (2006) [55], в которых было выявлено, что в десневой жидкости при хроническом пародонтите уровень HNP-1-3 повышается в 60 раз, а при остром в 15 раз.
Р-Дефензины образуются во всех эпителиальных клетках человека. Исследования антимикробной активности Р-дефензинов in vitro продемонстрировали их эффективность против широкого спектра микроорганизмов, включая грамположительные и грамотрицательные бактерии, вирусы, имеющие внешнюю липидную оболочку, и грибы. Важно отметить, что они обладают высокой эффективностью против бактерий Aggregatibacter actinomycetemcomitans и Fusobacterium nucleatum, вызывающих воспаление пародонта. Недавние исследования S. Ji и соавт. [56] показали уничтожение F. nucleatum в клетках эпителия десны под действием hBD-2 и hBD-3.
Кателицидины - это семейство катионных AMP. Единственный кателицидин человека носит название LL-37, так как он состоит из 37 аминокислотных остатков и содержит два остатка лейцина на N-конце. При нейтральных значениях рН пептид LL-37 заряжен положительно, и более половины его аминокислотных остатков неполярны. В водном растворе LL-37 образует беспорядочный клубок, но формирует а-спираль при встраивании в двойной слой липидов биологических мембран. Способность образовывать а-спираль, по-видимому, и определяет антимикробную активность данного пептида [1].
Известно, что антимикробный пептид LL-37 обладает мощной нейтрализующей активностью в отношении липополисахаридов (LPS) в клетках различных типов. Из-за наблюдаемой гетерогенности в периодонтопатогеном LPS авторы предположили, что LL-37 обладает специфичностью для нейтрализации такой активности LPS. Таким образом, исследование показало, что антимикробный пептид LL-37 обладает способностью подавлять периодонтопатогеную LPS-индуцированную продукцию IL-8 как в PDLF, так и в GF [32].
Механизм антимикробного действия кателицидина человека отличается от такового дефензинов. Предполагается, что LL-37 покрывает мембрану подобно ковру и разрушает ее аналогично детергентам с образованием множества мицелл. He L. Pereira et.al (2013) в своих исследованиях выявил существенные корреляции между клиническими пародонтальными показателями и уровнем LL-37 [4].
Таким образом, LL-37 является многофункциональным пептидом, который может повлиять на развитие заболеваний периодонта на разных этапах патогенеза: от бактериальной колонизации до инактивации бактериальной токсичности и регуляции иммунного ответа организма.
Гистатины (Hsts) — представляют собой семейство катионных пептидов, вырабатываемых протоковыми клетками околоушных, сублингвальных и подчелюстных слюнных желез. Как катионные пептиды, гистатины могут связываться с отрицательно заряженными клеточными мебранами. Предполагается, что гистатины способствуют образованию ионных каналов, трансмембранных пор [10].
Наиболее подробно изученный Hst-5 обладает высокой активностью в отношении дрожжевого гриба C. albicans, который является представителем нормальной микрофлоры полости рта, но может вызывать поражение слизистой оболочки полости рта у иммунодефицитных пациентов. Уровень гистатинов у пациентов с рецидивирующим кандидозом полости рта повышен по сравнению со здоровыми добровольцами, что, по-видимому, предотвращает развитие инвазионных форм грибковой инфекции. Снижение уровня синтеза гистатинов с возрастом коррелирует с увеличением частоты грибковых инфекций полости рта.
Вместе с тем, гистатины участвуют в формировании защитной пелликулы на поверхности зубов, что предотвращает развитие зубного налета и препятствует деминерализации эмали [18].
Вызывают интерес исследования группы ученых Hong-yan Wang, Li Lin, Wei Fu, Hui-Yuan Yu и др. (2017) [18], которыми был разработан синтетический АМР - P-113 (AKRHHGYKRKFH-NH2, богатый гистидином, с 12 аминокислотами. Он был получен из Гистатина -5. Синтетический пептид хорошо разлагается в высоких концентрациях солей и биологических жидкостях, таких как сыворотка, плазма и слюна. В этом исследовании оценивали влияние нового антимикробного пептида Nal-P-113 на модели пародонтита у крыс и механизмы действия Nal-P-113 для подавления пародонтита. На основании клинических экспериментов исследователи сделали заключение, что Nal-P-113 проявлял защитное действие на вызванный Porphyromonas gingivalis периодонтит у крыс, ограничивая количество бактерий и модулируя выработку IL-1ß и TNF-a. Использование Nal-P-113 in vivo может служить полезным профилактическим или терапевтическим подходом к пародонтиту [18].
