抗菌肽LL-37的生物学活性及其作用

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　　摘要：抗菌肽LL-37是一种具有双亲性a螺旋结构抗菌活性的天然免疫效应肽，由多种细胞分泌，包括单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、肥大细胞、角蛋白细胞和上皮细胞，通过直接杀死细菌或增强天然免疫参与调节体内炎症的发生和发展，或通过免疫细胞间接调节机体的防御功能在机体的抗炎、防御功能中发挥重要作用。本文就抗菌肽LL-37的结构、生物学活性及其作用进行总结。
　　关键词：抗菌肽;LL-37;脓毒症
　　中图分类号：R96;Q786                               文献标识码：A                               DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2019.24.005
　　文章编号：1006-1959（2019）24-0013-03
　　Biological Activity and Effect of Antibacterial Peptide LL-37
　　LIU An-ping，DUAN Hai-zhen，WANG Song
　　（Department of Emergency，Affiliated Hospital of Zunyi Medical University，Zunyi 563003，Guizhou，China）
　　Abstract：Antibacterial peptide LL-37 is a natural immune effector peptide with amphiphilic a-helix structure antibacterial activity， secreted by a variety of cells， including monocytes， macrophages， neutrophils， mast cells， keratin cells And epithelial cells， by directly killing bacteria or enhancing natural immunity， participate in regulating the occurrence and development of inflammation in the body， or indirectly regulating the body's defense function through immune cells， and play an important role in the body's anti-inflammatory and defense functions. This article summarizes the structure， biological activity and function of antibacterial peptide LL-37.
　　Key words：Antibacterial peptide;LL-37;Sepsis
　　人體内有多种防御机制可预防感染的扩散或进展，包括先天免疫和获得性免疫。其中先天免疫是抵御外来病原菌侵袭的第一道屏障，而抗菌肽LL-37是机体先天免疫的重要组成部分，在疾病的演变过程中起重要作用。在生理状态下，LL-37主要由hCAP-18（human cationic antibacterial protein of 18kDa）分解产生，分布于人体免疫细胞、上皮细胞、皮肤及口腔粘膜中，健康成人中含量极低。当机体感染炎症时，通过免疫细胞趋化作用、调节细胞因子释放、中和内毒素（lipopolysaccharide，LPS）、抑制细胞凋亡等发挥广谱抗微生物、趋化作用及中和毒素等作用，是人体先天免疫中重要的多功能分子[1]，在感染性疾病的发生、发展与防治中有着重要的作用。近年来，抗菌肽LL-37因其广谱的抗菌活性、免疫调节功能、趋化作用、刺激血管生成及抗瘤等特性已成为临床学者关注的热点。本文现就抗菌肽LL-37的结构、生物学功能及其作用进行综述。
　　1 LL-37的结构与分布
