抗菌肽、防御素與皮膚病的關系

摘要：抗菌肽（AMPs）又名抗微生物肽，在自然界從細菌到哺乳動物中廣泛存在著的一類具有抗菌、抗病毒、抗腫瘤活性的多肽，是生物體防御素系統產生的一類小分子肽，構成了人體的先天性防御機制，可有效防御病原微生物感染。抗菌肽、防御素與皮膚病，如銀屑病、外傷、特應性皮炎、性傳播疾病、酒渣鼻等的關系已成為眾多學者專家研究的熱點。

關鍵詞：皮膚病；抗菌肽；防御素

抗菌肽（antimicrobial peptide，AMPs）是生物體防御系統發生的一類小分子多肽，廣泛存在于生物、昆蟲及哺乳動物中，不僅能夠直接抑制和殺滅病原微生物，還具有多種免疫調節活性，在宿主抵抗病原體的侵入中起著非常重要的作用[1]。目前人體皮膚內發現的抗菌肽物主要有防御素（defensins）家族和螺殺菌素（cathelicidins）家族兩大類。防御素是一類分子質量約在4×103左右的陽離子抗菌肽，在人類的研究主要集中于銀屑病、外傷、痤瘡，它可作為皮膚、皮脂腺的天然屏障物質抵御某些病原微生物，痤瘡、酒渣鼻等炎性皮損處皮脂腺內的防御素含量明顯高于正常皮膚[2]。抗菌作用獨特，抗菌廣譜，對細菌、被膜病毒有很強的作用。現對抗菌肽、防御素的種類、分子結構、生物特征以及與皮膚病的關系進行綜述如下。

1抗菌肽的種類與分子結構

1.1抗菌肽的種類：1974年，瑞典科學家G.Boman等人向眉紋天蠶蛾（Samia Cynthia）蛹注入大腸桿菌后，在血淋巴細胞中發現了一種具有抗菌活性的堿性多肽類物質，隨后誘導惜古比天蠶（Hyalophra Cecropia）蛹也發現了類似的抗菌活性物質[3]。抗菌肽根據來源不同分為①昆蟲抗菌肽：天蠶素類、富含脯氨酸的抗菌肽、富含甘氨酸的抗菌肽。②哺乳動物抗菌肽。③植物抗菌肽。④微生物抗菌肽。根據結構不同分為：①γ-螺旋型抗菌肽。②β-折疊型抗菌肽。根據作用不同可分為：抗菌肽的抗細菌作用、抗寄生蟲作用、抗腫瘤細胞作用、抗真菌作用、抗機體先天性免疫和獲得性免疫防御作用、抗中和及阻斷內毒素的作用、抗白細胞趨化與免疫激活作用。

1.2抗菌肽的分子結構 抗菌肽具有一些共同點，如分子量較小（一般為12～50個氨基酸）、帶正電荷等，且多數抗菌肽呈較強的離子特征。目前已在皮膚中發現20余種抗菌肽的蛋白質[4]，其中最主要的，也是研究最多的是抗菌素和防御素這兩大家族。

2防御素的種類、分子結構與生物特性

2.1防御素的種類 防御素最早在人和動物的中性粒細胞中發現，是一類3.5ku左右的小分子肽類，具有三個保守的二硫橋。可分為人類防御素、昆蟲防御素和植物防御素，其中人類防御素可分為α-防御素、β-防御素和θ-防御素，為一類含較多精氨酸的帶正電荷的無糖基的肽類，主要以顆粒形式存在于吞噬細胞（粒細胞和巨噬細胞）和潘氏細胞（panethcells）的細胞器內，具有廣泛的殺菌活性、細胞毒性和免疫趨化作用，是機體天然免疫系統的重要組成部分。

2.2防御素的分子結構及生物特性 防御素是富含精氨酸殘基的陽離子多肽，分子質量為4×103～6×103，含有6～8個半胱氨酸殘基，成熟的防御素分子量約3.5～6kD，含29～47個氨基酸殘基，為富含精氨酸的正電荷分子，分子內含6個保守的半胱氨酸殘基，形成3個鏈內二硫鍵，具有穩定的分子結構。

2.2.1α-防御素含29～35個氨基酸殘基。第一種人α-防御素從中性粒細胞分離出，到目前已有6種被識別，包括人中性粒細胞多肽（HNP）1、2、3、4，人防御素（HD）5、6。HNP主要存在于嗜天青顆粒中，是中性粒細胞最豐富的抗菌物質，HD-5和HD-6由小腸Paneth細胞產生，也存在于女性泌尿生殖道上皮細胞[5]。

