Оценка экспрессии гена β-дефенсина-3 человека в слизистой оболочке ЛОР-органов

Целью исследования явилась оценка экспрессии гена β-дефенсина-З человека (hBD-3) в поверхностном эпителии слизистой оболочки ЛОР-органов. Исследовали 210 образцов операционного материала, полученных при наиболее частой хирургической патологии 5 анатомо-функциональных областей: нос и околоносовые пазухи, среднее ухо, носоглотка, ротоглотка, гортань. Контролями служили: 1) нижние носовые раковины, 2) нормальная слизистая среднего носового хода. Оценку экспрессии генов hBD-3 и β-актина проводили методом обратной транскрипции и ПЦР в режиме реального времени. В слизистой оболочке носа и околоносовых пазух очень низкая экспрессия выявлена в 14,29-33,33% случаев, наиболее часто в ткани полипов среднего носового хода и решетчатого лабиринта (53,84%), отсутствовала в гипертрофических нижних носовых раковинах. В полости среднего уха частота детекции экспрессии гена hBD-3 варьировала от 7,69% в слизистой суперструктур стремени до 53,85% образцов слизистой при наличии холестеатомы. Экспрессия гена hBD-3 детектирована в большинстве образцов тканей с высоким микробным обсеменением: небные миндалины 100%, гипертрофия аденоидов 84,62%, аденоиды при гипертрофии аденоидов и небных миндалин 87,5%, фиброзно-сосудистые полипы гортани 87,5%, другая патология гортани 77,78% образцов. Самые высокие уровни экспрессии гена hBD-3 выявлены в гортани при фиброзно-сосудистых полипах. Полученные данные свидетельствуют о двух функционально различных типах иммунного ответа слизистой ЛОР-органов. В анатомо-функциональных областях, выстланных мерцательным эпителием (средний и нижний носовые ходы, верхнечелюстные, решетчатые пазухи, среднее ухо) детектированы достоверно низкие частота (точный тест Фишера, p < 0,05 до p < 0,001) и уровни (тест Манна-Уитни, p < 0,05 до p < 0,001) экспрессии гена hBD-3, за исключением ткани полипов среднего носового хода и решетчатого лабиринта и слизистой барабанной полости при холестеатоме, что, возможно, связано с характером патологического процесса. В зонах, выстланных плоским эпителием или сочетанием плоского и реснитчатого эпителиев, экспрессия гена hBD-3 детектирована практически повсеместно и на достоверно более высоких уровнях. В контексте хронического воспаления и связанных с инфекцией заболеваний ЛОР-органов, помимо прямой микробоцидной активности hBD-3 на первой линии защиты, возможно нарушение регуляции пептида и даже неблагоприятные патогенетические эффекты hBD-3: повышенная чувствительность к инфекциям, патологические изменения состава комменсалов, фиброзное ремоделирование.

1. Бабаев С.Ю., Новожилов А.А., Абубакиров Т.Э., Митрофанова Н.Н., Козаренко Е.А., Шахов А.В. Микробиота барабанной полости у пациентов с хроническим гнойным средним отитом // Российская оториноларингология, 2019. T. 18, № 3. С. 22-26.

2. Кокряков В.Н., Алешина Г.М., Шамова О.В., Орлов Д.С., Андреева Ю.В. Современная концепция об антимикробных пептидах как молекулярных факторах иммунитета // Медицинский академический журнал, 2010. Т. 10, № 4. С. 149-160.

3. Тырнова Е.В., Алешина Г.М., Янов Ю.К., Кокряков В.Н. Изучение экспрессии гена бета-дефенсина-3 человека в слизистой оболочке верхних дыхательных путей // Российская оториноларингология, 2015. № 2 (75). С. 77-84.

