抗菌肽對新生兒感染的保護作用

孫亞洲 張毓靜 唐成和 曹銀利 宋琛

新生兒感染是引起新生兒死亡的主要原因，全球每年約有700 萬新生兒感染，其中70 萬因感染而死亡，約占5 歲以下死亡兒童的40%[1]。研究表明，在2016 年全球共有60 萬新生兒因敗血癥、腦膜炎和肺炎死亡[2]。由于新生兒免疫系統(tǒng)發(fā)育相對不成熟，因此更容易受到細菌、病毒和真菌等病原體的感染[3]。此外，在分娩過程中新生兒以及早產(chǎn)兒長期住院均易感染多重耐藥菌，預(yù)計至2050 年每年將有數(shù)百萬新生兒因抗生素耐藥而死亡[4]，這是新生兒重癥監(jiān)護病房面臨的一個嚴重挑戰(zhàn)。這可能導(dǎo)致受感染的新生兒面臨無藥可治的風(fēng)險[5]。

抗菌肽也叫宿主防御肽，是生物體應(yīng)對外界病原體而產(chǎn)生的一類免疫應(yīng)答反應(yīng)產(chǎn)物。到目前為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并分離了5 000 多種抗菌肽[6]，大部分來源于動植物，一部分來源于細菌、真菌、原生生物等，具有多種生物活性，例如抗菌、抗病毒、抗真菌、選擇性抗腫瘤細胞等，所以抗菌肽被認為是具有開發(fā)潛力的新型抗菌藥物[7]。同時，它們對多種耐藥菌也表現(xiàn)出活性，包括新生兒重癥監(jiān)護病房（NICU）常見的耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）、耐萬古霉素屎腸球菌（VRE）和多重耐藥的銅綠假單胞菌等[5，7～9]。除了具有直接滅菌活性外，一部分抗菌肽還可通過免疫調(diào)節(jié)來抵御微生物感染。這些多肽可通過減輕毒素反應(yīng)，增強吞噬作用，激活免疫細胞活性，增加或減少不同免疫細胞趨化因子或細胞因子的分泌[10]來保護機體?，F(xiàn)就抗菌肽對新生兒感染保護的方式、抗菌機制及對新生兒感染常見病原體滅活作用展開論述。

1 抗菌肽對新生兒感染保護方式

過去認為胎兒出生前處于一個無菌環(huán)境，未接觸過病原體，這種觀點逐漸受到質(zhì)疑。越來越多的證據(jù)表明，病原菌可通過上行感染或血行感染導(dǎo)致圍產(chǎn)兒感染[11]。為了防止這些病原體的入侵，胎兒在母體內(nèi)必須具有較強的防御機制，其中抗菌肽是重要角色之一。研究表明，孕婦胎盤和胎膜上提取的人β 防御素1（hBD-1）和人β 防御素3（hBD-3）具有較強的抗菌活性[12]；內(nèi)脂多糖（LPS）和蛋白聚糖刺激后的羊膜上皮細胞可以分泌較多的hBD-3[13]，這說明當(dāng)宮內(nèi)存在感染時，hBD-3 起到保護作用。研究發(fā)現(xiàn)抗菌肽存在于孕婦宮腔內(nèi)多個部位，例如，在胎盤[12]、臍帶[14]和子宮內(nèi)膜[12]中均可檢測到hBD 的各種亞型。此外，人中性粒細胞防御素1-3（HNP1-3）和白細胞介素-37（IL-37）在羊水中濃度較高[15]。這些研究結(jié)果均提示抗菌肽在宮內(nèi)已經(jīng)開始對胎兒起到保護作用。

新生兒出生后，免疫系統(tǒng)逐漸完善和成熟進而抵御微生物的入侵，抗菌肽通過預(yù)防感染、調(diào)控免疫系統(tǒng)以及調(diào)節(jié)微生物定植等多種方式發(fā)揮作用。研究發(fā)現(xiàn)，新生兒出生后的首次大便中有多種抗菌肽的表達，包括IL-37、人防御素5（HD-5）、溶菌酶以及HNP。而且這些抗菌肽在新生兒出生1 周后大便中的含量明顯高于首次大便[16]，其機制可能是母乳中碳水化合物的介入，母乳中的乳糖和半乳糖能夠誘導(dǎo)陽離子抗菌肽（CAMP）基因的表達，例如結(jié)腸上皮細胞中IL-37 的表達[17]。

成人皮膚中的抗菌肽IL-37 和hBD-2 處于較低水平。已有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)出現(xiàn)感染或損傷時，表皮角質(zhì)細胞會迅速產(chǎn)生IL-37 和hBD-2[18]，提示抗菌肽的產(chǎn)生是免疫防御中的基本因素。新生兒皮膚容易受到感染，研究發(fā)現(xiàn)，新生小鼠皮膚中抗菌肽IL-37 和其同源抗菌肽含量均較成年小鼠高，說明在新生兒時期這部分免疫功能是增強的[19]。

