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时间：2017年6月21日 08:42
摘要天然抗菌肽（AMP）是一种小的阳离子分子，可以显示针对广泛细菌，真菌和病毒的抗菌活性。 AMP是在感染和炎症中具有必需活性的多功能分子：它们在先天免疫应答中起着重要作用，不仅作为抗微生物剂，而且作为免疫调节分子，以及天然和适应性免疫应答之间的重要联系。在本文中，我们将讨论抗微生物活性，以及这些分子中的一些作为免疫调节剂对先天和适应性免疫应答的新特性。关键词：抗菌肽;免疫反应;导管素;防御; SLPI 1.引言适应性免疫反应被认为是防止寄生虫，细菌和病毒感染的建立或进展的关键。但是，这是对病原体的快速初步防御负责的先天免疫力。宿主和病原体的共同进化导致了宿主产生的多种肽，以杀死或减少感染性微生物。这些称为抗微生物肽（AMP）的肽可以在几乎所有形式的生命中发现，如细菌或植物以及无脊椎动物和脊椎动物，包括哺乳动物。在后者中，人类具有合成和分泌AMP的几种细胞类型，例如上皮细胞，表皮角化细胞，嗜中性粒细胞，巨噬细胞和天然杀伤细胞。在哺乳动物中，这些AMP可被认为是先天免疫系统的一部分。大多数AMP通常表达为进行后续蛋白水解过程以释放生物活性和成熟宿主防御肽的前肽。一些AMP是组成型表达的，但其他AMP是由感染信号如各种外源性和内源性炎症介质合成的[1,2]。通常，AMP是短的，两亲的，并且主要是在先天免疫系统中具有多种活性组成的阳离子多肽。这些多面体分子可能能够增强吞噬作用，刺激前列腺素释放，中和LPS的败血症作用，并促进各种免疫细胞在炎症部位的募集和积累等功能[3,4]。近年来，这些分子已成为关注的焦点，因为它们作为传染病管理的替代方法有希望的用途。 AMP主要是阳离子和两亲肽;两个特征以及它们的构象柔性和二级结构允许它们与生物膜相互作用并插入到生物膜中，导致细胞质膜完整性的破坏。 AMP也可以与细胞内细菌靶相互作用，导致微生物杀死[5]。通常，阳离子肽干扰细菌膜完整性，例如膜起皱和可能增加膜渗透性并最终导致细菌细胞裂解的离子可渗透通道的形成。还值得注意的是，最近已经表明，细菌能够通过肽酶的生产来适应和抵抗宿主AMP，和*通讯作者。 M. S.SáNCHEZET AL。 201种降解抗菌肽的蛋白酶，或抑制其作用的化合物，以及通过减少细菌细胞包膜的净阴离子电荷。抗菌肽和细胞壁靶点之间的关系可能揭示了挑战抗生素耐药性的策略。然而，即使这些宿主防御肽最初通过其直接抗微生物功能的初步描述而获得突出[5]，并不是所有的保护性阳离子肽都必须通过直接的杀菌作用。相比之下，在这种情况下，在宿主免疫的背景下已经证明了这些肽具有广泛的功能，这将在本综述中讨论。一些AMP参与适应性免疫反应的转变，因为它们被证明是人单核细胞趋化性的[6]，T细胞[7]，调节树突状细胞分化和树突状细胞诱导的T细胞极化[8]。然而，其中一些也可以作为负反馈调节剂促进炎症的解决[9]。因此，可能的是，反馈控制的故障，即通过参与作为负反馈调节器的AMP的分泌减少，可以放大和延续炎性过程。正如我们所提到的，AMPs在先天免疫和病原体靶中的作用已被很好地研究，但是不太了解它们不仅诱导T辅助细胞应答，而且诱导适当T细胞应答的能力。