2.2.2β-防御素存在于哺乳動物組織細胞中，含38～65個氨基酸殘基，有甘氨酸、脯氨酸、蘇氨酸和賴氨酸等4個保守的氨基酸殘基區。人β-防御素（hBD）已發現hBD-1、2、3三種，其分子內3個二硫鍵以1-5、2-4、3-6位半胱氨酸方式配對連接。hBD-1于1995年在終末期腎病患者的血液透析液中被發現， hBD-2和hBD-3由Harder等先后在銀屑病鱗屑中發現，主要表達在皮膚和呼吸道上皮細胞[6，7]。

2.2.3θ-防御素是從獼猴的白細胞及骨髓中分離出一種新型防御素，是首個脊椎動物起源的環形肽類，富含精氨酸。人類可以在骨髓、脾臟、胸、骨骼肌、睪丸及子宮陰道上皮表達θ-防御素的mRNA，它的分子結構呈環狀，由18個氨基酸殘基組成，3對分子內二硫鍵連接形成環狀結構并因此得名，目前只發現其存在于吞噬細胞中[8]。

2.2.4 1988年在一種半翅目昆蟲肉蠅中被發現昆蟲防御素[9]。目前已發現16大類50余種昆蟲防御素，主要在昆蟲血液、淋巴液中分離獲得。分子質量為4×103左右，由34～51個氨基酸組成，氨基酸序列中都含有6個保守半胱氨酸，3個分子內二硫鍵形成β片狀結構和1個α螺旋結構。昆蟲防御素的表達只是誘導表達，當微生物侵入體內或存在可以致炎的誘導劑情況下。

2.2.5 1990年從小麥、大麥種子中首先分離得到植物防御素[10]。植物防御素分子質量一般<5×103，由45～54個氨基酸殘基組成，帶1個正電荷、具有相對有限的序列保守性，既有固有表達，又可誘導表達。

3抗菌肽、防御素與皮膚病的關系

抗菌肽是皮膚先天免疫防御機制中的主要一員，當皮膚被感染、出現炎癥或受到外傷時，皮膚產生的抗菌肽（如Cathelicidins和防御素）不僅可持續表達，且會增加。一些皮膚疾病表現出抗菌肽表達的改變，并可部分解釋這些疾病的病理生理學。

3.1銀屑病 銀屑病是一種常見的慢性復發性炎癥性皮膚病。其發病受遺傳與環境等多因素的影響。銀屑病患者皮膚中存在pDCs浸潤，與自身DNA形成一種復合物，運送至漿細胞樣樹突狀細胞（pDC）早期內體單元中，在Toll樣受體9（TLR9）的介導下，使機體作出類似于對病毒的反應，產生大量干擾素（IFN）-α，導致銀屑病皮損的形成[11，12]。

3.2特應性皮炎 特應性皮炎是一種與遺傳過敏素質有關的炎癥性皮膚病。Ong等[13]通過免疫組化發現：與銀屑病相比，特應性皮炎皮損中LL-37的mRNA和前蛋白的表達均明顯降低，這提示LL-37的表達可能也與Th1/Th2失衡有關。

3.3性傳播疾病 LL-37廣泛分布于尿道、宮頸、陰道、附睪等泌尿生殖道的黏膜或腺體中，他在精液中的濃度甚至是血液中的70倍，對于在這些部位抵御微生物（病毒、細菌、衣原體、螺旋體等）的入侵起到了重要的作用。淋病：LL-37對于淋球菌具有殺傷作用。這也許能為研制治療淋球菌（尤其是耐藥淋球菌）感染的藥物提供新的思路[14]。

3.4酒渣鼻 又稱玫瑰痤瘡，是一種主要發生于面部中央的紅斑和毛細血管擴張的慢性炎癥性皮膚病。酒渣鼻患者皮損中LL-37明顯增高，通過細胞激活作用引起炎癥和異常血管增生。

3.5外傷 外傷常常會引起局部的破壞和感染，研究發現在外傷皮損及皮損邊緣皮膚中Cathelicidins和HBD-2和HBD-3等抗菌肽迅速增加。HBD-2可在傷口處刺激細胞的遷移、增殖和血管內皮細胞形成，使傷口加速愈合。

