抗菌肽在皮膚病治療中的研究進(jìn)展

沈 亮

(德州學(xué)院生物系功能大分子山東省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東德州253023)

抗菌肽(antimicrobial peptides，AMPs)是自然條件下生物體產(chǎn)生的L 型多肽，是由氨基酸組成的寡肽，具有多種不同的生物學(xué)效應(yīng)。隨著研究的不斷深入，抗菌肽和某些人類皮膚疾病之間的關(guān)系逐漸成為具有吸引力的領(lǐng)域之一。

1 皮膚抗菌肽的特點(diǎn)及分類

皮膚是人體防御病原微生物的第一道重要屏障。在皮膚上發(fā)現(xiàn)的抗菌肽是一類具有除菌功能的小分子物質(zhì)［1］。其典型特征是氨基酸序列長度在12 ～50 以內(nèi)，并且同時(shí)含有疏水和親水兩性基團(tuán)。目前數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，已經(jīng)在皮膚上發(fā)現(xiàn)了20 多種抗菌肽。陽離子凱薩林抗菌素(cathelicidins)、防御素(defensins)，和陰離子人汗腺抗菌素(dermicidins，DCD)是文獻(xiàn)中主要描述的3 大類抗菌肽。這些寡肽能破壞微生物的細(xì)胞膜，刺激和加強(qiáng)宿主的先天性免疫和特異性免疫，具有廣譜的抗細(xì)菌活性，是人體先天免疫的重要組成部分，并且對病毒和真菌具有同樣殺傷作用，是第一道防線上阻止?jié)撛诓≡w入侵的最直接力量［2-3］。此外，研究表明皮膚抗菌肽具有較低的細(xì)菌耐藥性，因此很有希望成為替代傳統(tǒng)抗生素的治療藥物。

2 抗菌肽的作用及生理活性機(jī)制的研究

2.1 防御素和凱薩林抗菌素

目前抗菌肽在皮膚免疫中的作用被廣泛的研究，其中防御素和凱薩林抗菌素受到最多關(guān)注。防御素是抗菌肽主要的家族之一，屬陽離子抗菌肽，大致可分為α 型和β 型。α-防御素又可分為兩種類型，一類是最早在中性粒細(xì)胞的顆粒中發(fā)現(xiàn)的主要存在于感染部位的防御素，如:人中性粒細(xì)胞肽(human neutrophil peptide，HNP)1 ～4;另一類是普遍存在的腸道潘納斯細(xì)胞的防御素，如人類α-防御素-5(human α-defensin-5，hD5)和hD6。β-防御素主要是由包括皮膚在內(nèi)的各種上皮組織細(xì)胞產(chǎn)生的，最典型的是人β-防御素(human β-defensin，hBD)1 ～3。β-防御素可誘導(dǎo)細(xì)胞增殖和遷移，具有促進(jìn)傷口愈合的功能。研究表明，hBD-3 水平低，金黃色葡萄球菌感染就更嚴(yán)重，而hBD-2 的水平對感染的嚴(yán)重程度沒有影響［4］。

凱薩林素是皮膚上另外一個(gè)主要的抗菌肽族群。它們可以破壞細(xì)菌、真菌和病毒的外膜結(jié)構(gòu)，還具有多種免疫調(diào)節(jié)活性。同防御素類似，它們可以促進(jìn)細(xì)胞遷移，協(xié)調(diào)多種炎性反應(yīng)。人類和小鼠3號染色體上的單基因控制凱薩林抗菌素的表達(dá)，其表達(dá)產(chǎn)物人陽離子抗菌蛋白-18(human cationic antimicrobial protein 18，hCAP-18)是中性粒細(xì)胞顆粒中主要的成分，中性粒細(xì)胞中的蛋白酶的水解作用導(dǎo)致了LL-37(由37 個(gè)氨基酸殘基組成，兩端均為亮氨酸殘基，是人體內(nèi)唯一的凱薩林素)的產(chǎn)生［5］。紅斑狼瘡，銀屑病，特應(yīng)性皮炎等會引起LL-37 的產(chǎn)生，如果患者皮膚上缺少了正常的凱薩林素，病情就會加重。已經(jīng)證明LL-37 對革蘭氏陽性和陰性菌都具有廣譜殺菌活性［6］。

皮膚上LL-37 需要炎性反應(yīng)誘導(dǎo)才能表達(dá)，高鹽濃度的環(huán)境能抑制很多防御素的活性，但LL-37卻不受影響。在免疫調(diào)節(jié)特性方面，凱薩林素能夠通過與脂多糖分子的結(jié)合，釋放腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor，TNF-α)［5］。

特應(yīng)性皮膚炎性反應(yīng)的患者容易出現(xiàn)細(xì)菌或病毒反復(fù)感染，其中以金黃色葡萄球菌的感染最為常見。已經(jīng)證明這種易感狀態(tài)是由于hBD-2、hBD-3、LL-37，以及人汗腺抗菌素DCD 的表達(dá)減少引起的［7］。但是，銀屑病和紅斑狼瘡等皮膚炎癥患者LL-37 和hBD-2 高水平表達(dá)，很少再感染其他的皮膚疾?。?］。這些事實(shí)表明，抗菌肽的位置是處于先天性免疫的最前沿，尤其是當(dāng)皮膚防御的機(jī)械屏障失敗時(shí)，抗菌肽在皮膚上過度表達(dá)可以為機(jī)體提供最強(qiáng)的保護(hù)。

