Pathogenetic Significance of Antimicrobial Peptides in the Implementation of Antibacterial Protection in Children with Cystic Fibrosis

Authors

  • G.O. Lezhenko Zaporizhya State Medical University http://orcid.org/0000-0003-0851-4586
  • O.Ye. Abaturov State Institution «Dnipropetrovsk State Medical Academy of Ministry of Public Health of Ukraine», Dnipropetrovsk http://orcid.org/0000-0001-6291-5386
  • O.Ye. Pashkova Zaporizhya State Medical University
  • L.I. Pantyushenko Municipal Institution «Zaporizhya Regional Clinical Children’s Hospital at Zaporizhya Regional Council», Zaporizhya

DOI:

https://doi.org/10.22141/2224-0551.3.46.2013.88802

Keywords:

cystic fibrosis, defensins 1–3, nitric oxide, іNOS NTproBNP, Ps.aeruginosa

Abstract

Objective: to investigate the factors increasing the colonization of respiratory system with Ps.аeruginosa in children with cystic fibrosis.
Materials and methods. The study involved 37 children with cystic fibrosis at the age from 3 to 15 years. The control group consisted of 30 healthy children. The results of the bacteriological examination of sputum were evaluated. The plasma levels of α-defensins 1–3 (HNP 1–3), serum levels of C-reactive protein (CRP), metabolites of nitric oxide (NO), inducible NO-synthase (iNOS), NTproBNP were investigated.
Results. According to the results of bacteriological examination of sputum pathogens was identified in 22 (59.4 %) patients. The dominant microorganisms were presented by Ps.aeruginosa in 14 (37.8 %) patients. Patients with cystic fibrosis have had 3.9 times increased levels of HNP 1–3 in plasma in comparison with control group (p < 0.05). The presence of Ps.aeruginosa led to the 6.8 times increase of HNP 1–3 in plasma of children with cystic fibrosis (p < 0.001). Simultaneously, the presence of Ps.aeruginosa resulted in an increase of CRP (p < 0.01). Contamination of the patients with cystic fibrosis by Ps.aeruginosa contributed to lack of NO and iNOS production. Colonization of the lower respiratory tract by Ps.aeruginosa associated with 1.7 times increased levels of NTproBNP in comparison with control group (p < 0.05).
Conclusions: 1. Children with cystic fibrosis had been characterized by elevation of plasma level of α-defensins 1–3. Production of HNP 1–3 adaptively increased in response to the contamination of the respiratory tract by Ps.aeruginosa, but high concentration of α-defensins 1–3 depressed phagocytic activity of neutrophils. Under such conditions compensatory-adaptive response, that was intended at the overcoming of pathogenic contamination, take a turn of pathologic and was an additional factor of respiratory system affection.
2. In children with cystic fibrosis reduction of generation of nitric oxide regardless of the microbial status of respiratory system took place. Availability of Ps.аeruginosa in respiratory system microbiota assisted to the adequate course of the second phase of inflammation at the expense of absence of іNOS adequate activation.
3. Increased serum level of NTproBNP in children with cystic fibrosis, infected with Ps.aeruginosa, is a compensatory reaction in response to the activation of endothelin-1 synthesis and serves as additional factor of supporting of chronic inflammation and damage of the respiratory system.

References

Абрагамович О.О. Механізми розвитку дисфункції ендотелію та її роль у патогенезі ішемічної хвороби серця / О.О. Абрагамович, А.Ф. Файник, О.В. Нечай [та ін.] // Укр. кардіол. журн. — 2007. — № 4. — С. 81-87.

Будихина А.С. Дефензины — мультифункциональные катионные пептиды человека / А.С. Будихина, Б.В. Пинегин // Иммунопатология, аллергология, инфектология. — 2008. — № 2. — С. 31-40.

Билецкий С.В. Эндотелиальная дисфункция и патология сердечно-сосудистой системы / С.В. Билецкий, С.С. Билецкий // Внутренняя медицина. — 2008. — № 2(8).

Вельков В.В. С-реактивний білок в лабораторній діагностиці гострого запалення і оцінці ризику судинної патології / В.В. Вельков // Лабораторна діагностика. — 2007. — № 4(42). — С. 53-68.

Глушко Л.В. C-реактивний білок: діагностичні та прогностичні перспективи визначення в плазмі/сироватці крові й інших біологічних рідинах організму / Л.В. Глушко, Н.М. Коваль, Н.М. Павелко // Здоровье Украины. — 2010. — № 7. — С. 58-61.

Голиков П.П. Метод определения нитрита/нитрата (NOx) в сыворотке крови / П.П. Голиков, Н.Ю. Николаева // Биомедицинская химия. — 2004. — Т. 50, № 1. — С. 79-85.

Капранов Н.И. Муковисцидоз: современные аспекты диагностики и лечения / Н.И. Капранов, А.М. Радионович, Н.Ю. Каширская, В.Д. Толстова // Клиницист. — 2006. — № 4. — С. 42-51.

Кокряков В.Н. Катионные противомикробные пептиды как молекулярные факторы иммунитета / В.Н. Кокряков [и др.] // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. — 2006. — № 2. — С. 98-105.

Конев Ю.В. Системная эндотоксинемия и клинико-патогенетические особенности течения атеросклероза и ишемической болезни сердца в пожилом и старческом возрасте / Ю.В. Конев: Автореф. дис... д-ра мед. наук. — М., 1997. — 43 с.

