摘要：抗菌肽（AMPS）是生物体内经诱导产生的多种类的小分子蛋白，是所有生物自身免疫防御的第一道防线。抗菌肽具有广泛的生物学活性，可以杀死细菌、酵母、真菌、病毒，甚至癌细胞。近年来，随着对抗菌肽研究的日益深入，科研人员发现抗菌肽参与的免疫调节活性是多种多样的，包括在机体正常免疫时对各种细胞因子和生长因子的影响以及在某些情况的诱导下自体异常的产生抗菌肽也可以诱导自身免疫性疾病的发生，这些不同的免疫调节活性跟抗菌肽种类的繁多密切相关，从而进一步强调了抗菌肽复杂的生物学活性及对机体生命活动的重要影响。本文将从抗菌肽的结构、种类功能及免疫调节等方面作一综述。
关键词：抗菌肽；分类；免疫调节；功能
近年来，长期滥用抗生素不仅导致了耐药菌株“超级细菌”的出现，过量的药物残留还严重影响了动物和人类的健康，增加了环境污染的风险，迫切寻找抗生素替代品已然成为全球研究的热点。抗菌肽（Antimicrobial peptides）又名抗微生物肽（AMPs）、抗生素肽，被认为是天然抗生素，目前所有已知的生物都可以产生，从细菌、真菌、植物到无脊椎动物、脊椎动物和哺乳动物等均可产生[1]。自从Boman等人从惜古比天蚕中分离得到Cecropins，迄今为止，在单细胞生物、植物、昆虫和动物中已确定了2500多种的抗菌肽，不同生物产生的抗菌肽具有不同的生物功能，如抗菌、趋化或抗病毒等活性作用[1]。
1 抗菌肽的结构分类
抗菌肽通常是由10-50个氨基酸组成，这些多肽主要由碱性氨基酸和疏水性氨基酸残基构成，因此形成了具有良好的水溶性和疏水性的独特结构的阳离子型多肽。根据抗菌肽在细菌质膜上形成三维结构的不同，可将抗菌肽分为四种类别：α-螺旋结构型的抗菌肽、β-折叠结构型的抗菌肽、伸展螺旋结构型的抗菌肽和环状结构型的抗菌肽。目前已知的α-螺旋结构型的抗菌肽包括青蛙蛙皮素和人类内源性抗菌肽LL37。这种类型抗菌肽在水溶液中几乎没有二级结构，但当其进入一个非极性环境（如细胞膜）时会采用两亲性的α-螺旋型结构 [2]。β-折叠结构型的抗菌肽，通常都包含两个或两个以上通过二硫键桥稳定的β-折叠结构，如牛bactenecins和防御素。伸展螺旋型的抗菌肽分子不具有特定的空间结构顺序，而是由特殊的含量高的氨基酸残基构成，如组氨酸、精氨酸、甘氨酸或色氨酸。环状结构型的抗菌肽其分子结构具有高度的可变性，通常C端有一个或多个二硫键构成。该肽具有很强的杀菌能力，因此又被称为死亡素，如刺肩蝽产生的thanatin[2]。
2 抗菌肽的种类
2.1动物抗菌肽 抗菌肽和防御素是组成脊椎动物干扰肽的主要成员。防御素被认为是发展最迅速的哺乳动物蛋白，目前已确定了数百种防御素。防御素带正电荷呈阳性，能与带负电荷呈阴性的细菌质膜结合，结合后其分子的疏水区可插入细菌的胞膜，而其带正电荷的区域则可与细菌胞膜上带负电荷的磷脂头部和水分子相互作用，可显著地增加生物膜的通透性，破坏膜的完整性，导致目标微生物不可逆性死亡[3]。像防御素一样，大多数的抗菌肽也是通过破坏细菌膜而杀死细菌。在脊椎动物物种中，一些抗菌肽也通过调节宿主细胞免疫来促进宿主防御。脊椎动物上皮表面的共生微生物产生的抗菌肽也有助于对这些结构的抗菌防护。表皮葡萄球菌是皮肤最丰富的共生菌，它可以产生几种抗菌肽，包括葡萄球菌素1580、Pep5和epilancin K7 [4]。实验证明，表皮葡萄球菌产生的苯酚水溶性的调控蛋白 PSMγ和PSMδ，它们是一种具有选择性能主动攻击皮肤致病菌的抗菌肽，如金黄色葡萄球菌、A组链球菌和大肠杆菌，但不会主动攻击它们的寄生物—表皮葡萄球菌。最新的研究数据还表明，在皮肤上的共生细菌的表皮表面能产生许多有效的和有选择性的抗菌肽，这对某些皮肤病可能会起到一定的诊断和治疗效果。