Лактоферрин - представляет собой многофункциональный железосвязывающий гликопротеин, который в настоящее время рассматривается как один из важнейших элементов системы защиты от инфекций у людей и животных. Впервые возможное участие лактоферрина в резистентности к инфекции замечено японскими учеными [2]. Они выделили два пептида, которые были фрагментами 1-54 и 17-41 N-концевой области бычьего лактоферрина, и показали значительно большую антимикробную активность, чем родительский белок.
Многочисленные исследования на людях и животных были проведены для повышения эффективности и компетентности современных методов лечения патологических состояний, а также для разработки новых терапевтических методов. Одним из таких исследований является использование сильнодействующего антимикробного агента лактоферрина (LF), который первоначально был получен из иммунной системы хозяина. LF представляет собой гликопротеин с молекулярной массой 80 кДа, который обладает механизмом свободного секвестрации железа с очевидными антимикробными, противоопухолевыми и иммуномодулирующими свойствами. Широкий спектр активных пептидов был выделен из N-концевой области LF, которые обладают антимикробной активность [49].
Вместе с тем, необходимо отметить, что некоторые бактерии, колонизирующие пародонтальный карман, могут разрушать лактоферрин. Эта активность достаточно очевидна у P. gingivales и C. sputigena, медленная у C. orchracea, A. actinomycetemcomitans и P.
intermedia и очень медленная или отсутствует у P. nigrescens, C. rectus, C. sputorum, F. nucleatum ssp, C. gingivalis, T. forsytia и M. micros.27 Ферменты, которые разлагают LF и, вероятно, происходят из микробных источников, вызывают снижение концентрации LF в слюне, тем самым усиливая рост A. actinomycetemcomitans, что может увеличить риск инфекций полости рта [49].
Для стоматологов лактоферрин представляет интерес, прежде всего, как белок, оказывающий бактерицидное действие. Он активен в отношении грамположительных, грамотрицательных бактерий и грибов. Бактерицидное действие лактоферрина обусловлено его непосредственным взаимодействием с бактериальной клеточной стенкой, противодействуя проникновению бактерий в клетки [49]. Бактериостатическое действие пептида проявляется связыванием ионов железа, что лишает бактерии жизненно важного микроэлемента, в результате чего происходит остановка их роста.
Актуальным, на наш взгляд, представляется изучение влияния лактоферрина на биопленку полости рта. Как известно, она состоит из органических и неорганических веществ, которые являются хорошей питательной средой для развития и жизнедеятельности микрофлоры. В физиологических концентрациях данный пептид эффективно препятствует образованию биопленки. Считается, что это происходит вследствие связывания углеводным фрагментом лактоферрина поверхностных структур микроорганизмов, в результате чего блокируется их взаимодействие с рецепторами клеток [1]. Другой механизм, объясняющий действие пептида, - стимуляция специфического бактериального движения, называемого «подергиванием», что делает невозможным прикрепление бактерий к поверхности зубов и слизистой оболочки рта с образованием микроколоний. Кроме того, некоторым штаммам бактерии для образования пленок требуются высокие концентрации железа в среде. Таким образом, лактоферрин, связывая железо, может подавлять образование биопленки [1].
Стетарины - это фосфопротеин, который связывает гидроксилапатит и способствует образованию гранул эмали. Также известно, что стетарины способствуют адгезии A.viscosus к поверхностям зубов и обладает специфическими местами связывания для P.gingivalis fimbriae. [2]. Однако известно, что статерин также способствует адгезии микроорганизмов на поверхности зубов и обладают специфическими сайтами связывания для Porphyromonas gingivalis fimbriae [10].