4. Albanesi C., Fairchild H.R., Madonna S., Scarponi C., de Pita O., Leung D.Y.M., Howell M.D. IL-4 and IL-13 negatively regulate TNF-alpha- and IFN-gamma-induced beta-defensin expression through STAT-6, suppressor of cytokine signaling (SOCS)-1, and SOCS-3. J. Immunol., 2007, Vol. 179, pp. 984-992.

5. Ball S.L., Siou G.P., Wilson J.A., Howard A., Hirst B.H., Hall J. Expression and immunolocalisation of antimicrobial peptides within human palatine tonsils. J. Laryngol. Otol., 2007, Vol. 121, no. 10, pp. 973-978.

6. Chen X., Niyonsaba F., Ushio H., Hara M., Yokoi H., Matsumoto K., Saito H., Nagaoka I., Ikeda S., Okumura K., Ogawa H. Antimicrobial peptides human beta-defensin (hBD)-3 and hBD-4 activate mast cells and increase skin vascular permeability. Eur. J. Immunol., 2007, Vol. 37, pp. 434-444.

7. Chong K.T., Xiang L., Wang X., Jun E.L., Xi L.F., Schweinfurth J.M. High level expression of human epithelial beta-defensins (hBD-1, 2 and 3) in papillomavirus induced lesions. Virol. J., 2006, Vol. 3, 75. doi: 10.1186/1743-422X-3-75.

8. Claeys S., de Belder T., Holtappels G., Gevaert P., Verhasselt B., van Cauwenberge P., Bachert C. Human b-defensins and toll-like receptors in the upper airway. Allergy, 2003, Vol. 58, pp. 748-753. doi: 10.1034/j.1398-9995.2003.00180.x

9. Coleman A., Wood A., Bialasiewicz S., Ware R.S., Marsh R.L., Cervin A. The unsolved problem of otitis media in indigenous populations: a systematic review of upper respiratory and middle ear microbiology in indigenous children with otitis media. Microbiome, 2018, Vol. 6, no. 1, 199. doi: 10.1099/jmm.0.001368.

10. Doss M., White M.R., Tecle T., Hartshorn K.L. Human defensins and LL-37 in mucosal immunity. J. Leuk. Biol., 2010, Vol. 87, pp. 79-92.

11. Feng Z., Dubyak G.R., Jia X., Lubkowski J.T., Weinberg A. Human b-defensin-3 structure motifs that are important in CXCR4 antagonism. FEBS J., 2013, Vol. 280, no. 14, pp. 3365-3375.

12. Funderburg N.T., Jadlowsky J.K., Lederman M.M., Feng Z., Weinberg A., Sieg S.F. The toll-like receptor 1/2 agonists Pam(3) CSK(4) and human b-defensin-3 differentially induce interleukin-10 and nuclear factor-кВ signalling patterns in human monocytes. Immunology, 2011, Vol. 134, no. 2, pp. 151-160.

13. Ghosh S.K., Feng Z., Fujioka H., Lux R., McCormick T.S., Weinberg A. Conceptual perspectives: bacterial antimicrobial peptide induction as a novel strategy for symbiosis with the human host. Front. Microbiol., 2018, Vol. 9, 302. doi:10.3389/fmicb.2018.00302.

14. Gong H-L., Shi Y., Zhou L., Wu C-P., Cao P-Y., Tao L., Xu C., Hou D-S., Wang Y-Z. The composition of microbiome in larynx and the throat biodiversity between laryngeal squamous cell carcinoma patients and control population. PLoS One, 2013, Vol. 8, no. 6, e66476. doi: 10.1371/journal.pone.0066476.

15. Haarmann H., Steiner T., Schreiber F., Heinrich A., Zweigner J., N'Guessan P.D., Slevogt H. The role and regulation of Moraxella catarrhalis-induced human beta-defensin 3 expression in human pulmonary epithelial cells. Biochem. Biophys. Res. Commun., 2015, Vol. 467, no. 1, pp. 46-52.