这是一个非常重要的问题，因为分别适用于细胞内和细胞外病原体的适当的T细胞反应，即Th1和Th2，将有助于解决2. AMPs类别宿主防御肽可以分为三个基本类别：1）血浆膜活性肽被认为是在多级过程中起作用，其中它们静电结合到膜表面，聚集形成上层结构并破坏膜完整性; 2）第二组肽作用于细胞内靶标以抑制转录，翻译或其他过程;和3）细胞壁活性肽靶肽聚糖，脂多糖（LPS）或干扰功能性细胞壁合成和随后的细菌复制的其他生物合成途径中的前体，机制和/或必需中间体。 3.真核生物肽当第一种真核防御素肽在近30年前被表征时，作用机制研究表明，这些分子能够快速有效地渗透人造膜双层膜[10]。真核肽通常是小的和阳离子的，并且在结构上分为五个主要组：1）半胱氨酸稳定的（例如防御素）; 2）半胱氨酸稳定环（例如，protegrin，tachyplesins）; 3）线性α-螺旋（例如LL-37，kinocidin螺旋）; 4）富集一个或多个特定氨基酸残基（即Bac5）;或5）上述的组合。尽管宿主防御肽的某些家族，特别是高等真核生物的家族，显示出广泛的基因重复的证据，在某些情况下，阳性选择，它们的结构（半胱氨酸稳定性，α-螺旋性）和生物物理（两亲性，阳离子性）特征通常是高度保守的。防卫素防卫素是由各种细胞在各种上皮表面产生的阳离子AMP，作为先天宿主防御的一个组成部分。它们是基于其六个保守的半胱氨酸残基（α-和β-防御素）或其大环性质（θ-防御素）之间的二硫键配对被分类为三个亚家族的环肽。 α-和β-防御素广泛分布在脊椎动物物种中，而θ-防御素迄今仅在老世界猴子中被鉴定，并且显然仅在嗜中性粒细胞和单核细胞中[11,12]。在哺乳动物物种中，已经鉴定了大约50种α-防御素和90种β-防御素，其被储存在嗜中性粒细胞和Paneth细胞的颗粒中，或由呼吸，消化，尿和/或细胞的单核细胞/巨噬细胞，角质形成细胞或上皮细胞产生生殖系统[13,14]。 α-和β-防御素改变细胞迁移和成熟，诱导细胞因子并引发组胺和前列腺素D2从肥大细胞释放。 β-防御素对未成熟树突状细胞和记忆T细胞具有化学吸引力。防御素的产生由病原体或炎症部位释放的炎性细胞因子调节。例如，通过用脂多糖和肿瘤坏死的刺激微生物入侵或上调，可以释放α-防御素[15]。通过Toll样受体（TLR）识别细菌成分，在上皮细胞中发生的β-防御素，以及单核细胞/巨噬细胞和树突状细胞在细菌感染中上调[16-19]。生产和分泌也可以由其他AMP调节。例如，人导管素LL37可以与IL-1β协同增加IL-6，IL-8，IL-10，CCL2的产生，并且增加α-防御素的合成和释放[20,21] 。相反，防御素的下调可以由内源性糖皮质激素引起，导致A组化脓性链球菌皮肤感染的严重性增加[22]。还证明，β-防御素的抗微生物活性的失活有助于囊性纤维化患者的复发性气道感染[23,24]。防御素的抗菌活性已在金黄色葡萄球菌，铜绿假单胞菌，沙门氏菌和某些包膜病毒中测定[25,26]。这种抗菌功能由敲除β-防御素1小鼠进行的实验支持[27]。 AMP是粘膜屏障的主要部分，β-防御素是上皮分泌的主要类型。由β-防御素1（DEFB1），DEFB4，DEFB103和DEFB104编码的四个良好表征的人β防御素hBD-1-4是具有阳离子，富含半胱氨酸的肽，其具有小的（30-47个氨基酸），具有广泛的抗菌活性[28]。抗氧化活性在缺氧肠腔内存在的还原条件下被增强，而其它抗微生物肽（如hBD-3）在还原状态下减弱。 