抗菌肽LL-37 與皮膚病的相關性研究

陳晉廣 蔡天國 林蘭英 鄭昌竹

抗菌肽(antibacterial peptide，AMPs)是一類廣泛存在于細菌、哺乳動物等多種生物體中的內源性殺菌多肽，參與機體的固有免疫反應。LL-37因N端前兩個氨基酸殘基為亮氨酸(L)、含有37個氨基酸殘基而得名，是目前在人體內發現的惟一的cathelicidins家族抗菌肽, 主要表達于角質形成細胞、某些腺體和巨噬細胞、淋巴細胞、中性粒細胞等免疫細胞中。目前在人類皮膚發現AMPs主要有cathelicidins家族和防御素(defensins)家族，具有廣譜的抗菌、抗病毒、抗腫瘤等生物學活性[1]。近年來的研究發現,LL-37 的作用遠不僅有殺菌作用, 而且在獲得性免疫中細胞因子的釋放、免疫細胞的趨化和炎癥性疾病的發生發展中也起著關鍵的作用[2,3]。當機體出現創傷、炎癥、感染時，在絲氨酸蛋白酶-3和其他蛋白水解酶的作用下，機體會生成活性抗菌肽LL-37，參與機體的防御反應[4]。皮膚作為人體天然免疫的第一道防線，多種細胞如皮脂腺細胞、角質形成細胞等可產生AMPs。本文就LL-37在皮膚病領域的相關研究進展作一綜述。

1 抗感染作用

正常人體皮膚中LL-37的表達很少，當受到炎癥、感染、外傷等外界刺激時，皮損局部的角質形成細胞和單核細胞、中性粒細胞、淋巴細胞等可產生大量的LL-37則呈現高表達狀態。大量研究發現，LL-37具有抗菌譜廣，不易產生耐藥菌株等特點，對金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(Methicillin resistant staphylococcus aureus, MRSA) 、耐萬古霉素屎腸球菌、耐萬古霉素糞腸球菌及鼠傷寒沙門菌、大腸桿菌、銅綠假單胞菌、普通變形桿菌等，均表現出較強的抗菌活性[5]。LL-37在其表面的疏水性基團和凈正電荷作用下,以α螺旋插入微生物膜，通過破壞致病菌膜的完整性發揮殺菌效應，其抗菌活性與α螺程度及所帶凈正電荷多少有關。將銅綠假單胞菌和大腸埃希菌共培養標本中加入LL-37發現，細菌的生長受到抑制，且LL-37抗菌效應與其濃度成正相關；而在銅綠假單胞菌和大腸埃希菌培養前預先加入抗LL-37抗體時，發現骨髓干細胞抗菌作用消失，研究認為通過分泌LL-37是骨髓干細胞發揮抗菌的作用機制之一[6]。另外LL-37還可通過激活、募集中性粒細胞、T淋巴細胞、單核細胞以及增強巨噬細胞吞噬等發揮抗菌作用[7]。體內外實驗證實，LL-37不僅具有高效的抗菌活性，而且還有廣譜、不易耐藥等優點，為感染性疾病的研究開辟了新途徑，已成為生物制藥和臨床醫學領域中的熱點。有研究證實[8]，LL-37對人表皮葡萄球菌感染具有預防和治療作用，能夠有效抑制表皮葡萄球菌克隆增殖。LL-37 抗菌活性相關機理的研究和應用為人類的感染性疾病治療提供了新方向。

2 銀屑病

銀屑病是一種慢性復發性免疫介導的炎癥性皮膚病，皮損中表皮角質形成細胞(keratinocytes,KC)可分泌大量的LL-37[9],表達于銀屑病皮損浸潤的中性粒細胞中和表皮全層的角質形成細胞胞質, 而在異位性皮炎患者中只表達于表皮上層[10]。LL-37抗金葡菌活性與防御素-2有協同作用,這在一定程度上解釋了銀屑病和異位性皮炎均為炎癥性皮膚病，但銀屑病患者皮膚較少發生皮膚感染的原因。隨著對LL-37認識的深入，發現LL-37發揮強效的抗感染同時也會擴大炎癥反應導致病變加重。在銀屑病患者皮損中LL-37破壞機體DNA耐受，與細胞外DNA片段結合進入樹突狀細胞中，導致TLR(toll like receptors)-9介導的IFN-α(interferon alpha)產生，激活Th1(The T helper cells 1)和Th17，促使IL-12(interleukin-12)、IL-22和IFN-β分泌，進一步加重銀屑病的病情[11]。種樹彬等研究發現[12]，LL-37在銀屑病患者局部皮損中的表達顯著升高，且在外周血清中的表達水平與PASI指數呈明顯正相關，認為LL-37可作為評價銀屑病病情變化的血清學指標。LL-37作為天然免疫分子通過誘導細胞因子的產生、趨化及活化炎性細胞等多途徑參與銀屑病的發病,相信隨著研究的深入為今后進一步揭示銀屑病發病機制和治療提供了有力依據。