Кронина Л. Роль мутантного cftr в гиперчувствительности больных муковисцидозом к легочным инфекциям / Л. Кронина // РМЖ. — 1996. — № 9 // www.rmj.ru

Максимова С.М. Трудности и новые возможности в диагностике муковисцидоза у детей / С.М. Максимова, И.Г. Самойленко, Т.В. Ленарт [и др.] // Здоровье ребенка. — 2012. — № 5. — С. 80-84.

Пульмонология. Приложение. ГУ «Медикогенетический научный центр РАМН» (Российский центр муковисцидоза). — 2006. — С. 5-124.

Ранняя терапия и профилактика поражения легких при муковисцидозе: Европейский консенсус // J. Cyct. Fibros. — 2004. — Vol. 3(2). — P. 67-91.

Сомова Л.М. Оксид азота как медиатор воспаления / Л.М. Сомова, Н.Г. Плехова // Вестник ДВО РАН. — 2006. — № 2. — С. 77-80.

Феклин В.А. Микробный пейзаж дыхательных путей при муковисцидозе у детей, В.А. Феклин, В.П. Кандыба, Е.Г. Колиушко [и др.] // Вісник Вінницького національного медичного університету. — 2009. — № 13(1/2). —

С. 342.

Ben Tov A. N-terminal pro B-type natriuretic peptide (N-BNP) levels in cystic fibrosis patients / A. Ben Tov, G. Paret, B.A. Sela [et al.] // Pediatr. Pulmonol. — 2007. — Vol. 42, № 8. — P. 699-703.

Brandt T. DNA concentration and length in sputum of patients with cystic fibrosis during inhalation with recombinant human DNase / T. Brandt, S. Breitenstein, H. von der Hardt, B. Tummler // Thorax. — 1995. — Vol. 50. — P. 880-882.

Daniel J. Weiner, Robert Bucki and Paul A. Janmey. The Antimicrobial Activity of the Cathelicidin LL37 Is Inhibited by F-actin Bundles and Restored by Gelsolin // Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. — 2003 June. — Vol. 28, № 6. — 738-745.

Hayes E. The cystic fibrosis neutrophil: a specialized yet potentially defective cell / E. Hayes, K. Pohl, N.G. McElvaney, E.P. Reeves // Arch. Immunol. Ther. Exp. (Warsz). — 2011. — Vol. 59, № 2. — P. 97-112.

Knudsen P.K. Differences in prevalence and treatment of Pseudomonas aeruginosa in cystic fibrosis centres in Denmark, Norway and Sweden / P.K. Knudsen, H.V. Olesen, N. Hiniby [et al.] // Journal of Cystic Fibrosis. — 2009. — 8. — 135-142.

Kougias P. Neutrophil antimicrobial peptide alpha-defensin causes endothelial dysfunction in porcine coronary arteries / P. Kougias, H. Chai, P.H. Lin [et al.] // J. Vasc. Surg. — 2006. — Vol. 43(2). — P. 357-363.

Krause A. Human natriuretic peptides exhibit antimicrobial activity / A. Krause, C. Liepke, M. Meyer [et al.] // Eur. J. Med. Res. — 2001. — Vol. 6(5). — P. 215-218.

Mukae H. Raised plasma concentrations of α-defensins in patients with idiopathic pulmonary fibrosis / H. Mukae, H. Iiboshi, M. Nakazato [et al.] // Thorax. — 2002. — Vol. 57. — P. 623-628.

Schneider J.J. Human defensins / J.J. Schneider [et al.] // J. Mol. Med. — 2005. — Vol. 83, № 8. — P. 587-595.

Tsimogiannis K.E. Α-defensin expression of inflammatory response in open and laparoscopic colectomy for colorectal cancer / Tsimogiannis K.E., Telis K., Tselepis A [et al.] // World J. Surg. — 2011 Aug. — 35(8). — 1911-7.

Van der Zander K. / Van der Zander K., Houben A.J., Kroon A.A. Nitric oxide and potassium channels are involved in brain natriuretic peptide induced vasodilatation in man // J. Hypertens. — 2002 Mar. — 20(3). — 493-9.

Van Wetering, S., Mannesse-Lazeroms S.P.G., Van Sterkenburg M.A.J.A., Hiemstra P.S. Neutrophil defensins stimulate the release of cytokines by airway pithelial cells: modulation by dexamethasone // Inflamm. Res. — 2002. — 51. — 8-15.

Veron W. Natriuretic peptides affect Pseudomonas aerugenosa and specificially modify lipopolysaccaride biosynthesis / W. Veron, O. Lesouhaitier, X. Pennanec [еt al.] // Eebs J. — 2007. — Vol. 274 (22). — P. 5852-5864.

Voglis S. Human neutrophil peptides and phagocytic deficiency in bronchiectatic lungs / S. Voglis, K. Quinn, E. Tullis, [et al.] // Am. J. Respir. Crit. Care Med. — 2009. — Vol. 180, № 2. — P. 159-166.

Yount N.Y. Immunoconsiluum: Perspectives in Antimicrobial. Peptide Mechanisms of Action and Resistance. Protein and Peptide / N.Y. Yount, M.R. Yeaman // Letters. — 2005. — P. 49-67.

Published

2013-06-07

Issue

Section

Clinical Pediatrics