胎脂是人類所特有的來自母體的第一道防護，除了具有保濕皮膚、屏障保護、抗氧化和pH 緩沖作用外，其抗感染作用也越來越被重視。胎脂含有大量的抗菌肽，例如IL-37、溶菌酶、HNP1-3 以及鈣衛(wèi)蛋白等[20]，所以目前建議早期新生兒保留胎脂從而預(yù)防感染的發(fā)生，但具體機制還需要進一步探索。

研究表明，母乳喂養(yǎng)可有效降低新生兒感染性疾病的發(fā)生率和死亡率，其中有多種生物活性抗菌肽發(fā)揮重要作用[21～23]。母乳中hBD-2 具有廣譜的高抗菌活性，能夠抑制大腸桿菌和沙門氏菌增殖[24]；來自Cathelicidin 抗菌肽可通過抑制細菌增殖提高敗血癥小鼠模型的存活率[25]；乳鐵蛋白來源肽可通過破壞細菌細胞膜直接對霍亂弧菌、艱難梭狀芽胞桿菌和幽門螺桿菌起到抗菌作用[26]。母乳中的抗菌肽不但能直接抑制細菌生長，也通過調(diào)控免疫系統(tǒng)、調(diào)節(jié)胃腸道微生物群等機制保護新生兒。此外母乳中的抗菌肽種類和含量會隨著母親和新生兒的狀況發(fā)生改變，進而改善早產(chǎn)、巨大兒和早發(fā)型敗血癥等新生兒的先天不足情況。另外，早產(chǎn)兒母乳中絕大多數(shù)抗菌肽的含量在第7 天較第21 天高[27]。出現(xiàn)這些變化的機制可能是母乳中蛋白質(zhì)合成和分泌的改變以及蛋白質(zhì)和酶活性的差異導(dǎo)致母乳中多肽譜發(fā)生改變。

2 抗菌肽的抗菌機制

抗菌肽因組成成分、結(jié)構(gòu)和功能存在差異，所以具有不同的抗菌機制。從作用模式上主要分為直接致死和免疫調(diào)節(jié)兩種方式。直接致死機制又分為膜損傷機制和非膜損傷機制。

2.1 膜損傷機制抗菌肽的脂水兩親性結(jié)構(gòu)能夠選擇性地結(jié)合于細菌細胞膜形成膜孔道，破壞其胞膜完整性而發(fā)揮殺菌作用?？咕钠茐募毎び址譃榭缒た啄Ｐ秃头强啄Ｐ蛢煞N作用模型，跨膜孔模型包括“桶板”模型和“環(huán)形孔”（蟲孔）模型；非孔模型包括“毯式”模型[28]。除以上模型外，Sinha 等[29]提出“凝聚”模型，即陽離子肽與磷脂分子形成類似膠束狀的復(fù)合物，以凝聚物形式跨越細胞膜，形成穿孔。

2.2 非膜損傷機制非膜損傷機制包括抑制或破壞細胞壁形成以及影響胞內(nèi)大分子作用兩種機制?？咕目梢酝ㄟ^與細胞壁合成所需要的前體分子脂質(zhì)Ⅱ、Ⅲ以及Ⅳ之間的相互作用來直接抑制細胞壁的形成，同時還可以通過引發(fā)細胞釋放自溶酶，裂解肽聚糖從而破壞細胞壁[28]。隨著對抗菌肽的深入研究，目前已經(jīng)證實一些抗菌肽具有細胞內(nèi)靶點，這些抗菌肽先與胞質(zhì)膜相互作用，然后在細胞內(nèi)積累，影響胞內(nèi)DNA、RNA 和蛋白質(zhì)的合成，抑制酶活性，破壞細胞器，產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)[29，30]。

2.3 免疫調(diào)節(jié)機制部分抗菌肽通過免疫調(diào)節(jié)方式發(fā)揮抗菌活性。雖然不能直接殺死細菌，但可減輕內(nèi)毒素誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)、誘導(dǎo)促炎因子合成、調(diào)節(jié)適應(yīng)性免疫、并招募巨噬細胞來提高機體抗感染能力[31]。