2.2 其他抗菌肽

其他類型的抗菌肽包括:人汗腺抗菌素DCD、各種趨化因子、人LAK 細(xì)胞(lymphocyte activated killer cells)免疫效應(yīng)分子(high mobility group chromosomal proteinN2，HMGN2)［2］、蛋白酶抑制因子、神經(jīng)肽等。銀屑病因子psoriasin(S100A7)是一種由病灶部位角化細(xì)胞釋放的抗菌肽，屬于先天免疫的一種形式，其作用是限制健康皮膚上細(xì)菌的生長，皮膚炎癥可以誘導(dǎo)其產(chǎn)生。近期的研究已經(jīng)證明其抗菌活性與濃度相關(guān)。在低濃度下psoriasin 主要的作用目標(biāo)是大腸桿菌，在高濃度時(shí)作用目標(biāo)變成了銅綠假單胞菌和金黃色葡萄球菌［8］。并且psoriasin、hBD-2、ribonuclease 7(RNase 7)和S100A14 (具有和psoriasin 非常相似的基因)在銀屑病患者的皮膚上得到高水平的表達(dá)。

3 微生物對抗菌肽的耐藥機(jī)制的研究

微生物對抗菌肽的耐藥性較低，使它們成為對抗微生物耐藥的一個(gè)潛在的解決方案。但是，盡管如此，細(xì)菌仍然在選擇壓力下進(jìn)化出了對抗抗菌肽的機(jī)制，包括細(xì)菌表面的電荷修飾、細(xì)胞內(nèi)抗菌肽物質(zhì)的加速外運(yùn)、抗菌肽的水解等。

研究細(xì)菌對抗菌肽的耐藥機(jī)制，首先要清楚抗菌肽攻擊細(xì)菌細(xì)胞膜的原理。目前認(rèn)為陽離子抗菌肽和細(xì)菌細(xì)胞膜外表面的主要脂質(zhì)陰離子(如磷脂酰甘油和心磷脂)之間的靜電作用是其抗菌功效的基礎(chǔ)［9-10］。真核微生物細(xì)胞膜主要是由中性磷脂組成的，所以陽離子抗菌肽很難將其破壞。但是，攜帶疏水、親水兩性基團(tuán)的抗菌肽能夠和真菌細(xì)胞膜相互作用，造成膜穿孔從而引起膜的破壞，此類抗菌肽甚至可以穿過細(xì)胞膜直接對細(xì)胞內(nèi)的靶點(diǎn)進(jìn)行攻擊［5，10］。因此，一些細(xì)菌的耐藥機(jī)制就是細(xì)胞膜的重構(gòu)，但對微生物來說這是一種高耗能低效率的選擇［11］。

微生物的另一種耐藥機(jī)制是減少細(xì)胞膜上的負(fù)電荷。這在疾病過程中具有重要意義，如慢性肉芽腫病中防御素的含量要占到中性白細(xì)胞顆粒含量的50%，避免防御素的攻擊，病原體存活的概率就會大幅提高［12］。含有莢膜的微生物病原體擁有天然的對防御素的抵抗機(jī)制，如肺炎克雷伯菌，肺炎鏈球菌，銅綠假單胞菌，由于其莢膜含有負(fù)電荷，能代替細(xì)胞膜同陽離子防御素結(jié)合，從而阻止抗菌肽對其細(xì)菌細(xì)胞膜的攻擊［13］。

4 人工合成抗菌肽

人工合成藥物的優(yōu)點(diǎn)是，吸收快、療效明顯、穩(wěn)定性好、毒性小，還有生產(chǎn)成本能夠被精確控制［14］。抗菌肽的人工合成具有獨(dú)一無二的優(yōu)勢，通過簡單的氨基酸取代，就可以使多肽的皮膚滲透能力顯著增加。再有，抗菌肽是僅包含簡單的氨基酸的寡肽序列(十肽甚至更短)，因此相對于傳統(tǒng)的抗生素類藥物，其生產(chǎn)成本更低［15］。另外，寡肽的穩(wěn)定性可以通過添加?；黾邮杷Y(jié)構(gòu)域來實(shí)現(xiàn)。在化學(xué)結(jié)構(gòu)中同時(shí)保留疏水和親水兩性基團(tuán)，有利于破壞微生物的細(xì)胞膜［16］。因此，人工合成的抗菌肽在皮膚疾病的治療中已經(jīng)成為非常具有吸引力的候選藥物。培西加南(pexiganan)和奧米加南(omiganan)這兩種宿主源性抗菌肽已經(jīng)進(jìn)入3 期臨床實(shí)驗(yàn)階段［10］。

5 抗菌肽在皮膚病治療中存在的問題及展望

目前，距離抗菌肽真正在治療中得到廣泛應(yīng)用還存在著一些必須要克服技術(shù)障礙。這些障礙包括:藥代動力學(xué)不夠理想、研發(fā)成本較高、體內(nèi)抗菌活性不穩(wěn)定、毒副作用、長期使用的影響不明確、可能會引發(fā)不必要的炎性反應(yīng)等。但是，有一點(diǎn)是可以肯定，無論是人工合成的還是天然的抗菌肽，對皮膚病都有廣泛的治療意義?？咕谋旧砭哂械膬?yōu)點(diǎn)，使其成為一種最有可能替代傳統(tǒng)的抗生素抗菌的治療模式，這種具有生物活性的寡肽是新型治療藥物的代表，可以預(yù)見在不遠(yuǎn)的將來會給包括皮膚病在內(nèi)的許多疾病的預(yù)防和治療帶來革命性轉(zhuǎn)變。

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