$-Amyloid

Streptococci
, 
Actinomyces
,  etc.,  and  the  bridging  orange-complex  bacterium, 
i.e.,
Fusobacterium  nucleatum
,  are  susceptible  to the bactericidal  activity  of  LL-37  with  low 
minimum  inhibitory  concentrations  (MICs)  in 

g/ml  (Ji  et  al,  2007b).  Similar  results  have 

---

Suttichai Krisanaprakornkit and Sakornrat Khongkhunthian 
330 
also  been  obtained  from  another  study  (Ouhara  et  al,  2005),  which  shows  the  antimicrobial 
effects of LL-37 against various gram-positive oral 
Streptococci
. In contrast, the red-complex 
periodontopathic bacteria, including 
Porphyromonas gingivalis
, 
Tannerella forsythensis
, and 
Treponema  denticola
,  are  more  resistant  to  LL-37  than  are  other  bacteria  (Ji  et  al,  2007b), 
suggesting their strong involvement with periodontitis.  
Furthermore,  LL-37  exerts  its  candidacidal  activity  by  disrupting  the  yeast  cell 
membrane, leading to membrane fragmentation and a release of intracellular contents, such as 
adenosine triphosphate (den Hertog et al, 2005). With respect to the antimicrobial activity of 
neutrophil

-defensins,  oral  microorganisms  are  usually  resistant  to  HNP-1  to  HNP-3,  even 
though  a  synergistic  antimicrobial  effect  is  revealed  between  HNP-1  and  LL-37  against 
Escherichia coli
 and 
Staphylococcus aureus
 (Nagaoka et al, 2000).    
The  antimicrobial  activities  of  hBD-1,  hBD-2,  and  hBD-3  peptides  have  been  tested 
against different strains of gram-negative and gram-positive oral bacteria and fungi in several 
invitro
 studies
. 
In brief, it is found that, among thesethree human

-defensins, hBD-3 has the 
strongest  antibacterial  activity  against  oral 
Streptococci
  and  some  periodontal  bacteria, 
especially all strains of 
Fusobacterium nucleatum
, while hBD-1 and hBD-2 are less effective 
against both oral gram-positive and gram-negative bacteria (Ouhara et al, 2005). This may be 
owing to the strong basic property of hBD-3 due to several positively charged amino acids in 
its molecule (Schibli et al, 2002). However, hBD-2 exerts its antimicrobial activity well with 
cariogenic  bacteria,  including 
Streptococcus  mutans
  and 
Streptococcus  sobrinus
  (Nishimura 
et al,  2004). Generally,  aerobic bacteria are  more  susceptible to  hBD-2  and hBD-3  peptides 
than  are  anaerobic  bacteria  (Joly  et  al,  2004).Although  the  antimicrobial  activity  of 

