$-Amyloid

Disease Implications 
 
Several  studies  have  shown  the  association  between  altered  expression  of  epithelial-
derived antimicrobial peptides, including LL-37 and human

-defensins, and various skin and 
epithelial diseases, e.g., acne vulgaris (Chronnell et al, 2001), oral lichen planus, leukoplakia 
(Nishimura et al, 2003), oral candidiasis (Abiko et al, 2002), condyloma acuminatum, verruca 
vulgaris  (Conner  et  al,  2002),  cholesteatoma  (Jung  et  al,  2003),  chronic  nasal  inflammatory 
disease (Kim et al, 2003), etc. 
Due to space limitations, only one classic example of alteration in antimicrobial peptide 
expression  is  presented  here  to  demonstrate  the  clinical  significance  of  these  antimicrobial 

---

The Role of Antimicrobial Peptides in Periodontal Disease 
337 
peptides  in  the  pathogenesis  of  inflammatory  skin  diseases.  This  example  is  described  in 
some studies related to two well-characterized skin diseases, psoriasis and atopic dermatitis. 
In  psoriatic  lesions,  expression  of  LL-37,  hBD-2,  and  hBD-3  is  up-regulated  (Frohm  et  al, 
1997; Harder et al, 1997a; Harder et al, 2001), whereas expression of these three peptides is 
significantly  reduced  in  atopic  dermatitis  lesions  (Ong  et  al,  2002).  The  difference  in  the 
levels  of  antimicrobial  peptide  expression  between  psoriasis  and  atopic  dermatitis  can  be 
elaborated by different cytokine milieus between these two skin diseases, a Th1 versus a Th2 
profile, respectively (Nomura et al, 2003). It has been demonstrated that enhanced production 
of IL-4 and IL-13, two cytokines categorized as a Th2 profile, in atopic dermatitis, can block 
expression of some antimicrobial peptides in skin keratinocytes (Nomura et al, 2003), which 
may then account for the reduction of antimicrobial peptide expression in this lesion. 
It  is  known  that  one  basic  function  of  human  skin  is  to  form  a  natural  barrier  against 
microbial  colonization  and  invasion,  which  leads  to  tissue  homeostasis.  To  further  enhance 
this function, the skin can also produce several antimicrobial peptides, which help control the 
number and types of microorganisms on the skin. If the production of antimicrobial peptides 
is impaired by dysfunction of the host immune system as a result of the pathogenesis of skin 
diseases,  an  increased  risk  of  opportunistic  infections  from  bacteria  or  viruses  in  the  skin 
lesion ensues. Consequently, the deficiency of antimicrobial peptides, particularly LL-37, in 
atopic dermatitis lesions causes frequent infections from vaccinia virus (Howell et al, 2004). 
Similarly,  a  drastic  reduction  of  LL-37  protein  expressionthat  results  in  increased 
susceptibility  to  infections  has  also  been  observed  in  patients  with  acute  myeloid  leukemia 
(An et al, 2005). 
With  respect  to  periodontal  disease,  data  regarding  the  expression  of 

-defensin 
antimicrobial  peptides  in  different  types  of  periodontal  diseases  compared  to  healthy 
periodontal tissue are still contradictory and inconclusive. For example, the findings from one 
study  (Dommisch  et  al,  2005)  showed  no  significant  differences  in 

-defensin  mRNA 
expression  in  different  clinical  stages  of  periodontal  disease  as  compared  to  that  in  normal 
tissue.  Nevertheless,  in  the  same  study,  hBD-2  expression  was  found  to  be  significantly 
higher  than  hBD-1  expression  in  both  gingivitis  and  periodontitis  groups  (Dommisch  et  al, 
2005).  In  contrast,  it  was  later  shown  in  another  study  (Vardar-Sengul  et  al,  2007)  that  the 
levels  of  hBD-1  expression  did  not  significantly  differ  from  those  of  hBD-2  expression  in 
patients  with  gingivitis.  However,  in  patients  with  periodontitis,  hBD-1  expression  was 
significantly  higher  than  hBD-2  expression  in  chronic  periodontitis,  whereas  hBD-2 
expression  was  significantly  higher  than  hBD-1  expression  in  aggressive  periodontitis 
(Vardar-Sengul  et  al,  2007).  The  reason  behind  these  discrepancies  may  be  due  to  a  small 
number of patients and healthy volunteers, recruited in each study. Consequently, before any 
conclusions can be drawn for the relationship between 

-defensin expression and periodontal 
disease, a larger study is required for assessing more accurate levels of 

-defensin expression 
in both healthy and diseased tissues, obtained from different types of periodontal diseases.  
It  is  noteworthy  that  significant  up-regulation  of  both  hBD-1  and  hBD-2  expression  is 
found in periodontal pocket epithelium as compared to the adjacent healthy epithelium from 
the same patient (Lu et al, 2004). In contrast, higher levels of hBD-3 expression are found in 
periodontally healthy tissues as compared to diseased tissues (Bissell et al, 2004). These may 
suggest differential  functions  between  hBD-1/hBD-2 and hBD-3 in  periodontal disease,  and 

---

Suttichai Krisanaprakornkit and Sakornrat Khongkhunthian 
338 
also  a  more  protective  role  for  hBD-3  in  regulating  host  immune  responses  to  microbial 
assaults, as mentioned under the previous headings.  
To  the  best  of  our  knowledge,  there  has  been  no  report  that  shows  the  relationship 
between  the  deficiency  of 

-defensin  expression  in  periodontal  tissues  and  periodontal 
diseases.  On  the  contrary,  both  LL-37,  which  is  mainly  derived  from  neutrophils,  and 
neutrophil

-defensins show a direct link to the pathogenesis of a certain type of periodontitis. 
This is revealed by one study (Pütsep et al, 2002) that shows the deficiency in LL-37 and the 
reduction  of  neutrophil 

-defensins  in  patients  with  morbus  Kostmann  syndrome,  a  severe 
congenital  neutropenia.  These  patients  suffer  from  recurrent  gingivitis  and  even  severe 
periodontitis  during  early  childhood  that  result  from  the  lack  of  neutrophil-derived 
antimicrobial peptides. Furthermore, it has been demonstrated 
invitro
 that several periodontal 
pathogens,  e.g., 
Aggregatibacter  actinomycetemcomitans
,  are  sensitive  to  the  bactericidal 
effects  of  LL-37  (Tanaka  et  al,  2000;  Isogai  et  al,  2003),  so  it  is  likely  that  the  defective 
antimicrobial  function  of  neutrophils  from  patients  with  morbus  Kostmann  syndrome,  who 
are  deficient  in  LL-37,  cannot  eliminate 
Aggregatibacter  actinomycetemcomitams
,  which  is 
highly associated with early-onset periodontitis.   
In  this  regard,  it  is  interesting  to  further  investigate  whether  the  deficiency  of  these 
antimicrobial  peptides  is  also  implicated  with  other  forms  of  periodontitis  associated  with  a 
syndrome,  for  instance,  juvenile  periodontitis  in  Papillon-Lefèvre  syndrome,  whose 
abnormalities result from cathepsin C mutations (Hart et al, 1999; Toomes et al, 1999). Is it 
probable  that  some  antimicrobial  peptides  are  substrates  for  cathepsin  C  enzyme,  and  these 
peptides may become more active after enzymatic degradation? If the answer is positive, one 
can  assume  that  impaired  cathepsin  C  function  may  not  yield  sufficient  amounts  of  active 
antimicrobial  peptides  to  exert  their  antimicrobial  effects  on  periodontal  pathogens.  The 
deficiency in active antimicrobial peptides finally leads to repeated periodontal infections.