　　1995年首次发现存在于人体的小分子肽LL-37，包含C末端的抗菌结构域和N末端结构域，其命名主要是依据N端前两个氨基酸残基为赖氨酸，且由37个氨基酸残基组成而得名[1]，LL-37长度约为2 kb，含有3个内含子及4个外显子，其中外显子1编码由37个N端氨基酸和30个氨基酸残基组成的信号肽，外显子4含有43个氨基酸残基，包括3'端多聚腺苷酸非翻译区及C端6个氨基酸残基，N末端结构域通常由94～114个氨基酸组成，并与cathelin具有序列同源性，在加工过程中，特定的蛋白酶除去前肽并释放C末端结构域，该结构起主要作用。带正电荷的LL-37与带负电荷LPS分子结合，竞争性抑制LPS与CD14细胞的结合，从而减少LPS诱导炎症因子的产生，是人体内唯一存在的抗菌肽，在人体的各个器官和组织中均有表达，特别是在人体呼吸、消化、泌尿、皮肤、口腔等上皮细胞中表达明显[2]。此外，LL-37在体内的伤口渗出物、汗液、血液中均有表达。LL-37基因启动子区域内包含1个NF-IL-6结合位点、1个TAAA序列及3个急性期反应因子（APRF），与体内产生的炎症因子相结合，使抗菌肽LL-37基因表达水平明显增加，产生广谱的抗菌活性、增强免疫功能等生物学效应[3]。
　　2 LL-37的生物学功能
　　2.1抗感染作用  感染性疾病尤以脓毒症的治疗最为棘手，其主要发病机制是病原体感染所致自我级联放大的瀑布样炎症及炎性因子风暴，即失控的炎症反应[4，5]，引起危及生命的多个器官功能障碍。脓毒症的病理生理过程涉及以免疫失衡为中心的复杂炎症改变，且受个体差异、遗传因素、病原菌多变、易耐药、不易检出及基础疾病等多方面的影响，给治疗带来了巨大的挑战和不可控性，尽管数十年来努力开发药物来治疗脓毒症，但超过40项试验采用各种治疗方法仍未能改善其死亡率，病死率高达30%[6]。脓毒症的发生与防御素等内源性抗菌肽的分泌水平改变相关，有文献报道显示[7]，迟发性脓毒症的早产儿体内人β-防御素（human β-defensin，HBD）表达较足月儿低，而杀菌/通透性增加蛋白（bactericidal/permeability increasing protein，BPI）表达较足月儿高，BPI与LPS具有高亲合力，在脓毒症可中和内毒素从而发挥保护作用。LL-37具有广谱的抗菌作用，对革兰阴性菌及革兰阳性菌均具有较强杀菌能力，既能与LPS结合，也可能与CD14分子结合，从而阻止LPS-CD14复合物的形成，阻断LPS诱导的炎症反应的发生。 　　2.1.1抗细菌作用  LL-37是内源性免疫系统的重要组成部分，对多种革兰阳性球菌及阴性杆菌均具有较好的抗菌活性[8]。在静电作用下，LL-37可与细胞膜表面带负电荷的细菌结合，由线性结构转变为螺旋结构，并插入细菌的细胞膜，破坏细胞膜的完整性而造成其溶解死亡[9]。除直接杀菌作用外，LL-37还可抑制细菌产生的内毒素和CD14+结合，有助于改善败血症并减少感染导致的死亡[10]。研究发现[11]，LL-37通过dTHP1细胞增强了FcyRs清除细菌的能力，当THP1细胞在浓度为20 ml LL-37溶液中温育8 h后，可增强免疫球蛋白G调理大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的吞噬能力。其次，LL-37的构象与其抗菌活性密切相关，LL-37分子中的部分氨基酸具有双亲性螺旋结构，在疏水作用下易形成寡聚體。该寡聚体形式的a螺旋结构与机体的抗体活性成正比，即a螺旋结构的寡聚体越多，其抗菌活性越强[12]。
　　2.1.2 抗病毒作用  LL-37的抗病毒活性针对多种病毒，包括人类获得性免疫缺陷病毒（HIV-1）、甲型流感病毒（IAV）、呼吸道合胞病毒（RSV）、鼻病毒（HRV）、牛痘病毒（VACV）、单纯疱疹病毒（HSV）和丙型肝炎病毒（HCV）等，主要通过与细胞膜和病毒外壳之间的相互作用而产生抗病毒作用[13]。抗菌肽LL-37可以诱导抗原提呈细胞产生强有力的免疫应答，通过产生和释放Ⅰ型干扰素及促进树突细胞的成熟，增强病毒dsDNA向位于细胞核附近的toll样受体的传递，从而达到有效的抗病毒作用。
　　2.1.3抗真菌作用  LL-37还具有抗真菌作用，特别是对白色念珠菌有很好的杀菌作用[14]，对皮肤上产生的LL-37的片段（KR-20，KS-30，RK-31）也显示了有效的抗真菌作用，其机制与细胞膜磷脂结构的破坏及其在真菌细胞中诱导ROS活性相关[15]。
