Please wait a minute...
Frontiers in Biology

ISSN 1674-7984

ISSN 1674-7992(Online)

CN 11-5892/Q

Frontiers in Biology  2017, Vol. 12 Issue (2): 116-123   https://doi.org/10.1007/s11515-017-1432-8
  本期目录
Cationic antimicrobial peptide: LL-37 and its role in periodontitis
Hansa Jain()
Department of Pedodontics, Harsarn Dass Dental College, India
 全文: PDF(144 KB)   HTML
Abstract

BACKGROUND: Periodontitis i.e. inflammation of the periodontium is a multifactorial disease. Antimicrobial peptides (AMPs) which demonstrate a broad-spectrum of activity against varied number of bacteria, fungi, viruses, and parasites, and cancerous cells have been linked to periodontitis. The AMPs even possess the caliber of immunomodulation, and are significantly responsive to innate immuno-stimulation and infections. LL-37 plays a salubrious role by preventing and in treatment of chronic forms of periodontitis.

OBJECTIVE: In the present work we will review the role of antimicrobial peptide LL-37 in periodontitis.

METHODS: A systematic search was carried out from the beginning till August, 2016 using the Pubmed search engine. The keywords included “LL-37,” “periodontitis,” “Papillon–Lefevre syndrome,” “Morbus Kostmann,” “Haim-Munk syndrome” along with use of Boolean operator “and.”

RESULTS: The search resulted in identifying 67 articles which included articles linking LL-37 with periodontitis, articles on Papillon–Lefevre syndrome, Morbus Kostmann, Haim-Munk syndrome, LL-37 and periodontitis and articles on pathogenicity of periodontitis.

CONCLUSION: The literature search concluded that LL-37 plays a pivotal role in preventing and treatment of severe form of periodontitis.