hBD-1的表达是组成型的，而其他防御素则是响应于微生物和炎症刺激而表达的。 hBD-1的不良表达与粘膜疾病如炎性肠病，念珠菌素运输，牙周炎和牙科携带有关。 DEFB114是对典型致病微生物展示广谱抗微生物活性的β防御素。该AMP还证明具有LPS结合活性，同时通过MAP激酶p42 / 44的抑制用LPS攻击时抑制RAW264.7培养物中TNF-α的释放。该肽还显示针对典型病原体，即大肠杆菌，金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的抗微生物活性，同时对人类红细胞表现出低的细胞毒性。所有这些特征表明其在治疗LPS诱导的炎症中的潜在治疗用途[29]。除了抑制微生物生长外，其中一些AMP的另外一个功能是通过诱导趋化因子如CXCL8（IL-8），CCL2（MCP-1），IP-10，MIP3α， RANTES和细胞因子如IL-6，IL-10，IL-18，IFNγ和IFN-α。可以通过防御素招募和激活的细胞是嗜中性粒细胞，单核细胞，巨噬细胞，未成熟树突状细胞，肥大细胞和T细胞[30-32]。因此，防御素可以通过诱导单核细胞和树突状细胞上共刺激分子CD80，CD86和CD40的表达来定制适应性免疫反应[31]。抗原特异性细胞毒性T淋巴细胞可以通过增强Th1依赖性细胞反应和潜在的抗肿瘤免疫来诱导 - 防御素，从而抑制ß-防御素和鼠[33,34]。然而，人类α防御素在小鼠中的全身注射导致Th1和Th2免疫应答增加[35]。人β防御素是否也诱导Th1和Th2免疫应答，因为人β防御素在小鼠中是无活性的，因此不太了解。小鼠中的鼠β防御素（MBDs）的实验表明，这些防御素主要诱导Th1反应[36]。另一方面，显示与小鼠中的抗原共同施用的人防御素导致抗体的产生增加，提供这些肽在体液应答中的作用的证据[37]。 Oppenheim已经深入讨论了防御素的其他功能[36]。基于这些发现，防卫素对T细胞反应的作用似乎不具体，因为这些肽增强细胞和体液细胞因子的产生和免疫应答。如上所述，还提出了β-防御素的不太有益的作用，因为β-防御素可以通过结合由Th17细胞表达的CCR6来扩增炎症[38,39]。 2008年，Sass等人的一项研究[40]评估了β-防御素（hβD-3）对金黄色葡萄球菌的抗生素作用模式。他们表明，hβD-3以与细胞壁活性抗生素万古霉素类似的方式诱导金黄色葡萄球菌核心细胞壁应力调节因子的改变。这一观察结果与hβD-3干扰细胞壁的特异性组分的概念一致，引发细胞壁应激反应途径的上调。此外，hβD-3抑制细胞壁合成所需的纯化酶。最后，透射电子显微镜显示，暴露于hβD-3导致细胞壁中的明显裂缝，允许金黄色葡萄球菌膜结合细胞质内容物的突起。 5.乙型肝炎病毒名称cathelicidin来源于这些蛋白质的高度保守的N-末端区域，称为cathelin结构域。该蛋白质在半胱氨酸残基C85-C96和C107-C124之间含有两个二硫键[41]，并以其抑制蛋白酶组织蛋白酶的能力为名与防卫素不同，人类中的cathelicidin表达不被TLR或细胞因子直接调节，而是依赖于特定组织中维生素D的作用和调节[44]。像其他AMP一样，导管素通过细菌细胞膜的透化和结合LPS来杀死细菌[45]。导管素的杀微生物活性进一步支持体内实验与导管素敲除小鼠[46]。此外，导管素LL-37作用于肥大细胞，增加TLR4的表达，同时释放气道上皮细胞和角质形成细胞中组胺，前列腺素和细胞因子IL-4，IL-5，IL-1β[47]和IL-8 [ 48。因此，它作为嗜中性粒细胞，单核细胞，肥大细胞和T细胞的趋化因子而不是树突状细胞[49]。催乳素还抑制嗜中性粒细胞凋亡，另一方面促进上皮细胞凋亡[49]。已经证明LL-37是DC分化的有效修饰剂。 LL-37来源的DC显示出显着上调的内吞能力，修饰的吞噬受体表达和功能，上调的共刺激分子表达，增强Th-1诱导细胞因子的分泌，并促进Th1反应体外[50]。然而，Kandler等表明LL-37响应于许多TLR配体抑制人树突状细胞的成熟和活化，从而抑制T细胞的离体共刺激[51]。此外，LL-37增加TLR4的水平，并诱导Th2细胞因子IL-4，IL-5和IL-1β从肥大细胞释放[47]。此外，LL37协同增强人外周血单核细胞中IL-1β诱导的细胞因子（IL-6，IL-10）和趋化因子如MCP-1和MCP-3的产生[20]。这些发现表明LL-37主要诱导Th2反应。到目前为止，还没有关于LL-37和Th17诱导的数据，尽管Peric，M。等[52]报道，当在维生素D的存在下刺激时，人角质形成细胞可增加导管素的表达（3），并且通过IL-17RA发出增加的信号。 hCAP-18前肽主要在白细胞和上皮细胞中产生。分泌后，通过局部蛋白酶处理活性AMP。由于各种细胞和组织的蛋白水解活性不同，可以将hCAP-18加工成在嗜中性粒细胞的胞吐物质中发现的全长活性肽LL-37或多种较小肽如RK-31和KS-30，其发生在皮肤表面上并显示增加的抗微生物活性。在嗜中性粒细胞中，将hCAP-18储存在特定的颗粒中，并且在脱颗粒后，通过由氮化硅颗粒释放的蛋白酶3将其加工成LL-37。在皮肤上，通过SCTE（角质层胰蛋白酶，激肽释放酶5 / hK5）和SCCE（角质层糜蛋白酶，激肽释放酶7 / hK7）的作用产生RK-31和KS-30。精液中存在高浓度的hCAP-18。当产生活性肽ALL-38的阴道中的pH下降时，发生半活性胃蛋白的蛋白水解切割。与防御素类似，导管肽多肽具有各种免疫调节功能。作为导管素对人体健康的重要性的一个明显的例子，发现LL-37缺乏与慢性盆腔疾病有关。在愈合人体皮肤中产生高水平的hCAP-18 / LL-37，表明在伤口愈合过程中再上皮化中起重要作用。一般来说，在器官培养的人类皮肤模型和慢性溃疡中，LL-37特异性抗体的愈合被抑制，发现hCAP-18 / LL-37在溃疡边缘上皮中不存在。尽管不是直接测量杀微生物活性，但许多研究已经证明LL-37以高亲和力结合LPS [53-55]，因此可能限制其内毒素特性以及下游免疫信号传导事件。在革兰氏阴性细菌中，通过激活PhoP / PhoQ和PmrA / PmrB双组分调节系统赋予对阳离子抗微生物肽的抗性，这导致带正电荷的1-4位氨基糖尿蛋白亚单位加入到LPS和其他适应性反应中[56] 。这种分子修饰导致更中性或甚至阳离子的表面电荷，从而降低阳离子抗微生物肽的静电吸引力，提高生物体的存活。尽管上述研究不是对LL-37的作用机制的直接测量，但它们确实表明，这种经典的α-螺旋宿主防御肽家族的成员可能与某些Gramnegative细胞壁组分结构具有特异性的相互作用。 SLPI分泌白细胞蛋白酶抑制剂（SLPI）是组织蛋白酶G，胰蛋白酶和糜蛋白酶的丝氨酸蛋白酶抑制剂，但主要针对嗜中性粒细胞弹性蛋白酶[57]。 