3.6痤瘡：尋常痤瘡皮損炎癥反應的產生機制尚未完全明了，Chronnell等應用原位雜交和免疫組化方法檢測顯示hBD-1和hBD-2在健康人表皮上層、毛囊外毛根鞘、毛囊皮脂腺管和皮脂腺體均有表達，而在痤瘡皮損及皮損周圍hBD-2的表達顯著上調，尤以膿皰性損害為甚，hBD-1的表達沒有顯著上調，因此他們認為hBD-2與痤瘡炎癥反應的發生有關而參與了尋常痤瘡的發病機制。

4抗菌肽、防御素的臨床應用前景

抗菌肽作為動植物免疫防御系統產生的一類活性小肽，具有分子量小、耐熱性和廣譜抗菌等特點。德國科學家從汗液里分離出抗菌肽，它是一種具有廣譜抗菌活性的蛋白質，它在汗腺卷曲部分的黏液細胞中產生，隨同汗液一同分泌到皮膚的表面。汗腺中表達這種肽的基因始終處于活躍狀態，這就意味著不論我們的皮膚是否有破損，這種抗菌肽都會隨著汗液的涓涓細流來到我們的體表，幫助我們控制那些長年累月寄生在我們皮膚上的細菌，維持皮膚上微妙的生態平衡。抗菌肽對癌細胞、艾滋病病毒具有一定的殺傷作用，而對機體正常的B淋巴細胞無不良作用，對人體無毒，無致畸作用。抗菌肽在新藥開發中已表現出巨大的潛力，并成為研究熱點，有可能作為安全有效的新型藥物應用于臨床。

參考文獻：

[1]蔡林，孫青苗.抗菌肽與皮膚疾病關系的研究進展[J].中國皮膚性病雜志，2011，25（1）：1～5.

[2]Braff MH， Gallo RL. Antimicrobial peptides：an essential component of the skin defensive barrier[J].Curr Top Microbiol Immunol，2006，306：91～110.

[3]van Wetering S， Sterk PJ， Rabe KF，et al. Defensins： key players or bystanders in infection， injury， and repair in the lung[J]. J Allergy Clin Immunol，1999，104（6）：1131-1138.

[4]Harder J，Bartels J，Christophers E， et al.Isolation and characterization of human beta-defensin-3， a novel human inducible peptide antibiotic[J].J Biol Chem，2001，276（8）：5707-5713.

[5] Jia HP， Schutte BC， Schudy A， et al. Discovery of new human beta defensins using a genomics-based approach[J].Gene， 2001， 263（1-2）：211-218.

[6]Bals R， Wang X， Zasloff M， et al. The peptide antibiotic LL-37/hCAP-18 is expressed in epithelia of the human lung where it has broad antimicrobial activity at the airway surface[J].Proc Natl Acad Sci U S A， 1998，95（16）：9541-9546.

[7]徐剛.防御素與消化系統[J].國外醫學消化系疾病分冊，2003，23（6）：369-372.

[8]Schneider JJ， Unholzer A， Schaller M， et al.Human defensins [J]. J Mol Med，2005，83（8）：587-595.

[9]Nestle FO，Conrad C，Tun-Kyi A，et al.Plasmacytoid predendritic cells initiate psoriasis through interferon -alpha production[J].J Exp Med， 2005，202（1）：135-143.

[10]Kupper TS，Fuhlbrigge RC.Immune surveillance in the skin：mechanisms and clinical consequences [J]. Nat Rev Immunol，2004， 4（3）： 211-222.

[11]Bals R， Wang X， Wu Z， et al. Humanβ-defensin 2 is a salt-sensitive peptide antibiotic expressed in human lung[J].J Clin Invest，1998， 102（5）：874-880.

[12]Yamasaki K， Di Nardo A， et al. Increased serine protease activity and cathelicidine promotes skin inflammation in rosacea[J].Nat Med，2007，13（8）：975-980.

[13]Baroni A，Donnarumma G，Paoletti I， et al. Antimicrobial human beta-defensin-2 stimulates migration，proliferation and tube formation of human umbilical vein endothelial cells[J].Peptides，2009，30（2）：267-272.

[14]Chronnell CM， Ghali LR， Ali RS， et al. Human beta defensin-1and-2 expression in human pilosebaceous units： upregulation in acne vulgaris lesions[J].J Invest Dermatol，2001，117（5）：1120-1125.編輯/許言