Key wordsLL-37    antimicrobial peptides    cathelicidin    periodontitis
收稿日期: 2016-09-12      出版日期: 2017-04-14
Corresponding Author(s): Hansa Jain   
 引用本文:   
. [J]. Frontiers in Biology, 2017, 12(2): 116-123.
Hansa Jain. Cationic antimicrobial peptide: LL-37 and its role in periodontitis. Front. Biol., 2017, 12(2): 116-123.
 链接本文:  
https://academic.hep.com.cn/fib/CN/10.1007/s11515-017-1432-8
https://academic.hep.com.cn/fib/CN/Y2017/V12/I2/116
Tab.1  
Tab.2  
Tab.3  
56 Sorensen O E, Clemmensen  S N, Dahl  S L, Ostergaard  O, Heegaard N H ,  Glenthoj A ,  Nielsen F C ,  Borregaard N  (2014). Papillon-Lefèvre syndrome patient reveals species-dependent requirements for neutrophil defenses. J Clin Invest, 124(10): 4539–4548
https://doi.org/10.1172/JCI76009
57 Takeuchi Y, Nagasawa  T, Katagiri S ,  Kitagawara S ,  Kobayashi H ,  Koyanagi T ,  Izumi Y  (2012). Salivary levels of antibacterial peptide (LL-37/hCAP-18) and cotinine in patients with chronic periodontitis. J Periodontol, 83(6): 766–772
https://doi.org/10.1902/jop.2011.100767
58 Tao R, Jurevic  R J, Coulton  K K, Tsutsui  M T, Roberts  M C, Kimball  J R, Wells  N, Berndt J ,  Dale B A  (2005). Salivary antimicrobial peptide expression and dental caries experience in children. Antimicrob Agents Chemother, 49(9): 3883–3888
https://doi.org/10.1128/AAC.49.9.3883-3888.2005
59 Turkoglu O, Berdeli  A, Emingil G ,  Atilla G  (2011). A novel p.S34N mutation of CAMP gene in patients with periodontal disease. Arch Oral Biol, 56(6): 573–579
https://doi.org/10.1016/j.archoralbio.2010.11.016
60 Turkoglu O, Emingil  G, Kutukçuler N, Atilla G  (2009). Gingival crevicular fluid levels of cathelicidin LL-37 and interleukin-18 in patients with chronic periodontitis. J Periodontol, 80(6): 969–976
https://doi.org/10.1902/jop.2009.080532
61 Turkoglu O, Gurkan  A, Emingil G ,  Afacan B ,  Toz H, Kutukçuler  N, Atilla G  (2015). Are antimicrobial peptides related to cyclosporine A-induced gingival overgrowth? Arch Oral Biol, 60(3): 508–515
https://doi.org/10.1016/j.archoralbio.2014.12.007
1 Al Aboud K, Al Aboud  D (2011). Salim Haim and the syndrome that bears his name. Dermatol Online J, 17: 15
62 Turkoglu O, Kandiloglu  G, Berdeli A ,  Emingil G ,  Atilla G  (2011). Antimicrobial peptide hCAP-18/LL-37 protein and mRNA expressions in different periodontal diseases. Oral Dis, 17(1): 60–67
https://doi.org/10.1111/j.1601-0825.2010.01704.x
63 Turner J, Cho  Y, Dinh N N ,  Waring A J ,  Lehrer R I  (1998). Activities of LL-37, a cathelin-associated antimicrobial peptide of human neutrophils. Antimicrob Agents Chemother, 42: 2206–2214
64 Usher A K, Stockley  R A (2013). The link between chronic periodontitis and COPD: a common role for the neutrophil? BMC Med, 11(1):  241
https://doi.org/10.1186/1741-7015-11-241
65 Ximenez-Fyvie L A ,  Haffajee A D ,  Socransky S S  (2000). Microbial composition of supra- and subgingival plaque in subjects with adult periodontitis. J Clin Periodontol, 27(10): 722–732
https://doi.org/10.1034/j.1600-051x.2000.027010722.x
66 Yılmaz D, Guncu  GN, Kononen E ,  Barış E ,  Çaglayan F ,  Gursoy UK  (2015). Overexpressions of hBD-2, hBD-3, and hCAP18/LL-37 in gingiva of diabetics with periodontitis. Immunobiology, pii: S0171–2985: 30010–3
67 Zetterstrom R (2002). Kostmann disease-infantile genetic agranulocytosis: historical views and new aspects. Acta Paediatr, 91(12): 1279–1281
https://doi.org/10.1080/08035250216106
2 Aswath N, Swamikannu  B, Ramakrishnan S N ,  Shanmugam R ,  Thomas J ,  Ramanathan A  (2014). Heterozygous Ile453Val codon mutation in exon 7, homozygous single nucleotide polymorphisms in intron 2 and 5 of cathepsin C are associated with Haim-Munk syndrome. Eur J Dent, 8(1): 79–84
https://doi.org/10.4103/1305-7456.126250
3 Bals R, Wang  X, Zasloff M ,  Wilson J M  (1998). The peptide antibiotic LL-37/hCAP-18 is expressed in epithelia of the human lung where it has broadantimicrobial activity at the airway surface. Proc Natl Acad Sci USA, 95(16): 9541–9546
https://doi.org/10.1073/pnas.95.16.9541
4 Band V I, Weiss  D S (2015). Mechanisms of antimicrobial peptide resistance in Gram-negative bacteria. Antibiotics (Basel), 4(1): 18–41