2.2 人源性抗菌肽 人源性抗菌肽已被确定存在于人体大多数的暴露于外界的组织，如皮肤、肠黏膜、口腔黏膜、肺、眼和生殖道等。人源性抗菌肽的固有免疫性表达大部分是由感染、炎症或损伤引起的。目前已认知有如下几类人体细胞可以产生抗菌肽，包括人类的皮肤细胞（如角质形成细胞、汗腺、皮脂腺细胞）和皮肤内发现的骨髓源性细胞（如中性粒细胞、肥大细胞和树突状细胞）。皮肤角质形成细胞，是人体表皮的主要组成细胞，它会一直从外部环境中接触到微生物，因此它是宿主抵抗外来病原菌感染的第一道防线。角质形成细胞受到外界微生物刺激会产生各种各样的抗菌肽。其中一类叫做β-防御素，人类β-防御素1（hBD1）的作用体现了β-防御素的主要功能，hBD2和hBD3则通常是在机体损伤或感染的情况下诱导产生[4]。另一类由角质形成细胞产生的抗菌肽叫做抗菌素，抗菌素是皮肤抗菌肽的主要成员,它最早是在哺乳动物的皮肤中发现的。研究人员最近还发现，人体分化的脂肪细胞在金黄色葡萄球菌感染时会产生大量的抗菌肽，这表明在皮肤深层的脂肪细胞在宿主防御屏障功能中发挥了关键的作用[3]。小肠的抗菌肽主要由小肠腺体底部的潘氏细胞产生，它可产生α-防御素、溶菌酶C、分泌型磷脂酶2和血管生成素4以及外源凝集素等[25]。其中，α-防御素中的HD-5和HD-6型防御素在潘氏细胞中有着高水平的表达，同时也是潘氏细胞产生最丰富的抗菌肽。实验测定显示，肠黏膜抗感染时可产生多种小分子肽，如分泌性白细胞蛋白酶抑制剂（SLPI）、杀菌/通透性增加蛋白（BPI）等 。
2.3 昆虫抗菌肽 昆虫与脊椎动物相比缺乏适应性免疫系统，但其有强大的先天免疫系统，主要通过体液免疫反应来有效地杀死入侵的微生物，这涉及昆虫体内不同类型抗菌肽的快速合成与释放。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆从昆虫脂肪体（相当于脊椎动物的肝脏）分泌的抗菌肽进入血淋巴是昆虫防御感染的主要机制。此外，跟脊椎动物不同的是昆虫肠上皮细胞也分泌特殊的抗菌肽，这是昆虫抵抗肠道病原体的一个重要反应。昆虫抗菌肽最早是在天蚕蛹中发现，而最先确定抗菌肽基因编码的是果蝇[6]。到目前为止，人们已从果蝇体内识别出八类不同的抗菌肽，基于它们的主要生物学指标可以进一步分为三组：抗革兰氏阳性菌活性的drosophila defensins和Andropin；抗革兰氏阴性菌有活性的attacins和diptericins； 具有抗真菌活性的drosocin，Drosomycin和metchnikowin[6]。果蝇的遗传分析表明，抗菌肽的产生是经IMD和Toll信号通路诱导产生。Toll途径主要作用于革兰氏阳性细菌或真菌的感染，而IMD途径则作用于革兰氏阴性细菌感染。蜘蛛和蝎子的毒液中含有多种化学成分，其毒液中的抗菌肽于20世纪90年代首次发现，到目前为止，抗菌肽数据库中已记载有42种蜘蛛和63种蝎子的抗菌肽。这些肽对细菌、真菌、病毒和寄生虫表现出不同的抑活作用。
2.4 微生物抗菌肽 微生物可以产生各种各样的抗菌肽，以限制其他微生物的生长，被视为抗菌肽的另一个天然资源。这些微生物产生的抗菌肽跟脊椎动物产生的抗菌肽截然不同，因为他们可以经非核糖体肽合成酶合成。非核糖体肽往往有循环或分支结构，包括D氨基酸在内的非蛋白质氨基酸。氨基酸可以进行修饰，如N-甲基和N-甲酰基团；可糖基化、酰化、卤化或羟基化。到目前为止，人们已从细菌中发现了250多种细菌素，其中一些表现出相对广谱的抑菌作用。人们较为熟知细菌抗菌肽为阳离子多肽多粘菌素B（由多粘芽孢杆菌产生的）和非阳离子型糖肽类万古霉素（由东方拟无枝菌酸菌产生），这两者都是FDA批准的抗生素。多粘菌素B主要对耐药革兰氏阴性菌如铜绿假单胞菌、鲍氏不动杆菌和肺炎克雷伯菌有较强的抑菌活性，而万古霉素则是对革兰阳性球菌感染非常有效的重要一线临床应用抗生素，包括耐甲氧西林金黄色葡萄球菌感染等。而其他的抗菌肽如霍乱、白喉毒素、溶菌酶溶葡萄球菌酶和溶血素、细菌素以及细菌素样肽等都是细菌产生的毒素。