16. Harder J., Bartels J., Christophers E., Schroder J.M. Isolation and characterization of human beta-defensin-3, a novel human inducible peptide antibiotic. J. Biol. Chem., 2001, Vol. 276, no. 8, pp. 5707-5713.

17. Hazrati E., Galen B., Lu W., Wang W., Ouyang Y., Keller M.J., Lehrer R.I., Herold B.C. Human alpha-and beta-defensins block multiple steps in herpes simplex virus infection. J. Immunol., 2006, Vol. 177, no. 12, pp. 8658-8666.

18. Hong P., Liu C.M., Nordstrom L., Lalwani A.K. The role of the human microbiome in otolaryngology-head and neck surgery: a contemporary review. Laryngoscope, 2014, Vol. 124, no. 6, pp. 1352-1357.

19. Jette M.E., Dill-McFarland K.A., Hanshew A.S., Suen G., Thibeault S.L. The human laryngeal microbiome: effects of cigarette smoke and reflux. Sci. Rep., 2016, Vol. 6, 35882. doi: 10.1038/srep35882.

20. Jones E.A., McGillivary G., Bakaletz L.O. Extracellular DNA within a nontypeable Haemophilus influenzae-induced biofilm binds human beta defensin-3 and reduces its antimicrobial activity. J. Innate Immun., 2013, Vol. 5, no. 1, pp. 24-38.

21. Kamekura R., Imai R., Takano K., Yamashita K., Jitsukawa S., Nagaya T., Ito F., Hirao M., Tsubota H., Himi T. Expression and localization of human defensins in palatine tonsils. Adv. Otorhinolaryngol., 2016, Vol. 77, pp. 112-118.

22. Kumpitsch C., Koskinen K., Schopf V., Moissl-Eichinger C. The microbiome of the upper respiratory tract in health and disease. BMC Biol., 2019, Vol. 17, no. 1, 87. doi: 10.1186/s12915-019-0703-z.

23. Lee J.T., Kim C.M., Ramakrishnan V. Microbiome and disease in the upper airway. Curr. Opin. Allergy Clin. Immunol., 2019, Vol. 19, no. 1, pp. 1-6.

24. McGillivary G., Mason K.M., Jurcisek J.A., Peeples M.E., Bakaletz L.O. Respiratory syncytial virus-induced dysregulation of expression of a mucosal beta-defensin augments colonization of the upper airway by non-typeable Haemophilus influenzae. Cell Microbiol., 2009, Vol. 11, no. 9, pp. 1399-1408.

25. Mehraj J., Witte W., Akmatov M.K., Layer F., Werner G., Krause G. Epidemiology of Staphylococcus aureus nasal carriage patterns in the community. Curr. Top. Microbiol. Immunol., 2016, Vol. 398, pp. 55-87.

26. Mittal R., Kodiyan J., Gerring R., Mathee K., Li J.D., Grati M., Liu X.Z. Role of innate immunity in the pathogenesis of otitis media. Int. J. Infect. Dis., 2014, Vol. 29, pp. 259-267.

27. Nurjadi D., Herrmann E., Hinderberger I., Zanger P. Impaired beta-defensin expression in human skin links DEFB1 promoter polymorphisms with persistent Staphylococcus aureus nasal carriage. J. Infect. Dis., 2013, Vol. 207, no. 4, pp. 666-674.

28. Ostaff M.J., Stange E.F., Wehkamp J. Chapter 5 Antimicrobial Peptides in the Gut. Antimicrobial peptides: role in human health and disease, Birkhauser advances in infectious diseases. Ed. Harder J., Schroder J.-M., Springer International Publishing Switzerland, 2016, pp. 67-88.

29. Rohrl J., Yang D., Oppenheim J.J., Hehlgans T. Human beta-defensin 2 and 3 and their mouse orthologs induce chemotaxis through interaction with CCR2. J. Immunol., 2010, Vol. 184, pp. 6688-6694.