https://doi.org/10.3390/antibiotics4010018
5 Bedran T B, Mayer  M P, Spolidorio  D P, Grenier  D (2014). Synergistic anti-inflammatory activity of the antimicrobial peptides human beta-defensin-3 (hBD-3) and cathelicidin (LL-37) in a three-dimensional co-culture model of gingival epithelial cells and fibroblasts. PLoS One, 9(9): e106766
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0106766
6 Bevec D, Cavalli  F, Cavalli V ,  Bacher G  (2008). Use of peptide ll-37 as a therapeutic agent. U.S. Patent Application 12/677,802, filed September 9
7 Carlsson G, Andersson  M, Putsep K ,  Garwicz D ,  Nordenskjold M ,  Henter J I ,  Palmblad J ,  Fadeel B  (2006). Kostmann syndrome or infantile genetic agranulocytosis, part one: celebrating 50 years of clinical and basic research on severe congenital neutropenia. Acta Paediatr, 95(12): 1526–1532
https://doi.org/10.1080/08035250601087607
8 Chapple I L (2009). Periodontal diagnosis and treatment–where does the future lie? Periodontol 2000, 51(1): 9–24
https://doi.org/10.1111/j.1600-0757.2009.00319.x
9 Chung W O, Dommisch  H, Yin L ,  Dale B A  (2007). Expression of defensins in gingiva and their role in periodontal health and disease. Curr Pharm Des, 13(30): 3073–3083
https://doi.org/10.2174/138161207782110435
10 Dahiya P, Kamal  R, Gupta R ,  Bhardwaj R ,  Chaudhary K ,  Kaur S (2013). Reactive oxygen species in periodontitis. J Indian Soc Periodontol, 17(4): 411–416
https://doi.org/10.4103/0972-124X.118306
11 Dale B A (2003). Periodontal epithelium: a newly recognized role in health and disease. Periodontol 2000, 30(1): 70–78
https://doi.org/10.1034/j.1600-0757.2002.03007.x
12 Dale B A, Kimball  J R, Krisanaprakornkit  S, Roberts F ,  Robinovitch M ,  O’Neal R ,  Valore E V ,  Ganz T, Anderson  G M, Weinberg  A (2001). Localized antimicrobial peptide expression in human gingiva. J Periodontal Res, 36(5): 285–294
https://doi.org/10.1034/j.1600-0765.2001.360503.x
13 Davidopoulou S, Diza  E, Menexes G ,  Kalfas S  (2012). Salivary concentration of the antimicrobial peptide LL-37 in children. Arch Oral Biol, 57(7): 865–869
https://doi.org/10.1016/j.archoralbio.2012.01.008
14 De Yang C Q ,  Chen Q, Schmidt  A P, Anderson  G M, Wang  J M, Wooters  J, Oppenheim J J ,  Chertov O  (2000). LL-37, the neutrophil granule- and epithelial cell-derived cathelicidin, utilizes formyl peptide receptor-like 1(FPRL1) as a receptor to chemoattract human peripheral blood neutrophils, monocytes, and T cells. J Exp Med, 192(7): 1069–1074
https://doi.org/10.1084/jem.192.7.1069
15 Eick S, Puklo  M, Adamowicz K ,  Kantyka T ,  Hiemstra P ,  Stennicke H ,  Guentsch A ,  Schacher B ,  Eickholz P ,  Potempa J  (2014). Lack of cathelicidin processing in Papillon-Lefèvre syndrome patients reveals essential role of LL-37 inperiodontal homeostasis. Orphanet J Rare Dis, 9(1): 148
https://doi.org/10.1186/s13023-014-0148-y
16 Frohm M, Agerberth  B, Ahangari G ,  Stahle-Backdahl M ,  Liden S ,  Wigzell H ,  Gudmundsson G H  (1997). The expression of the gene coding for the antibacterial peptide LL-37 is induced in human keratinocytes duringinflammatory disorders. J Biol Chem, 272(24): 15258–15263
https://doi.org/10.1074/jbc.272.24.15258
17 Godaly G, Ambite  I, Svanborg C  (2015). Innate immunity and genetic determinants of urinary tract infection susceptibility. See comment in PubMed Commons below. Curr Opin Infect Dis, 28: 88–96
18 Gorr S U (2012). Antimicrobial peptides in periodontal innate defense. Front Oral Biol, 15: 84–98
https://doi.org/10.1159/000329673
19 Gorr S U, Abdolhosseini  M (2011). Antimicrobial peptides and periodontal disease. J Clin Periodontol, 38(Suppl. 11): 126–141
https://doi.org/10.1111/j.1600-051X.2010.01664.x
20 Greer A, Zenobia  C, Darveau R P  (2013). Defensins and LL-37: a review of function in the gingival epithelium. Periodontol 2000, 63(1): 67–79
https://doi.org/10.1111/prd.12028
21 Gronberg A, Mahlapuu  M, Stahle M ,  Whately-Smith C ,  Rollman O  (2014). Treatment with LL-37 is safe and effective in enhancing healing of hard-to-heal venous leg ulcers: a randomized, placebo-controlled clinical trial. Wound Repair Regen, 22(5): 613–621
