$-Amyloid

Porphyromonas 
gingivalis 
by  boosting  the  barrier  protection  and  innate  immune  functions  of  the  gingival 
epithelium (Nisapakultorn et al., 2001). 
 
Immunoglobulins 
The  presence  of  antibodies  to  periodontal  pathogens  cannot  be  used  to  diagnose 
periodontitis but they can be employed to determine exposure to periodontopathic organisms. 
The  detection  of  antibodies  to  particular  periodontal  pathogens 
per  se
  appears  to  be  a  less 
useful  measurement  than  the  determination  of  antibodylevels  (Ebersole  and  Holt,  1991). 
Immunological  tests  may  be  useful  in  identifying  individuals  who  have  the  potential  to 
develop  periodontal  disease  or  to  monitor  those  who  are  currently  responding  to  a 
periodontopathic  infection.  Using  a  checkerboard  approach  it  has  recently  been  shown  that 
periodontitis  patients  have  an  enhanced  nonspecific  IgA  response  whereastheir  specific  IgA 
response,  particularly  to  the  periodontal  pathogen 
Aggregatebacter  actinomycetemcomitans
 
was  impaired  (Bachrach  et  al.,  2008).  Antibody-based  biomarker  tests  require  much  more 
development before their prognostic potential is realised fully. 
 
 
 
Biomarkers of ECM Breakdown 
 
An array of host derived enzymes, including neutral enzymes (elastase, cathepsin G), as 
well  as  hyrolysases  (cathepsin  B)  and  collagenases  (matrix  metalloproteinase  (MMP)-8, 
MMP-9  and  MMP-13)  are  stored  and  released  from  the  granules  of  PMNs  attracted  to  the 
gingival  crevice.  These  enzymes  have  received  substantial  attention  as  potential  biomarkers 
of ECM degradation, however some also have roles in bone turnover.  
 
Elastase 
Elastase is a principal proteolytic component of the neutrophil and  functions to degrade 
the ECM. Elastase activity alone and in combination with other neutrophil enzymes in GCF 
has been shown to be related to gingival inflammation. Total enzyme activities have shown 
good  diagnostic  specificity  and  sensitivity  as  predictors  of  clinical  parameters  in  cross-
sectional  studies  (Eley  and  Cox,  2006),  suggesting  that  GCF  proteases,  including  elastase, 
may prove useful for determining periodontal condition. 
 
Cathepsins 
Cathepsins are a class of globular lysosomal proteases, most of which contain an active-
site  cysteine  residue.  Cathepsins  function  in  general  protein  turnover  in  the  lysosome, 
however  several  cathepsins  have  extracellular  roles  in  degrading  matrix  components.  As  an 
enzyme belonging to the class of cysteine proteinases, cathepsin B functions in proteolysis of 
the ECM.GCF concentrations of cathepsin B have been found to be elevated in patients with 
periodontal disease compared with gingivitis (Kunimatsu et al., 1990). Cathepsin B has been 
shown  to  have  potential  in  distinguishing  periodontitis  from  gingivitis  and  in  planning 
treatment  and  monitoring  treatment  outcomes  (Loos  and  Tjoa  2005).  In  GCF,  macrophages 
are  thought  to  be  the  main  source  of  cathepsin  B  (Kennett  et  al.,  1997).  Cathepsin  K  is  an 
attractive  candidate  in  terms  of  biomarker  potential  since  it  is  expressed  and  secreted  by 

---

Fionnuala T. Lundy 
100 
osteoclasts and has a key role in degrading bone matrix molecules. Cathepsin K levels have 
been  shown  to  be  increased  in  GCF  from  periodontitis  patients  (Mogi  and  Otogoto,  2007) 
however cathepsin-K was not associated significantly with clinical measurements of disease 
severity or inflammation indicating that more research on this important cathepsin is required 
to  clarify  its  biomarker  potential.  GCF  cathepsin  G  levels  (determined  by  ELISA)  showed 
significant  correlation  with  measured  clinical  parameters  of  disease  such  as  GCF  volume, 
gingival index and probing depth, although cathepsin G activity in GCF did not correlate in 
the same way (Kunimatsu et al., 1995). 
 
MMPs 
Matrix  metalloproteinases  (MMPs)  are  zinc-dependent  host  endoproteinases  derived 
predominantly from PMNs during acute stages of periodontal disease. MMPs are responsible 
for  both tissue  degradation and remodelling.  As periodontal disease progresses  gingival and 
periodontal  ligament  collagens  are  degraded  by  host  cell-derived  MMPs.  MMP-8,  also 
referred  to  as  collagenase-2  is  the  most  prevalent  MMP  in  diseased  periodontal  tissue  and 
GCF  and  has  a  key  role  in  degrading  the  triple  helical  structures  of  types  I,  II,  and  III 
collagens found in alveolar bone (Birkedal-Hansen, 1993). In addition to release from PMNs, 
mesenchymal  cells,  such  as  human  gingival  and  periodontal  ligament  fibroblasts  and 
chondrocytes produce MMP-8 (Chubinskaya et al., 1996). Opinion is divided in terms of the 
potential usefulness of MMP-8 as a biomarker of disease. Elevated MMP-8 levels have been 
observed in  GCF  (Ingman  et  al.,  1996)  and  saliva  (Ingman  et  al.,  1996; Rai et  al.,  2008) of 
periodontitis  patients.  However  no  significant  differences  in  GCF  MMP-8  levels  between 
healthy  and  periodontitis  subjects  were  observed  using  a  checkerboard  immunoblotting 
technique (Teles et al.,  2009b). Further studies are required to evaluate MMP-8 either alone 
or in conjunction with other biomarkers to predict the risk of future disease occurrence and to 
monitor treatment interventions. Of the other family members, MMP-2, MMP-3 and MMP-9, 
have also been determined in saliva of periodontitis patients (Ingman et al., 1996). However 
given  the  abundance  of  MMP-8,  less  emphasis  has  been  placed  on  the  other  MMP  family 
members as potential biomarkers of disease.