3 抗菌肽與新生兒感染常見病原微生物

3.1 單純皰疹病毒感染新生兒單純皰疹病毒（Herpes simplex virus，HSV）感染在新生兒期較少見，但是如果不及時治療，病死率可高達60%，幸存患兒中神經(jīng)系統(tǒng)后遺癥的發(fā)生率為60%[32，33]。因此為了減少新生兒病死率和后遺癥發(fā)生率，需要一種有效的防治單純皰疹病毒感染的方法。乳鐵蛋白是肽類抗菌劑設(shè)計中很有前途的一種抗菌肽，因其對宿主具有廣譜活性而無毒性。乳鐵蛋白是一種天然活性糖蛋白，是人乳清中含量最高的蛋白質(zhì)之一，尤其在初乳中濃度可高達6～14g/L[34]。在母乳喂養(yǎng)的新生兒中，乳鐵蛋白提供了一種天然保護屏障。乳鐵蛋白會在胃腸道或感染部位被蛋白酶降解為不同種類抗菌肽。體外研究證實乳鐵蛋白對HSV 具有殺傷作用，最近幾年研究同樣發(fā)現(xiàn)乳鐵蛋白對HSV 感染的小鼠也具有保護作用[35]。

3.2 B 族鏈球菌感染新生兒早發(fā)型敗血癥（EOS）是一種常見的、危及生命的新生兒疾病，一般發(fā)病時間≤3 日齡，盡管在普遍篩查和分娩期間給予抗生素預(yù)防，但B 族鏈球菌（GBS）仍然是常見的早發(fā)型敗血癥的原因，其次是大腸桿菌。GBS 對青霉素敏感，對于青霉素過敏的患兒，可給予紅霉素和克林霉素治療，但是越來越多的證據(jù)表明GBS 對這些抗生素耐藥性越來越強[36]。研究發(fā)現(xiàn)，GBS 刺激體外培養(yǎng)的胎盤組織可引起抗菌肽hBD-2 的過表達[37，38]；在另外一項體外培養(yǎng)GBS 的研究中，當(dāng)hBD-2 濃度為10μg/mL 時，GBS 的生長被完全抑制[39]。這些實驗結(jié)果表明hBD-2 有進一步治療或預(yù)防新生兒感染的潛力。

3.3 李斯特菌感染李斯特菌是一種革蘭氏陽性菌，人類李斯特菌主要易感免疫力低下人群，如老人、孕婦及新生兒。對于新生兒群體，早產(chǎn)兒是李斯特菌的最易感染對象，感染患兒病情較重，進展較快。盡管體外藥敏試驗證實李斯特菌對青霉素、氨芐青霉素、慶大霉素等多種抗生素敏感，但患兒病死率仍較高[40]。研究發(fā)現(xiàn)，較低濃度的陽離子抗菌肽GBP 可通過破壞李斯特菌菌膜和影響代謝通路來抑制其生長[41]；米糠蛋白酶解產(chǎn)物食源性抗菌肽Alpep7 在體外對李斯特菌也表現(xiàn)出較好的抗菌活性[42]；較低濃度的抗菌肽Brevilaterin B（0.1μg/mL）也可通過破壞李斯特菌菌膜完整性來抑制其生長[43]。

3.4 多重耐藥菌近年來因醫(yī)院耐藥菌的出現(xiàn)，給臨床抗感染治療帶來了新的挑戰(zhàn)。目前已有研究發(fā)現(xiàn)，部分天然或人工合成的抗菌肽能夠?qū)怪匕Y監(jiān)護病房的幾種常見多重耐藥細菌。從眼鏡蛇體內(nèi)提取的由34 個氨基酸組成的抗菌肽OHCATH30 對包括耐藥的鮑曼不動桿菌、銅綠假單胞桿菌、耐甲氧西林金葡萄球菌和大腸桿菌具有較好的抗菌活性[44]。目前正在臨床試驗的抗菌肽Ci-MAM-A24 在較低的濃度下（MIC＜10μg/mL）就能夠抑制包括耐甲氧西林金葡萄球菌、耐萬古霉素屎腸球菌、多重耐藥銅綠假單胞菌、產(chǎn)志賀毒素大腸埃希菌在內(nèi)的醫(yī)院多重耐藥菌[45]。目前隨著對抗菌肽研究的深入，出現(xiàn)一類新的高效抗菌肽STAMPs，其在不傷害正常菌群情況下，增加對目標病原體的敏感性，增強滅菌效果。Oritavancin 是一種目前正在開發(fā)的STAMPs，據(jù)報道其能夠高效、準確地抑制多種多重耐藥菌，例如耐甲氧西林金黃色葡萄球菌、耐萬古霉素金黃色葡萄球菌等[46]。

4 小結(jié)

新生兒感染是引起新生兒死亡的重要原因，傳統(tǒng)抗菌藥物在新生兒感染中發(fā)揮著重要作用，但是隨著多重耐藥菌的出現(xiàn)，新生兒感染的防治面臨更大的挑戰(zhàn)。抗菌肽具有廣譜抗菌性、不易產(chǎn)生耐藥，可通過廣譜滅菌、免疫調(diào)節(jié)等作用降低新生兒感染風(fēng)險。然而，抗菌肽在臨床應(yīng)用時可能存在一定毒性和不穩(wěn)定性，將抗菌肽藥物應(yīng)用于臨床治療是以后繼續(xù)探討的方向。