https://doi.org/10.1111/wrr.12211
22 Gutner M, Chaushu  S, Balter D ,  Bachrach G  (2009). Saliva enables the antimicrobial activity of LL-37 in the presence of proteases of Porphyromonas gingivalis. Infect Immun, 77(12): 5558–5563
https://doi.org/10.1128/IAI.00648-09
23 Guzman-Rodriguez J J ,  Ochoa-Zarzosa A ,  Lopez-Gomez R ,  Lopez-Meza J E  (2015). Plant antimicrobial peptides as potential anticancer agents. BioMed Res Int, 735087 
https://doi.org/10.1155/2015/735087
24 Guzman-Rodriguez J J ,  Ochoa-Zarzosa A ,  Lopez-Gomez R ,  Lopez-Meza J E  (2015). Plant antimicrobial peptides as potential anticancer agents. BioMed Res Int, 735087 
https://doi.org/10.1155/2015/735087
25 Hancock R E, Diamond  G (2000). The role of cationic antimicrobial peptides in innate host defences. Trends Microbiol, 8(9): 402–410
https://doi.org/10.1016/S0966-842X(00)01823-0
26 Hatipoglu M, Saglam  M, Koseoglu S ,  Koksal E ,  Keleş A ,  Esen H H  (2015). The effectiveness of Crataegus orientalis M Bieber. (Hawthorn) extract administration in preventing alveolar bone loss in rats with experimental periodontitis. PLoS One, 10(6): e0128134
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0128134
27 Henzler Wildman K A ,  Lee D K ,  Ramamoorthy A  (2003). Mechanism of lipid bilayer disruption by human antimicrobial peptide, LL-37. Biochemistry, 42(21): 6545–6558
https://doi.org/10.1021/bi0273563
28 Inomata M, Into  T, Murakami Y  (2010). Suppressive effect of the antimicrobial peptide LL-37 on expression of IL-6, IL-8 and CXCL10 induced by Porphyromonas gingivalis cells and extracts in human gingival fibroblasts. Eur J Oral Sci, 118(6): 574–581
https://doi.org/10.1111/j.1600-0722.2010.00775.x
29 Into T, Inomata  M, Shibata K ,  Murakami Y  (2010). Effect of the antimicrobial peptide LL-37 on Toll-like receptors 2-, 3- and 4-triggered expression of IL-6, IL-8 andCXCL10 in human gingival fibroblasts. Cell Immunol, 264(1): 104–109
https://doi.org/10.1016/j.cellimm.2010.05.005
30 Jenssen H, Hamill  P, Hancock R E  (2006). Peptide antimicrobial agents. Clin Microbiol Rev, 19(3): 491–511
https://doi.org/10.1128/CMR.00056-05
31 Khan F Y, Jan  S M, Mushtaq  M (2012). Papillon-Lefèvre syndrome: Case report and review of the literature. J Indian Soc Periodontol, 16(2): 261–265
https://doi.org/10.4103/0972-124X.99273
32 Koczulla R, von Degenfeld  G, Kupatt C ,  Krotz F ,  Zahler S ,  Gloe T, Issbrucker  K, Unterberger P ,  Zaiou M ,  Lebherz C ,  Karl A, Raake  P, Pfosser A ,  Boekstegers P ,  Welsch U ,  Hiemstra P S ,  Vogelmeier C ,  Gallo R L ,  Clauss M ,  Bals R (2003). An angiogenic role for the human peptide antibiotic LL-37/hCAP-18. J Clin Invest, 111(11): 1665–1672
https://doi.org/10.1172/JCI17545
33 Koziel J, Karim  A Y, Przybyszewska  K, Ksiazek M ,  Rapala-Kozik M ,  Nguyen K A ,  Potempa J  (2010). Proteolytic inactivation of LL-37 by karilysin, a novel virulence mechanism of Tannerella forsythia. J Innate Immun, 2(3): 288–293
https://doi.org/10.1159/000281881
34 Leszczynska K, Namiot  A, Janmey P A ,  Bucki R  (2010). Modulation of exogenous antibiotic activity by host cathelicidin LL-37. APMIS, 118(11): 830–836
https://doi.org/10.1111/j.1600-0463.2010.02667.x
35 Leszczynska K, Namiot  D, Byfield F J ,  Cruz K, Zendzian-Piotrowska  M, Fein D E ,  Savage P B ,  Diamond S ,  McCulloch C A ,  Janmey P A ,  Bucki R  (2013). Antibacterial activity of the human host defence peptide LL-37 and selected synthetic cationic lipids against bacteria associated with oral and upper respiratory tract infections. J Antimicrob Chemother, 68(3): 610–618
https://doi.org/10.1093/jac/dks434
36 Lombardo Bedran T B ,  Palomari Spolidorio D ,  Grenier D  (2015). Green tea polyphenol epigallocatechin-3-gallate and cranberry proanthocyanidins act in synergy withcathelicidin (LL-37) to reduce the LPS-induced inflammatory response in a three-dimensional co-culture model ofgingival epithelial cells and fibroblasts. Arch Oral Biol, 60(6): 845–853
https://doi.org/10.1016/j.archoralbio.2015.02.021