-
defensins  is  normally  inhibited  by  high  salt  concentrations,  as  shown  in  other  studies 
(Goldman  et  al,  1997;  Midorikawa  et  al,  2003),  the  antimicrobial  activity  of  hBD-3  against 
periodontal  and  cariogenic  bacteria  is  not  much  influenced  by  high  salt  concentrations 
(Ouhara  et  al,  2005).  It  can  be  concluded  that,  among  the  antimicrobial  peptides  of  the 
defensin  and  cathelicidin  families,  hBD-3  and  LL-37  exhibit  the  greatest  degrees  of 
antimicrobial effects against various oral bacteria, especially most aerobic bacteria and some 
periodontal  bacteria.  Although  the  red-complex  periodontopathic  bacteria  are  more  resistant 
to  hBD-3  and  LL-37,  it  is  likely  that  hBD-3  and  LL-37  may  still  play  a  role  in  the 
pathogenesis of periodontal disease by reducing the number of early colonizing and bridging 
bacteria  so  that  the  late  colonizers,  including  the  red-complex  periodontopathic  bacteria, 
cannot colonize and thrive in dental plaque. 
Interestingly,  some  pathogenic  bacteria  have  evolved  other  virulence  mechanisms  that 
enable  them  to  resist  the  activity  of  antimicrobial  peptides.  For  example,  antimicrobial 
peptides  can  be  degraded  by  distinct  enzymes  secreted  from  bacterial  pathogens,  including 
SufA,  a  novel  subtilisin-like  serine  protease  of 
Finegoldia  magna
  (Karlsson  et  al,  2007), 
streptopain  of 
Streptococcus  pyogens
,  elastase  of 
Pseudomonas  aeruginosa
,  gelatinase  of 
Enterococcus faecalis
 (Schmidtchen et al, 2002), and the 50 kDa  metalloprotease (ZapA) of 
Proteus mirabilis
 (Belas et al, 2004). By analogy, 
Porphyromonas gingivalis
, one of the red-
complex  bacterial  triad,  can  also  be  resistant  to  the  bactericidal  activity  of  antimicrobial 
peptides due to its ability to synthesize a group of enzymes, called gingipains. In fact, it has 
been  recently  demonstrated  that  the  gingipains  efficiently  degrade  several  different 
antimicrobial  peptides,  including  HNP-1,  hBD-1,  hBD-2,  and  hBD-3  (Carlisle  et  al,  2009). 
However, it was formerly shown that the degradation of antimicrobial peptides by gingipains 

---

The Role of Antimicrobial Peptides in Periodontal Disease 
331 
does  not  appear  to  contribute  to  the  resistance  of 
Porphyromonas  gingivalis
  to  the 
antimicrobial action (Bachrach et al, 2008).   
The possible alternative mechanisms for the resistance of 
Porphyromonas gingivalis
 may 
be due to the possibility that gingipains secreted from 
Porphyromonas gingivalis
 may prevent 
destruction  of  its  commensal  bacteria,  i.e., 
Fusobacterium  nucleatum
,  which  is  easily 
destroyed  by  antimicrobial  peptides.  Otherwise,  gingipains  and  proteases  released  from 
Porphyromonas gingivalis 
and 
Prevotella intermedia
, respectively, may inactivate cystatins, 
inhibitors that function against endogenously-derived proteases, such as host cathepsins, etc. 
This ultimately releases cathepsins from their tight control by cystatins. The active cathepsins, 
including  cathepsin  B,  L,  and  S  in  the  cysteine  protease  family,  may  then  proteolytically 
degrade antimicrobial peptides, resulting in depletion of antimicrobial activity (Taggart et al, 
2003). The gingipains and other virulence factors make 
Porphyromonas gingivalis
 one of the 
critical  periodontal  pathogens,  and  antimicrobial  peptides  may  then  be  regarded  as  an 
important determinant for the ―normal‖ and ―diseased‖ states of periodontium.  
As  with 
Porphyromonas  gingivalis
, 
Treponema  denticola
,  another  red-complex 
periodontal  pathogen,  is  resistant  to  the  antimicrobial  activity  of  human

-defensins,  but  by 
other distinct mechanisms, since 
Treponema denticola
 does not produce degrading enzymes. 
These  mechanisms  include  an  efflux  pump  of  defensin  peptides  that  enter  the  cytoplasm 
(Brissette and Lukehart, 2007) and reduction of defensin binding to the microbial surface due 
to the lack of LPS (Brissette and Lukehart, 2002). Furthermore, 
Treponema denticola
 cannot 
induce  the  host  innate  immune  response,  i.e.,  expression  of  hBD-2  and  IL-8,  in  gingival 
epithelial  cells  (Brissette  et  al,  2008).  The  immune  tolerant  mechanisms  of 
Treponema 
denticola
,  including  resistance  to  the  antimicrobial  effect  of  antimicrobial  peptides  and 
silencing  host  innate  immunity,  may,  therefore,  partly  explain  the  strong  association  of 
Treponema denticola
 with chronic periodontitis.