Влияние антимикробных пептидов слюны на P.gingivalis
Porphyromonas gingivalis является преобладающим патогеном пародонта, который выражает ряд потенциальных факторов вирулентности, вовлеченных в патогенез пародонтита. Результаты воздействия антимикробных пептидов слюны на пародонтопатоген Porphyromonas Gingivalis представлены в таблице 4.
Таблица 4. Взаимодействие антимикробных пептидов слюны с Porphyromonas Gingivalis [8]
Антимикробный пептид Результат
Гистатины Ингибирование агглютинации и протеолитической активности, гибель клеток, ингибирование коагуляции со стрептококками
Цистатины Ингибирование протеолитической активности
Лактоферрин Аггрегация, ингибирование роста
Муцин-7 Гибель клеток
Лизоцим Коаггрегация со стрептококками
Статерины Воздействует на рецепторы для адгезии P.g. к твердым тканям зуба
Фибронектин Ингибирование адгезии Rg. к клеткам-хозяевам
Фибриноген Коаггрегация со стрептококками
Взаимодействию фибронектина с P.Gingivalis изучал Atsuo Amano. Своими исследованиями Atsuo Amano (2003) [54] обнаружил, что Porphyromonas gingivalis может связываться с белками межклеточной матрицы, такими как фибронектин, витронектин 11,12, коллаген I ТИПА. Был проведен кинетический анализ взаимодействия между фимбриями и белками межклеточной матрицы (ECM) на основе технологии поверхностного плазменного резонанса с использованием системы биомолекулярных взаимодействий (BIACORE). Белки внеклеточного матрикса человека (ЕСМ), такие как витронектин и фибронектин, играют важную роль в клеточной трансдукции сигнала посредством связывания с рецепторными
интегринами. Fimbriae продемонстрировали значительную аффинность связывания с белками ECM и явно ингибировали молекулярные взаимодействия между витронектином / фибронектином и их рецепторами avP3 и а5р1 интегрины, сверхэкспрессируемые на клетках CHO. Константа аффинности у витронектина была значительно выше, чем у фибронектина и составила 3,79х106, в то время как у фибронектина - 2,16х106. P. gingivalis fibriae, вероятно, прерывают клеточную передачу сигналов через белки / интегрины ECM в пародонтальных областях. Fimbriae также считаются критически важными в инвазивных событиях организма для клеток-хозяев [54]. Заключение
Изучение антимикробных пептидов слюны является актуальным направлением. Природные антимикробные пептиды (AMP) слюны являются эндогенными антибиотиками «следующего поколения», которые непосредственно инактивируют микроорганизмы, обладают лечебным воздействием широкого спектра действия, низкой токсичностью и низкой степенью резистентности. Вместе с тем, антимикробные пептиды, производимые в ответ на бактериальную инвазию, могут быть использованы в качестве биомаркеров при ранней диагностике заболевания и его профилактике. На наш взгляд, этот аспект является наиболее актуальным, так как современная стоматология ориентируется на лечение конкретного пациента и его диагностируемых генетических, биомаркерных, эпигенетических детерминант. Литература
1. Казеко Л.А. Возможности диагностики заблеваний периодонта с использованием противомикробных пептидов слюны и десневой жидкости // Современная стоматология. -2016. - №.1. - С.11-16.
2. Пантелеев П. В., Болосов И. А., Баландин С. В., Овчинникова Т. В. Строение биологические функции Р-шпилечных антимикробных пептидов. Журнал «АКТА НАТУРЭ»
- 2015. - Т. 7. - № 1 (24). - С.37-47.
3. Ali Adem Bahar, Dacheng Ren. Antimicrobial Peptides//Pharmaceuticals (MDPI). - 2013. -Vol.6 (12). - P.1543-1575.
4. Alexandre L. Pereira, Gilson C. Franco, Sheila C. Cortelli.. Influence of Periodontal Status and Periodontopathogens on Levels of Oral Human P-defensin-2 in Saliva // Journal of Periodontology.
- 2013. - V.84. - №1. - P.1445-1453.