37 Lopez-Meza J E ,  Ochoa-Zarzosa A ,  Barboza-Corona J E ,  Bideshi D K  (2015). Antimicrobial peptides: current and potential applications in biomedical therapies. BioMed Res Int, 367243 doi:10.1155/2015/367243
38 Mahanonda R, Pichyangkul  S (2007). Toll-like receptors and their role in periodontal health and disease. Periodontol 2000, 43(1): 41–55
https://doi.org/10.1111/j.1600-0757.2006.00179.x
39 Makeudom A, Kulpawaropas  S, Montreekachon P ,  Khongkhunthian S ,  Sastraruji T ,  Pothacharoen P ,  Kongtawelert P ,  Krisanaprakornkit S  (2014). Positive correlations between hCAP18/LL-37 and chondroitin sulphate levels in chronic periodontitis. J Clin Periodontol, 41(3): 252–261
https://doi.org/10.1111/jcpe.12216
40 McCrudden M T ,  Orr D F ,  Yu Y, Coulter  W A, Manning  G, Irwin C R ,  Lundy F T  (2013). LL-37 in periodontal health and disease and its susceptibility to degradation by proteinases present in gingival crevicular fluid. J Clin Periodontol, 40(10): 933–941
https://doi.org/10.1111/jcpe.12141
41 Mysak J, Podzimek  S, Sommerova P ,  Lyuya-Mi Y ,  Bartova J ,  Janatova T ,  Prochazkova J ,  Duskova J  (2014). Porphyromonas gingivalis: major periodontopathic pathogen overview. J Immunol Res, 476068 
https://doi.org/10.1155/2014/476068
42 Nakamichi Y, Horibe  K, Takahashi N ,  Udagawa N  (2014). Roles of cathelicidins in inflammation and bone loss. Odontology, 102(2): 137–146
https://doi.org/10.1007/s10266-014-0167-0
43 Oh D Y, Koh  S J (2015). Cross-regulation of innate and adaptive immunity: a new perspective for the pathogenesis of inflammatory bowel disease. Gut Liver, 9(3): 263–264
https://doi.org/10.5009/gnl15123
44 Oudhoff M J, Blaauboer  M E, Nazmi  K, Scheres N ,  Bolscher J G ,  Veerman E C  (2010). The role of salivary histatin and the human cathelicidin LL-37 in wound healing and innate immunity. Biol Chem, 391(5): 541–548
https://doi.org/10.1515/bc.2010.057
45 Oyinloye B E, Adenowo  A F, Kappo  A P (2015). Reactive oxygen species, apoptosis, antimicrobial peptides and human inflammatory diseases. Pharmaceuticals (Basel), 8(2): 151–175
https://doi.org/10.3390/ph8020151
46 Oyinloye B E, Adenowo  A F, Kappo  A P (2015). Reactive oxygen species, apoptosis, antimicrobial peptides and human inflammatory diseases. Pharmaceuticals (Basel), 8(2): 151–175
https://doi.org/10.3390/ph8020151
47 Pahwa P, Lamba  A K, Faraz  F, Tandon S  (2010). Haim-Munk syndrome. J Indian Soc Periodontol, 14(3): 201–203
https://doi.org/10.4103/0972-124X.75919
48 Panteleev P V ,  Bolosov I A ,  Balandin S V ,  Ovchinnikova T V  (2015). Structure and biological functions of β-hairpin antimicrobial Peptides. Acta Naturae, 7: 37–47
49 Peschel A, Sahl  H G (2006). The co-evolution of host cationic antimicrobial peptides and microbial resistance. Nat Rev Microbiol, 4(7): 529–536
https://doi.org/10.1038/nrmicro1441
50 Puklo M, Guentsch  A, Hiemstra P S ,  Eick S, Potempa  J (2008). 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 Microbiol Immunol, 23(4): 328–335
https://doi.org/10.1111/j.1399-302X.2008.00433.x
51 Putsep K, Carlsson  G, Boman H G ,  Andersson M  (2002). Deficiency of antibacterial peptides in patients with morbus Kostmann: an observation study. Lancet, 360(9340): 1144–1149
https://doi.org/10.1016/S0140-6736(02)11201-3
52 Roberts H M, Ling  M R, Insall  R, Kalna G ,  Spengler J ,  Grant M M ,  Chapple I L  (2015). Impaired neutrophil directional chemotactic accuracy in chronic periodontitis patients. J Clin Periodontol, 42(1): 1–11
https://doi.org/10.1111/jcpe.12326
53 Scott M G, Davidson  D J, Gold  M R, Bowdish  D, Hancock R E  (2002). The human antimicrobial peptide LL-37 is a multifunctional modulator of innate immune responses. J Immunol, 169(7): 3883–3891
https://doi.org/10.4049/jimmunol.169.7.3883
54 Shah A F, Tangade  P, Agarwal S  (2014). Papillon-Lefevre syndrome: Reporting consanguinity as a risk factor. Saudi Dent J, 26(3): 126–131
https://doi.org/10.1016/j.sdentj.2014.02.004
55 Silva N, Abusleme  L, Bravo D ,  Dutzan N ,  Garcia-Sesnich J ,  Vernal R ,  Hernandez M ,  Gamonal J  (2015). Host response mechanisms in periodontal diseases. J Appl Oral Sci, 23(3): 329–355
https://doi.org/10.1590/1678-775720140259
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed