Defensin, beta 2

Das humane Beta Defensin 2 gehört zu der großen Gruppe der antimikrobiellen Peptide (AMP), einer heterogene Gruppe von natürlich vorkommenden, als sog. "endogene Antibiotika" bezeichnete, kleine (< 100 Aminosäuren), kationische amphiphile, Peptide mit breiter mikrobizider Wirksamkeit. Antimikrobielle Peptide werden von Pflanzen, Bakterien, Insekten, wirbellosen Tieren und Vertebraten synthetisiert.

Humane antimikrobielle Peptide spielen bei der angeborenen, unspezifischen Immunabwehr (s.u. Immunität, angeborene) im Rahmen einer epithelialen Barrierefunktion bei Respirations-, Urogenital- und Gastrointestinaltrakt sowie der Haut eine tragende Rolle bei der Abwehr infektiöser Erreger. Sie stellen neben der zellulären epithelialen Barriere eine Art chemische Barriere dar. Neben ihren direkten antimikrobiellen Funktionen wirken sie auch als Moderatoren inflammatorischer Prozesse.  

Allen Beta-Defensinen sind antimikrobielle Eigenschaften gemeinsam. Es wird angenommen dass Defensine Erreger durch  Porenbildung in der Zellwand bekämpfen wodurch es zu einem Verlust der Membranstabilität und letztlich zum Absterben des Erregers kommt (s.u. antimikrobielle Peptide). Die Mitglieder dieser Defensin-Familie haben eine weitgehend analoge Protein-Sequenz. 

Beta-defensin 2 (BD-2) auch als “skin-antimicrobial peptide 1”, SAP1 bezeichnet, ist ein Cystein-reiches, humanes, kationisches, antimikrobielles Peptid, das ursprünglich in läsionaler Haut entdeckt wurde. Das Peptid wird durch das DEFB4 (Defensin beta 4) - Gen kodiert das auf dem Chromosom 8 (Location: Chr 8: 7.89 – 7.9 Mb) lokalisiert ist.

Beta-defensin 2 (hBD2) ist ein, von neutrophilen Granulozyten sowie zahlreichen Epithelien (nachgewiesen in Haut und  Atemwege) exprimiertes „antibiotisches“ Peptid, das durch inflammatorische Prozesse reguliert wird. Zusammen mit dem humanen Beta Defensin 3 (hBD3) gehört das humane Beta Defensin 2  zu den wichtigsten Mitgliedern der Beta-Defensin-Familie.

Epithelien produzieren bei Kontakt mit Mikroorganismen (P. aeruginosa) Beta-Defensin 2 als erstes humanes Defensin. Beta-Defensin 2 nimmt eine führende Rolle in der Oberflächenprotektion von Epithelien ein. So entwickelt es potente antimikrobielle Aktivitäten gegen Gram-negative Bakterien und gegen Hefepilze, nicht jedoch gegen den Gram-positiven S. aureus.

HBD2 und hBD3 beeinflussen die Viabilität von Helicobacter pylori. In vitro konnte gezeigt werden, dass die Expression des humanen Beta Defensins 2, abhängig von einer Helicobacter pylori-Infektion bis zu dem 40-fachen  des Ausgangswertes gesteigert wurden. In vivo korrelierte der Grad der Hochregulierung mit dem Ausmaß einer Antrumgastritis. Hingegen verminderten sich die Werte des humanen Beta Defensins 3 bei unverändertem mRNA. Bei einer Eradikation von H. pylori normalisierten sich die Werte des humanen Beta Defensin 2 (Bauer B et al. 2013).

Keratinozyten in inflammatorischen Hautläsionen exprimieren örtlich vermehrt das HBD-2-Gen sowie das kodierte Protein. So wird dieses Defensin massiv in läsionaler Epidermis von Psoriatikern überexprimiert. Bei Patienten mit atopischem Ekzem ist dies nicht nachweisbar. Die Serum-Spiegel des humanen Beta-Defensin-2 sind korrelierend zur Aktivität und dem PASI der Psoriasis erhöht (Abdelmaksood R et al. 2013). Auch dieser Befund ist bei Patienten mit atopischem Ekzem  nicht nachweisbar. Der Defensin-Erhöhung gehen die Serum-Spiegel von Interferon-gamma, und dem Interleukin-10 IFN-gamma, Interleukin-17, Interleukin-22, TNF-alpha, Interleukin-1beta und Interleukin-6 parallel. Diese Zytokine verstärkten die Expression des humanen Defensin-2. Hingegen supprimieren IL-10, IL-4 und IL-13 die Expression dieses Peptids (Kanda N et al.2011). Humanes Beta-Defensin-2 ist ein Biomarker für die Psoriasis (Jansen PA et al. 2009).

In UV-bestrahlte Keratinozyten wird hBD2 in deutlich größeren Mengen exprimiert. Das hormonartig wirkende Polypeptid Adiponectin ist in der Lage diese hBD2-Überexpression zu supprimieren (Kim M et al. 2016).   

1. Abdelmaksood R et al. (2013) The impact of topical calcipotriol and betamethasone on human beta-defensin 2 expression and serum level in psoriatic patients. Clin Lab 59:277-282. 
2. Alp S et al. (2005) Expression of beta-defensin 1 and 2 in nasal epithelial cells and  alveolar macrophages from HIV-infected patients. Eur J Med Res  10:1-6.
3. Bauer B et al. (2013) Differential expression of human beta defensin 2 and 3 in gastric mucosa ofHelicobacter pylori-infected individuals. Helicobacter 18:6-12.
4. Jansen PA et al. (2009) Beta-defensin-2 protein is a serum biomarker for disease activity in psoriasis and reaches biologically relevant concentrations in lesional skin. PLoS One 4:e4725. 
5. Kanda N et al. (2011) Human β-defensin-2 enhances IFN-γ and IL-10 production and suppresses IL-17 production in T cells.J Leukoc Biol 89:935-944. 
6. Keskin M et al. (2015) Two Cheers for Crohn's Disease and Periodontitis: Beta-Defensin-2 as an Actionable Target to Intervene on Two Clinically Distinct Diseases. OMICS19 :443-50.
7. Kim M et al. (2016) Adiponectin Suppresses UVB-Induced Premature Senescence and hBD2 Overexpression in Human Keratinocytes. PLoS One 11(8):e0161247.
8. Schröder JM et al. (1999) Human beta-defensin-2. Int J Biochem Cell Biol 31:645-651.