3 特應性皮炎

特應性皮炎是一種基于遺傳過敏性體質有關的炎癥性皮膚病，患者的皮膚免疫機能和屏障功能受損，極易出現感染。臨床上發現特應性皮炎患者皮損常常有多種病原微生物定植，而這些病原微生物的代謝產物以及所含的多種炎癥因子可使病情反復發作難以治愈[13]。Th1/Th2細胞在機體中處于動態平衡，通過分泌多種的細胞因子交叉調節維持人體正常免疫狀態；病理狀態下此平衡被打破，便會因Th1或Th2占優勢形成"Th1/Th2漂移"而發病。特應性皮炎患者皮膚Th2型細胞因子IL-4和IL-13高表達，抑制皮膚AMPs 如HBD(human beta-defensins)和LL-37表達，這或許可以解釋患者細菌感染率高，尤其是耐甲氧西林金黃色葡萄球菌易感性高的原因[14]。韋祝等研究報道[15]，金黃色葡萄球菌在特應性皮炎患者皮損部位檢出率為62.50%，在非皮損區檢出率為24.26%，在正常健康皮膚中未檢出，認為特應性皮炎皮損中金黃色葡萄球菌定植普遍存在，建議臨床可根據藥敏試驗結果進行抗菌治療。

4 性傳播疾病

在尿道、陰道、宮頸等泌尿生殖道黏膜或腺體中存在著LL- 37廣泛分布，對抵御細菌、病毒、螺旋體、衣原體等多種微生物的入侵起到了重要的作用。LL-37對痘類病毒、人類免疫缺陷病毒I型等有抗病毒的生物活性，在抗病毒方面也有較強的研發前景[16]。王薇等[17]應用逆轉錄(RT-PCR)方法檢測尖銳濕疣患者皮損HBD-2、HBD-3及LL-37 mRNA的表達，結果發現患者皮損中HBD-2、HBD-3及LL-37 mRNA表達水平明顯升高，認為上述指標的與尖銳濕疣患者局部產生免疫防御有關，為尖銳濕疣免疫學藥物治療提供新靶點。LL-37是目前發現的Cathelicidin 家族唯一一個人源抗菌肽，對真菌、病毒、細菌、支原體均有抑制作用[18]。目前有多種抗菌肽類藥物已開始進入臨床，如多黏菌素和達托霉素通過了美國食品藥品管理局的批準。還有很多抗菌肽類藥物已進入II期或III期臨床試驗中。基于抗菌肽為靶點研究新藥成為臨床又一方向[19]。

隨著對抗菌肽研究的深入，LL-37對多種皮膚病發病機理的研究和治療作用正逐步被認識。LL-37通過結合自身DNA，與TLR-9結合共同介導pDC(plasmacytoid dendritic cells)活化，分泌IFNs，打破自身免疫耐受這一通路，在SLE(systemic lupus erythematosus)等免疫性疾病的發病中起到關鍵作用，這為進一步深入了解自身免疫性疾病的發病機制以及研制有針對性的靶向藥物提供線索[20]。韓飛等[21]報道，LL-37能抵抗UVB(ultraviolet radiation b)輻射HaCaT(human immortalized keratinocytes)細胞引起NF-KB(nuclear factor-kappa B)的蛋白表達和轉錄活性的增加，這種抵抗可能是人皮膚對UVB輻射的一種防御反應。有研究發現，在銀屑病治療中如UVB光療以及外用維生素D類似物等，是通過誘導角質形成細胞抗菌肽的表達發揮治療作用[22]。抗菌肽的純化工藝和制劑的研發的成熟，為其新藥產業化提供了技術參考[23]，相信不久的將來將給相關疾病的治療帶來更廣闊的應用前景。

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