5. Nagihan Bostanci, Georgios N.Belibasakis. Antimicrobial peptides. Porphyromonas Gingivalis: An Invasive and Evasive Opportunistic Oral Pathogen// FEMS Microbiology Letters. - 2012. -V.333. - № 1. - P.1-9.
6. Bechinger B. Detergent-like Properties of Magainin Antibiotic Peptides: A 31P Solid-State NMR Spectroscopy Study// Biochimica et Biophysica Acta. - 2005. - V.1712. - №1. - P.101-108.
7. Bolintineanu D.S., Kaznessis Y.N. Computational studies of protegrin antimicrobial peptides: A review// Peptides. - 2011. - V.32. - №1. - P.188-201.
8. Brogden K.A. Antimicrobial Peptides: Pore Formers or Metabolic Inhibitors in Bacteria// Nature Reviews Microbiology. - 2005. - Vol.3. - P.238-250.
9. Brancatisano FL, Maisetta G, Barsotti F, Esin S, Miceli M, Gabriele M, Giuca MR, Campa M, Batoni G. Reduced Human Beta Defensin 3 in Individuals With Periodontal Disease// Journal of Dental Research. - 2011. - V.90. - №2. - P.241-245.
10. Sanderink R.B.A. [et.al.] Curriculum Orale Microbiologie und Immunologie// Quintessenz Verlags. - 2004. - 666 p.
11. Chen F.Y., Lee M.T., Huang H.W. Evidence for Membrane Thinning Effect as the Mechanism for Peptide-Induced Pore Formation // Biophysical Journal. -2003. - V.84. - P.3751-3758.
12. Drago-Serrano, Maria E.; Campos-Rodriguez, Rafael; Carrero, Julio Cesar; de la Garza, Mireya Source. Lactoferrin and Peptide-derivatives: Antimicrobial Agents With Potential Use in Nonspecific Immunity Modulation//Current Pharmaceutical Design. - 2018. - V.24. - №10. - P. 1067-1078.
13. Gorr S.U. Antimicrobial peptides of the oral cavity//Periodontol.-2009.-V.51.-P.152-180
14. Gorr S.U., Kinane D.F., Mombelli A.Antimicrobial Peptides in Periodontal Innate Defense.// Frontiers of oral biology. - 2012. - V.15. - P.84-98.
15. Hans M, Madaan Hans V. Epithelial Antimicrobial Peptides: Guardian of the Oral Cavity //International Journal of Peptides. - 2014. - P.1-13.
16. Henrik Dommisch S0ren Jepsen. Diverse Functions of Defensins and Other Antimicrobial Peptides in Periodontal Tissues //Journal of Periodontology. -2015.- V.69. - №1. -P.96-110.
17. Horne W.S., Wiethoff C.M., Cui C., Wilcoxen K.M., Amorin M., Ghadiri M.R., Nemerow G.R. Bioorg. Antiviral Cyclic D,L-alpha-peptides: Targeting a General Biochemical Pathway in Virus Infections// Bioorganic and Medicinal Chemistry. - 2005. -V.13. -P.5145-5153.
18. Hong YanWanga Jya,Wei Chengb Hui, YuanYub LiLina Ya, Han Chihb Ya, Ping Pana. Efficacy of a Novel Antimicrobial Peptide Against Periodontal Pathogens in Both Planktonic and Polymicrobial Biofilm States//Acta Biomaterialia. -2015-V.25, №1. - P.150-161.
19. Gaspar D, Veiga AS, Castanho MA. From antimicrobial to anticancer peptides. A review// Frontiers in Microbiology. - 2013. - V.294. - №4. - P.1-16.
20. Ehrenstein G., Lecar H. Electrically Gated Ionic Channels in Lipid Bilayers// Quarterly Reviews of Biophysics. - 1977. -V.10. - P.1-34.
21. A.Jacob, Simona; G. Jacob, Diana. Antibacterial Function of the Human cathelicidin-18 Peptide (LL-37) Between Theory and Practice//Protein and Peptide Letters. -2014. -V.21. -№12. -P.1247-1256.
22. Kinane DF, Mombelli A (et.al) Periodontal Disease//Frontiers of Oral Biology,Karger. - 2012.-V.15. - P.84-98.
23. Lee D.G., Kim H.N., Park Y.K., Kim H.K., Choi B.H., Choi C.H., Hahm K.S. Design of Novel Analogue Peptides With Potent Antibiotic Activity Based on the Antimicrobial Peptide, HP (2-20), Derived From N-terminus of Helicobacter Pylori Ribosomal Protein L1//. Biochim. Biophys. Acta.
- 2002. -V.1598. - P.185-194.
24. Ligtenberg A.J.M, Veerman E.C.I (et.al). Saliva: Secretion and Functions// Monographs in oral science. -2014. -V.24. - P.40-51.
25. Ludtke S., He K., Huang H. Membrane Thinning Caused by Magainin 2// Biochemistry. -1995. -.V.34. -P.16764-16769.
26. N.Makiura et.al. Relationship of Porphyromonas Gingivalis With Glycemic Level in Patients with Type 2 Diabetes Following Periodontal Treatment. //Oral Microbiology and Immunology. -2008- V.23, №4.-P.348-351.
27. Yukio Naito,Makoto Sasaki, Toshihiko Umemoto, Isamu Namikawa et.al. Bactericidal Effect of Rat Cystatin S on an Oral Bacterium Porphyromonas Gingivalis// Biochemistry and Physiology Part C: Pharmacology, Toxicology and Endocrinology.-1995. -V.110. - №1. - P. 71-75.
28. Matsuzaki K., Murase O., Fujii N., Miyajima K. An Antimicrobial Peptide, Magainin 2, Induced Rapid Flip-Flop of Phospholipids Coupled With Pore Formation and Peptide Translocation.//Biochemistry. - 1996. - V.35. - P.11361-11368.
29. Matsuzaki K. Magainins as paradigm for the mode of action of pore forming polypeptides // Biochimica et Biophysica Acta - Biomembranes. - 1998. - V.1376. -P.391-400.
30. Marie-Laure Jourdain, Frederic Velard. Cationic Antimicrobial Peptides and Periodontal Physiopathology: A Systematic Review // Journal of Periodontal Research.. -2019. - V.54. - №6. -P.589-600.
31. Martin Malmsten. Antimicrobial peptides// Upsala Journal of Medical Sciences. -2015.-V.119.
- №2. -P.199-204.
32. Wiroj Suphasiriroj, Masato Mikami, Hiromi Shimomura Soh Sato. Specificity of Antimicrobial Peptide LL-37 to Neutralize Periodontopathogenic Lipopolysaccharide Activity in Human Oral Fibroblasts //Journal of Periodontology. - 2013. - V.84. - № 2. - P.256-264.
33. Mecke A., Lee D.K., Ramamoorthy A., Orr B.G., Holl M.M.B. Membrane Thinning Due to Antimicrobial Peptide Binding: An Atomic Force Microscopy Study of MSI-78 in Lipid Bilayers.// Biophysical Journal. - 2005. -V.89. - P.4043-4050.
34. Sonia Melino, Celeste Santone, Paolo Di Nardo, Bibudhendra Sarkar Histatins: Salivary Peptides With copper(II)- And zinc(II)-binding Motifs: Perspectives for Biomedical Applications // FEBS Journal. - 2014. -V.281. - P.657-672.
35. K.T. Miyasaki, R. Iofel, R.I. Lehrer Sensitivity of Periodontal Pathogens to the Bactericidal Activity of Synthetic Protegrins, Antibiotic Peptides Derived From Porcine Leukocytes.// Journal of Dental Research. -1997. - V.76. - №8. - P. 1453-1459
36. Olli Patrakka et.al. Oral Bacterial Signatures in Cerebral Thrombi of Patients With Acute Ischemic Stroke Treated With Thrombectomy // Journal of the American Heart Association. - 2019.
- V.8. - Issue 11. - P.234-246.