3 抗菌肽的免疫调节功能
抗菌肽比药物抗生素更具优势的关键在于抗菌肽不仅具有抗菌活性，还具有调节免疫反应的能力。抗菌肽可以通过一系列的机制保护机体，如趋化活性，吸引白细胞、宿主细胞反应的TLR配体刺激调节、血管生成、白细胞和单核细胞的活化及分化增强、促炎细胞因子和趋化因子表达的调节等[7]。这些作用机制表明，在感染过程中，抗菌肽能杀死病原体，激活免疫细胞，同时抑制感染部位炎症的过度反应。抗菌肽不仅可以击退病原体，还可以干预微生物群的组成，从而维护机体健康。人体的肠道内存在着大量共生并具有潜在致病性的微生物，肠内的抗菌肽能抵御入侵的病菌并在维护机体与肠道共生的微生物的平衡关系中发挥至关重要的作用。大量的临床研究指出：慢性肠道炎症患者肠道内的抗菌机制有缺陷。其原因可能是因为慢性肠道炎症患者肠道内的抗菌肽的表达发生了改变。研究发现,克罗恩病患者的回肠与潘氏细胞减少分泌α-防御素相关，而克罗恩病患者的结肠与人类β-防御素基因簇拷贝数的多态性相关，结肠黏膜上皮β-防御素的诱导减少使防御素不足从而削弱肠黏膜的抗菌防御能力，导致肠道致病菌群的形成，最终促进细菌侵入粘膜而患慢性炎症改变的克罗恩病[8]。同样，抗菌肽的异常表达也与特应性皮炎的发展有关联。特应性皮炎患者通常是因为相关抗菌肽的表达量减少，致使皮肤上的金黄色葡萄球菌异常增殖，如LL37和β-防御素。与之相反，抗菌肽产生过量也可以直接引发炎症性疾病。如银屑病，目前发现银屑病是由种类繁多且功能作用各不相同的免疫系统共同参与而导致的一种慢性复发性炎症性皮肤病，一般认为银屑病的发病机理多与感染、免疫、遗传等方面密切相关，其发病机理是通过Th1和Th17辅助性T细胞产生的高水平的细胞因子，在皮肤特异性产生过量的抗菌肽而致病，如抗菌素和hBD2等。
4 小结与展望
抗菌肽存在于各种各样的生物中，包括从结构简单的细菌到由复杂系统构成的人类，是所有生物先天防御的重要组成部分之一。不同的抗菌肽具有不同的化学结构和构象，它们的作用机制和方式也不尽相同，但它们展示出的抗菌效果却是惊人的。如今，日益严重的抗生素滥用性问题极大的刺激了抗菌肽作为下一代抗感染药物的发展趋势，而人们已经发现抗菌肽在疾病的诊断、医疗器械的改进以及各种疾病的治疗等领域都有一定的应用价值。虽然抗菌肽选择性地攻击病原体的方法仍然存在一些局限性，但抗菌肽无疑会是一个能广泛治疗人类和动物疾病的可选药品。
参考文献
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[8] 谈高. NOD2对潘氏细胞系抗菌肽和白介素-23p19表达的调节作用及机制研究[D]. 南方医科大学, 2015.
基金项目： 广东省医学科研基金（A2012621）；贵州省教育厅创新群体重大研究项目（黔教合KY字[2016]037）
通讯作者：夏嫱，女，1973年生，教授，博士，研究方向：生物免疫学，Email：xiaqiang1973@126.com
论文作者:王龙, 柳琳, 李笑驹, 余运运, 夏嫱通讯作者
论文发表刊物:《医师在线》2017年3月下第6期
论文发表时间:2017/5/18
标签：细菌论文; 细胞论文; 微生物论文; 结构论文; 脊椎动物论文; 葡萄球菌论文; 昆虫论文; 《医师在线》2017年3月下第6期论文;