30. Sass V., Schneider T., Wilmes M., Korner C., Tossi A., Novikova N., Shamova O., Sahl H.G. Human beta-defensin 3 inhibits cell wall biosynthesis in Staphylococci. Infect. Immun., 2010, Vol. 78, no. 6, pp. 2793-800.

31. Scharf S., Zahlten J., Szymanski K., Hippenstiel S., Suttorp N., N'Guessan P.D. Streptococcus pneumoniae induces human b-defensin-2 and -3 in human lung epithelium. Exp. Lung Res., 2012, Vol. 38, no. 2, pp. 100-110.

32. Schibli D.J., Hunter H.N., Aseyev V., Starner T.D., Wiencek J.M., McCray P.B. Jr., Tack B.F., Vogel H.J. The solution structures of the human beta-defensins lead to a better understanding of the potent bactericidal activity of HBD3 against Staphylococcus aureus. J. Biol. Chem., 2002, Vol. 277, no. 10, pp. 8279-8289.

33. Schleimer R.P. Immunopathogenesis of chronic rhinosinusitis and nasal polyposis. Annu. Rev. Pathol., 2017, Vol. 12, pp. 331-357.

34. Schneider J.J., Unholzer A., Schaller M., Schafer-Korting M., Korting H.C. Human defensms. J. Mol. Med. (Berl)., 2005, Vol. 83, no. 8, pp. 587-595.

35. Seiler F., Bals R., Beisswenger C. Chapter 3 Function of antimicrobial peptides in lung innate immunity. Antimicrobial peptides: role in human health and disease, Birkhauser advances in infectious diseases. Ed. Harder J., Schroder J.-M., Springer International Publishing Switzerland, 2016, pp. 33-52.

36. Seiler F., Hellberg J., Lepper P.M., Kamyschnikow A., Herr C., Bischoff M., Langer F., Schafers H-J., Lammert F., Menger M.D., Bals R., Beisswenger C. FOXO transcription factors regulate innate immune mechanisms in respiratory epithelial cells. J. Immunol. 2013, Vol. 190, pp. 1603-1613.

37. Semple F., Dorin J.R. Beta-defensins: multifunctional modulators of infection, inflammation and more? J. Innate Immun., 2012, Vol. 4, no. 4, pp. 337-348.

38. S0rensen O.E. Chapter 1 Antimicrobial Peptides in Cutaneous Wound Healing. Antimicrobial peptides: role in human health and disease, Birkhauser advances in infectious diseases. Ed. Harder J., Schroder J.-M., Springer International Publishing Switzerland, 2016, pp. 1-15.

39. Starner T.D., Swords W.E., Apicella M.A., McCray P.B. Jr. Susceptibility of nontypeable Haemophilus influenzae to human betadefensins is influenced by lipooligosaccharide acylation. Infect. Immun., 2002, Vol. 70, no. 9, pp. 5287-5289.

40. Weinberg A., Quinones-Mateu M.E., Lederman M.M. Role of human beta-defensins in HIV infection. Adv. Dent. Res., 2006, Vol. 19, no. 1, pp. 42-48.

41. Zanger P., Holzer J., Schleucher R., Scherbaum H., Schittek B., Gabrysch S. Severity of Staphylococcus aureus infection of the skin is associated with inducibility of human beta-defensin 3 but not human beta-defensin 2. Infect. Immun., 2010, Vol. 78, no. 7, pp. 3112-3117.

42. Zanger P., Nurjadi D., Vath B., Kremsner P.G. Persistent nasal carriage of Staphylococcus aureus is associated with deficient induction of human beta-defensin 3 after sterile wounding of healthy skin in vivo. Infect. Immun., 2011, Vol. 79, no. 7, pp. 2658-2662.

43. Zautner A.E. Adenotonsillar disease. Recent Pat. Inflamm. Allergy Drug Discov., 2012, Vol. 6, no. 2, pp. 121-129.