38. Pouny Y., Rapaport D., Mor A., Nicolas P., Shai Y. Interaction of Antimicrobial Dermaseptin and Its Fluorescently Labeled Analogues With Phospholipid Membranes//Biochemistry. - 1999. -
V.31. - P. 12416-12423.
39. Reddy KV, Yedery RD, Aranha C. Antimicrobial Peptides: Premises and Promises//International Journal of Antimicrobial Agents.- 2004-V.24,№6.-P.536-547.
40. Ringstad L, Andersson Nordahl E, Schmidtchen A, Malmsten M. Composition Effect on Peptide Interaction With Lipids and Bacteria: Variants of C3a Peptide CNY21 // Biophysical Journal. - 2007. - V.92. - P.87-98.
42. Shimazaki K., Tazume T., Uji K., Tanaka M., Kumura H., Mikawa K., Shimo-Oka T. Properties of a Heparin-Binding Peptide Derived From Bovine Lactoferrin// Journal of Dairy Science. - 1998. - V.81. - P.2841-2849.
43. S. Li G. Schmalz J. Schmidt F. Krause R. Haak D. Ziebolz Antimicrobial Peptides as a Possible Interlink Between Periodontal Diseases and Its Risk Factors: A Systematic Review/Journal of Periodontal Research. - 2018. - V.53. - №2. - P.145-155.
44. Tossi A., Sandri L., Giangaspero A. Amphipathic, alpha-helical antimicrobial peptides// Biopolymers. - 2000. - V.55. - P.4-30.
45. Wang et al. Preventive Effects of the Novel Antimicrobial Peptide Nal-P-113 in a Rat Periodontitis Model by Limiting the Growth of Porphyromonas Gingivalis and Modulating IL-1ß and TNF-a Production.// BMC Complementary and Alternative Medicine. - 2017. - V.17. - №1. -P.426
46. Wu M., Maier E., Benz R., Hancock R.E. Mechanism of Interaction of Different Classes of Cationic Antimicrobial Peptides With Planar Bilayers and With the Cytoplasmic Membrane of Escherichia Coli //Biochemistry. -1999. - V.38. -P.7235-7242.
47. Zhang L., Rozek A., Hancock R.E. Interaction of Cationic Antimicrobial Peptides With Model Membranes// Journal of Biological Chemistry. -2001. -V.276. - P.35714-35722.
48. Xiaojing Xia Likun Cheng Shouping Zhang Lei Wang Jianhe Hu. The Role of Natural Antimicrobial Peptides During Infection and Chronic Inflammation // Journal Antonie van Leeuwenhoek. - 2018. - V.111. - №1. - P.5-2 6.
50. Ward P.P., Paz E., Conelly O.M. Multifunctional Roles of Lactoferrin: A Critical Overview //Cellular and Molecular Life Sciences -2005. - V.62.- P. 2540-2548.
52. Wu Y., Shu R., Luo L.J., Ge L.H., Xie Y.F. //Journal of Periodontal Research. - 2009.- V.44.-P.636-644.
53. Turkoglu O., Emingil G., Kutukculer N., Atilla G. Gingival Crevicular Fluid Levels of Cathelicidin LL-37 and Interleukin-18 in Patients With Chronic Periodontitis.// Journal of Periodontology. - 2009.-V. 80.- P. 969-976.
54. Atsuo Amano. Molecular Interaction of Porphyromonas gingivalis with Host Cells: Implication for the Microbial Pathogenesis of Periodontal Disease //Journal of Periodontology. - 2003.-V.74. -№1. - P.90-96.
55 Puklo M., Guentsch A., Hiemstra P.S., Eick S., Potempa J. Analysis of neutrophil-derived antimicrobial peptides in gingival crevicular fluid suggests importance of cathelicidin LL-37 in the innate immune response against periodontogenic bacteria. // Oral Microbiology and Immunology. -2008.-V. 23. - P. 328-335.
56 Jin T., Sun Z., Chen X.,Wang Y., Li R/ Ji S. Serum Human Beta-Defensin-2 Is a Possible Biomarker for Monitoring Response to JAK Inhibitor in Psoriasis Patients// Dermatology. - 2017. -V.233. - №2-3. - P.164-169.