SLPI首先从支气管分泌物中分离出来，后来发现也由许多粘膜表面，角质形成细胞，嗜中性粒细胞和巨噬细胞产生。这个通过鼠和人巨噬细胞促进吞噬作用[60]。 SLPI的抗分枝杆菌活性位于分子的WAP（乳清酸性蛋白）结构域中，与其他阳离子肽非常相似[61]。抗菌活性显然不依赖于丝氨酸蛋白酶的抑制。相反，观察到靶生物膜的破坏，最有可能取决于这些小蛋白质的阳离子性质。如前所述，SLPI由上皮细胞和嗜中性粒细胞和肺泡巨噬细胞组成型产生。其表达受多种炎症刺激如TNFα和结核分枝杆菌上调，腺病毒感染，TGFβ1细胞因子产生和慢性阻塞性肺疾病下调[62-67]。在最近的综述中，在可能用作治疗慢性肺疾病如CF（囊性纤维化）和COPD（慢性阻塞性肺疾病）的吸入药物的情况下，检查了SLPI和elafin / trappin-2的多方面作用[68 ]。 6.1。 SLPI作为生物标志物Jendeberg等测量社区获得性肺炎（CAP）患者血浆抗微生物肽浓度，本文作者发现，在CAP患者中，SLPI和杀菌/渗透性增加蛋白（BPI）的平均血浆浓度显着高于健康对照者，但在非呼吸道感染患者中则显着增加。男性CAP患者SLPI水平升高的结果表明，SLPI营养水平存在性别依赖性免疫学差异[69]。还研究了鼻病毒感染与细菌感染之间的关系以及抗菌肽在COPD恶化中的作用。在这项研究中，评估了抗菌肽SLPI，elafin，pentraxin，LL-37，α-防御素和β-防御素-2和蛋白酶中性粒细胞弹性蛋白酶。作者得出结论，嗜中性粒细胞弹性蛋白酶显着增加，而鼻粘膜炎病毒感染后SLPI和elafin仅在COPD患有继发性细菌感染的受试者中显着降低，SLPI和elafin水平与细菌负荷成反比。鼻病毒感染经常伴随COPD中的继发性细菌感染，并且通过病毒诱导的嗜中性粒细胞弹性蛋白酶裂解抗微生物肽SLPI和埃拉芬可能在这些继发细菌感染中沉淀。靶向嗜中性粒细胞弹性蛋白酶或增强先天免疫的治疗可能是预防病毒引起的COPD恶化中继发细菌感染的新疗法[70]。 6.2。 SLPI作为抗炎分子除了抗菌活性外，SLPI主要功能是通过阻断白细胞释放的丝氨酸蛋白酶的蛋白酶活性以及通过下调多种细胞因子来抑制炎症，这些细胞因子通过LPS如TNFα，MCP-1和IL- 6 [71-75]。抗炎活性也通过抑制IkB的蛋白质降解和转录因子核因子NFkB的活化来介导[75,76]。此外，SLPI敲除小鼠显示受伤的皮肤伤口愈合，增加局部TGFβ激活[77]。 SLPI在适应性免疫中的作用不太清楚。 Samsom等人提出位于颈淋巴结的树突细胞中的SLPI表达有助于粘膜耐受[78]。此外，SLPI通过抑制IgG和IgA类转换重组而不影响B细胞增殖来调节抗体类转换[79]。然而，来自SLPI敲除小鼠的脾B细胞具有较高的增殖率并产生更高水平的IgM [80]。总体而言，这些数据表明SLPI可能影响适应性免疫应答，然而，不知道SLPI是否可能直接影响细胞因子的经典Th1或Th2模式。在体内鼠模型中，SLPI的同一家族的另一个丝氨酸蛋白酶抑制剂命名为ELAFIN，可激活肺树突细胞并产生Th1应答的偏倚[81]。此外，有人建议SLPI也可以有利于Th1反应，因为SLPI可以抑制LPS诱导的单核细胞PGE2的产生，PGE2使T辅助淋巴细胞细胞因子产生Th2免疫反应的趋势[82]。然而，该数据与关节炎小鼠模型中观察到的炎症抑制不一致[83]。 