　　2.2免疫调节作用  机体在炎症感染过程中，常常合并出现免疫功能的损害，部分重症感染患者在治疗时往往需要使用免疫抑制剂，而在免疫功能损害患者体内，LL-37表达明显升高，参与免疫复合物自体核酸抗体的形成。LL-37对体内多种细胞（如单核细胞、上皮细胞和树突状细胞等）均有免疫调节作用，与GM-CSF及IL-1b有协同作用，前者主要通过激活单核细胞并产生IL-8，后者通过激活AKT、CREB、NFkB等途径增强多种细胞因子和趋化因子活性。此外，最近报道了在嗜中性粒细胞中LL-37和白三烯B4之间的相互作用，并提出了在体外和体内诱导两种免疫介质的表达和释放[17]。在重症感染时，含LL-37的小颗粒自中性粒细胞中释放，并在上皮细胞诱导下加速转录。此外，LL-37还能诱导上皮细胞产生IL-6、IL-8等活性物质，从而提高单核细胞及中性粒细胞渗透性，增强免疫调节功能。
　　2.3抗内毒素作用  LPS主要位于革兰阴性杆菌外膜上，在脓毒症的发生发展中扮演着重要的角色。其机制主要有：①LL-37参与LPS诱导的Toll样受体（TLR）-核因子KB（NF-KB）信号通路调节，对LPS诱导的NF-KB亚单位p65及p50的转录产生抑制作用[1];②激活有丝分裂原活化蛋白激酶（MAPK）通道，从而提高促炎反应通道活性;③选择性调节基因转录，导致促炎反应基因（TNF-α、p50等）表达减少;④抑制LPS与髓样分化蛋白2（MD-2）、LPS结合蛋白（LBP）或Toll样受体复合物结合，削弱对其下游通路的激活。
　　2.4趋化作用  LL-37及其部分预警蛋白的一个主要作用在于能够处理感染部位的微生物，被感染的上皮细胞表达的LL-37可以直接吸引先天免疫系统的细胞（如单核细胞、嗜中性粒细胞和树突细胞），并对上述免疫细胞具有趋化作用[17]。研究表明[11]，LL-37可上调人体内IL-6、IL-8、IL-12及趋化因子MCP-1的表达，这些趋化因子能够帮助吸引更多的嗜中性粒细胞和LL-37来协同抗感染。
　　2.5促血管生成  一旦感染被清除，被微生物破坏的组织或免疫系统需要修复，LL-37在这一过程中也扮演着重要的角色。上皮伤口愈合需要上皮细胞的迁移和增殖，血管生成，以及成纤维细胞抑制胶原的生成，以避免瘢痕组织过多。这些效应中有许多是通过表皮生长因子受体（EGFR）的转活介导的，LL-37可加速G蛋白偶联受体反式激活EGFR，引起角化细胞迁移，促进伤口的修复。LL-37具有促血管新生，在伤口愈合的部位吸引内皮祖细胞，并诱导其增殖。其机制可能为[18]：LL-37作用于血管内皮细胞，诱导磷脂酶A2（PLA2）的活化，活化的PLA2促进环氧化物1（COX1）的产生，促进前列腺素E2（PGE2）的合成，而PGE2在肿瘤血管生成的过程中起重要作用。
　　2.6 LL-37在癌症中的作用  LL-37在肿瘤发生发展中扮演着极其复杂的角色。在正常情况下，LL-37在肿瘤转移系统中起作用。然而，由于LL-37参与增殖、迁移和血管生成，不加控制的LL-37表达也可能导致上述过程的异常控制，并实际上促进癌症。Ciornei CD 等[19]和Xi C等[20]的研究均发现，卵巢上皮细胞中过量表达的LL-37是作为卵巢肿瘤恶化的正调节因子，通过促进间充质干细胞植入肿瘤基质来诱发和加重肿瘤的发生。其次，LL-37在肺癌、乳腺癌、前列腺癌、胰腺癌、恶性黑色素瘤和皮肤鳞状细胞癌中诱导致癌作用。相反，LL-37在结肠癌、胃癌、血液恶性肿瘤和口腔鳞状细胞癌中显示出抗癌作用，其作用机制考虑与LL-37诱导的膜受体活化和随后的信号传导途径导致细胞功能的改变有关，各种癌细胞上的不同膜受体似乎是造成LL-37的组织特异性作用的原因。因此，LL-37在结肠癌、胃癌等肿瘤疾病的治疗中具有重要意义。
　　3总结与展望
　　LL-37作为机体唯一的天然抗菌肽，是机体先天免疫系统的重要组成部分，在外界细菌、病毒、真菌等入侵机体时，在人体各个系统（呼吸、胃肠道、皮肤、免疫等）发挥积极的防御作用，具有广谱杀菌及免疫调节功能，同时还参与调节细胞因子释放、诱导细胞分化、促进伤口愈合、血管生成和抗肿瘤作用。但LL-37的多功能性质在治疗的同时也可能给机体带来伤害，可能导致某些肿瘤性疾病（如卵巢癌、乳腺癌、前列腺癌等）的发生，同时在亚抑制浓度下促进铜绿假单胞菌的变异。总之，LL-37逐渐成为一种具有多种适用性的有效治疗选择，但在选择时需仔细评估。可以根据其广谱的抗菌活性及免疫功能研发相应的抗菌药物，也可以依据其抗肿瘤作用研制出相关的抗癌药物，但这需要大量临床实验研究，更加深入的探讨抗菌肽LL-37在感染性疾病及肿瘤性疾病中的抗炎机制及促调亡的相关机制，为感染性疾病及肿瘤的治疗提供新的靶点。 　　参考文献：
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　　收稿日期：2019-10-22;修回日期：2019-12-5
　　编辑/肖婷婷
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