BackgroundThe aerial parts of Rumex acetosa L. have been used in traditional European medicine for inflammatory diseases of the mouth epithelial tissue. The following study aimed to investigate the influence of a proanthocyanidin-enriched extract from R. acetosa extract against the adhesion of Porphyromonas gingivalis (P. gingivalis), a pathogen strongly involved in chronic and aggressive periodontitis. A further goal was to define the bioactive lead structures responsible for a potential antiadhesive activity and to characterize the underlying molecular mechanisms of the antiadhesive effects.MethodologyAn extract of R. acetosa (RA1) with a defined mixture of flavan-3-ols, oligomeric proanthocyanidins and flavonoids, was used. Its impact on P. gingivalis adhesion to KB cells was studied by flow cytometry, confocal laser scanning microscopy and in situ adhesion assay using murine buccal tissue. RA1 and its compounds 1 to 15 were further investigated for additional effects on gingipain activity, hemagglutination and gene expression by RT-PCR.Principal FindingsRA1 (5 to 15 μg/mL) reduced P. gingivalis adhesion in a dose-dependent manner to about 90%. Galloylated proanthocyanidins were confirmed to be responsible for this antiadhesive effect with epicatechin-3-O-gallate-(4β,8)-epicatechin-3’-O-gallate (syn. procyanidin B2-di-gallate) being the lead compound. Ungalloylated flavan-3-ols and oligomeric proanthocyanidins were inactive. RA1 and the galloylated proanthocyanidins strongly interact with the bacterial virulence factor Arg-gingipain, while the corresponding Lys-gingipain was hardly influenced. RA1 inhibited also hemagglutination. In silico docking studies indicated that epicatechin-3-O-gallate-(4β,8)-epicatechin-3’-O-gallate interacts with the active side of Arg-gingipain and hemaglutinin from P. gingivalis; the galloylation of the molecule seems to be responsible for fixation of the ligand to the protein. In conclusion, the proanthocyanidin-enriched extract RA1 and its main active constituent procyanidin B2-di-gallate protect cells from P. gingivalis infection by inhibiting bacterial adhesion to the host cell. RA1 and procyanidin B2-di-gallate appear to be promising candidates for future cytoprotective preparations for oral mouth care products.

Zusammenfassung Sauerampferkraut aus den oberirdischen Teilen von Rumex acetosa L. wird traditionell gegen entz?ndliche Erkrankungen der Mundh?hle verwendet. Die vorliegende Studie untersuchte den Einfluss eines Proanthocyanidin-angereicherten hydroalkoholischen Extraktes (RA1) auf die Adh?sion von Porphyromonas gingivalis, eines Bakteriums, welches ein zentraler Mitverursacher der chronischen und aggressiven Parodontitis darstellt. Ein weiteres Ziel der Untersuchungen war die Identifizierung von bioaktiven Leitstrukturen mit antiadh?siver Aktivit?t und die Benennung der f?r die antiadh?siven Effekte verantwortlichen molekularen Mechanismen. Der vollst?ndig quantifizierte Extrakt RA1 (5-15 ?g/ml) reduzierte die bakterielle Adh?sion von P.?gingivalis an humanen KB-Mundschleimhautzellen in vitro dosisabh?ngig bis zu 90 %. Dies wurde sowohl in einem durchflusszytometrischen Test als auch mittels Konfokaler Laser Scanning Mikroskopie belegt. Die In-vitro-Datens?tze konnten auch in einem In-situ-Modell an Buccalschleimhaut der Maus best?tigt werden. Die Kombination phytochemischer Methoden mit funktionellen Adh?sionsassays identifizierte f?r die aus RA1 isolierten Naturstoffen 1 bis 15 Epicatechin-3-O-gallat-(4?,8)-epicatechin-3?-O-gallat (syn. Procyanidin B2-di-gallat, Verbindung 8) als stark antiadh?sives Proanthocyanidin, welches als funktionelle Leitsubstanz des Extraktes angesehen wird. Struktur-Wirkungsbeziehungen zeigten, dass eine mindestens einfache Galloylierung von Flavan-3-olen f?r eine antiadh?sive Wirkung notwendig ist. Die Aktivit?t der Verbindungen wird durch Trihydroxylierung im B-Ring und durch Oligomerisierung weiter gesteigert. Als molekularer Angriffspunkt f?r diese Wirkstoffe wurde der bakterielle Virulenzfaktor Arginin-Gingipain identifiziert, ein zentraler Virulenzfaktor von P. gingivalis, der neben der bakteriellen Adh?sion des Pathogens an der Wirtszelle auch proteolytischen Abbau von Wirtsproteinen, Modulation der immunologischen Wirtsabwehr und Reifung weiterer bakterieller Virulenzfaktoren induziert. Aus diesen Untersuchungen zeigt sich ein ausreichendes Potenzial von Sauerampferextrakt zur weiteren pr?klinischen und klinischen Entwicklung zu zytoprotektiven Mundhygieneprodukten.

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