SLPI对适应性免疫反应的活动似乎很复杂。观察到SLPI处理的人外周单核细胞可释放Th2细胞因子。因此，需要进一步的研究来阐明SLPI在T辅助细胞免疫应答中的作用。虽然尚未明确了解，SLPI被证明是最佳皮肤和粘膜伤口愈合所必需的关键内源性因素，最有可能是由于其抗蛋白酶活性[77,84,85]。 6.3。 HPV和HIV感染中的SLPI Hoffmann，M。等人证实了暴露于hu分析（非HNSCC）SLPI表达并与吸烟习惯相关。在HNSCC患者中，SLPI表达与HPV状态呈显着负相关。第一次证明了SLPI下调与HPV感染之间的相关性，表明可能由环境因素（如吸烟）引起的高水平SLPI与HPV感染的保护作用相关[87]。沮丧的宫颈阴道SLPI水平与阴道毛滴虫感染相关。女性阴性阴道炎抗原检测结果，阴道pH> 4.5，阴道白细胞增多症，以及复发性阴道炎阴道炎感染的女性SLPI水平较低。阴性阴道依赖性依赖性SLPI水平降低> 50％。 SLPI水平可用作阴道健康标记来评估干预和阴道产品[88]。 SLPI被认为是人类唾液选择性抗HIV活性的一个因素[89]。似乎这种活性是由SLPI与宿主细胞膜相关的蛋白质如scramblase和/或膜联蛋白II的结合导致的，而不是与病毒颗粒的直接相互作用[90,91]。 SLPI也与阴道液的抗HIV活性相关[92,93]。在机理上，已经显示SLPI通过结合和阻断细胞表面膜联蛋白A2来抑制巨噬细胞的HIV-1感染[34]。膜联蛋白A2在细胞表面被发现为由两个膜联蛋白A2单体和S100A10二聚体[94,95]组成的膜联蛋白A2异四聚体（A2t），其由基底上皮细胞共表达[96]。还证明膜联蛋白A2异源四聚体（A2t）有助于HPV16（最常见的高风险基因型）感染，并以L2依赖性方式与上皮细胞表面上的HPV16颗粒共同免疫沉淀。用内源性膜联蛋白A2配体，SLPI或与膜联蛋白A2抗体抑制A2t显着降低HPV16感染[97]。 6.4。 SLPI作为PRR宿主的先天免疫系统能够检测到“病原体相关分子模式”（PAMP），由微生物专门生成的保护性分子结构，这些微生物对微生物的生理学至关重要[98]。 PAMPs由宿主的模式识别受体（PRR）识别。其中一些，如TLR2和TLR4，存在于先天免疫系统的细胞的细胞表面，相比之下，在细胞内发现其他PRR，如TLR3和TLR7。最后，最后一组已知的PRR，如表面活性剂和C-反应蛋白，可溶于细胞外体液。通过PRR识别PAMP有助于摄取病原体或诱导宿主适当免疫应答所需的信号[98,99]。 AMP能够结合并杀死病原体，但是不清楚这些多肽是否可以被认为是PRR，特异性结合PAMP并促进巨噬细胞的清除。戈麦斯等人[59]证明人重组SLPI不仅杀死分枝杆菌，而且还作为宿主免疫系统的模式识别受体。 7.结论毫无疑问，AMPs具有杀微生物活性和调节免疫应答的作用。此外，其中一些，如SLPI，像模式识别受体一样，促进免疫细胞清除病原体。因此，在抗生素耐药的时代，他们看起来是开发新的抗菌剂的优秀候选人。然而，他们可能会引发一系列针对适应性免疫反应的不同行为，在新的药物可用之前必须确定。这些肽的活性应在不同的生理和病理学环境下进行分析，因为活性可能因病原体引起的免疫应答而变化。了解这些作为“天然抗生素”和“免疫调节剂”的多效分子对于产生控制人类疾病的新策略具有很大的前景。
