禽類防御素研究進(jìn)展

王淑娟 （山東省臨朐縣冶源獸醫(yī)工作站 262605）

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禽類防御素研究進(jìn)展

王淑娟 （山東省臨朐縣冶源獸醫(yī)工作站 262605）

防御素(defensin)是近年來在植物、被囊動(dòng)物、昆蟲、魚、兩棲動(dòng)物、哺乳動(dòng)物和鳥類中發(fā)現(xiàn)了的一類具有抗菌作用的多肽，又稱為抗菌肽(antimicrobial peptides，AMPS)。防御素具有對(duì)廣譜抗微生物活性，對(duì)細(xì)菌、真菌、螺旋體、病毒等均有抗性，且病源微生物不易產(chǎn)生耐藥性，是宿主抵抗外來致病性微生物侵襲的重要防線，同時(shí)由于其在動(dòng)物體的多種不同組織器官中持續(xù)性表達(dá)，也被看作是所有物種先天性免疫系統(tǒng)的一部分，具有重要的生理學(xué)功能。目前，已從動(dòng)物、人類和植物體內(nèi)分離純化出100種以上的防御素。近年來，國內(nèi)外對(duì)禽類防御素的研究報(bào)道也不斷增多，下面對(duì)其研究進(jìn)展做一概括與評(píng)述。

1　防御素的定義與分類

防御素是一類廣泛分布的富含半胱氨酸的內(nèi)源性抗菌肽，是機(jī)體內(nèi)參與最初防御活動(dòng)的小分子肽。其主要的分子特征是6個(gè)半胱氨酸殘基形成3對(duì)2硫鍵，成熟肽大約有38～42個(gè)氨基酸，分子質(zhì)量約為3ku～4ku。防御素帶有3個(gè)β-片層結(jié)構(gòu)，被1個(gè)β-發(fā)夾轉(zhuǎn)角環(huán)連接起來，是陽離子兩性肽，具有廣譜抗微生物作用，包括抗革蘭氏陽性、陰性菌、原生動(dòng)物(原蟲)、一些真菌和具有囊膜的病毒，如人類艾滋病病毒。根據(jù)空間結(jié)構(gòu)的不同，防御素可以分為3大類：α-防御素、β-防御素和θ-防御素。α-防御素和β-防御素可形成二聚體，僅僅在形成二硫鍵的半胱氨酸連接的配對(duì)和氨基酸殘基的長(zhǎng)度上具有差異。而θ-防御素分離自獼猴白細(xì)胞，具有獨(dú)特的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)類似于α-防御素樣的9個(gè)氨基酸片段環(huán)化而成，目前對(duì)其研究較少。

2　禽防御素的分類及其在組織中的分布

根據(jù)其組成肽的同源性和基因結(jié)構(gòu)，β-防御素可分為3類：第1β-防御素含有一短前體肽(長(zhǎng)度為63～64個(gè)氨基酸殘基)和1個(gè)短的內(nèi)含子(小于1.6kb)；第2類含有較長(zhǎng)前體序列(68～69個(gè)殘基)和具有大于6.5kb的內(nèi)含子；目前發(fā)現(xiàn)，所有禽類防御素屬于β-防御素中的第3類--半胱氨酸二硫環(huán)類肽。

禽β-防御素的主要分子特征為含有6個(gè)半胱氨酸殘基組成的3對(duì)二硫鍵，分別在Cys-1~Cys-5、Cys-2~Cys-4和Cys-3~Cys-6處配對(duì)連接形成，富含精氨酸，具有親水性和親脂性、特征性β-片層結(jié)構(gòu)[1]。迄今為止，已從雞、火雞、鴕鳥、企鵝以及鴨等禽類體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了30多種禽β-防御素。

所有禽類防御素具有與人類和牛防御素共同的保守區(qū)，包括3對(duì)半胱氨酸二硫鍵和1個(gè)甘氨酸殘基，這暗示其在進(jìn)化上的意義。目前為止，從從雞的異嗜性白細(xì)胞中分離得到了2種雞的異嗜性多肽，并將其命名為CHP-1 和CHP-2[2]，在雞的白細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了另外4種抗菌多肽，并將其命名為Gal-1、Gal-2、Gal-3、Gal-1α[3]；從火雞的異嗜性白細(xì)胞中分離到了3個(gè)火雞異嗜性多肽THP-1、THP-2 和THP-3[4]；從駝鳥白細(xì)胞中分離得到4 種抗菌多肽：Ostricacin-1(Osp-1)[5]、Osp-2、Osp-3和Osp-4[6]；從企鵝的胃中分離出了2種抗菌多肽：Sphe-1和Sphe-2[7]；在鴨體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了3個(gè)β-防御素，分別為鴨AvBD9[8]、鴨AvBD10[9]和鴨AvBD2[10]。

防御素基因在動(dòng)物體內(nèi)的表達(dá)存在兩種方式—固有型和誘導(dǎo)型表達(dá)。兩種表達(dá)方式均具有組織特異性。禽類的β-防御素分布廣泛，可在雞、火雞、鴕鳥的血液，雞、火雞的上皮細(xì)胞，企鵝的胃上皮細(xì)胞存在。Gal-1存在于雞的骨髓、肺臟、法氏囊和皮膚，Gal-3可在舌、法氏囊、氣管、皮膚、食道、氣囊、大腸和腎臟等組織器官廣泛表達(dá)，Gal-2在肺、骨髓中表達(dá)。而火雞的GPV-1在其氣管上皮組織表達(dá)[11]。企鵝的Sphe-1與Sphe-2存在于其胃內(nèi)，其濃度在食物貯存期比消化期明顯地高，所以企鵝可以保持其胃內(nèi)食物至少2周不變質(zhì)，說明此兩種防御素在胃內(nèi)具有抗微生物作用[7]。禽類防御素的組織表達(dá)方式是禽先天性免疫機(jī)制選擇的結(jié)果，與其他動(dòng)物一樣，在抵抗外來微生物或者殺滅進(jìn)入體內(nèi)病原微生物的免疫防御中起重要作用。

3　禽類防御素的生物學(xué)活性

由于禽類異嗜性白細(xì)胞缺乏由超氧化物離子、過氧化氫和過氧化物酶組成的氧化機(jī)制，禽類則更多依賴非氧化機(jī)制(如溶菌酶、陽離子蛋白和肽)來抵抗外來微生物的侵襲與感染，維護(hù)機(jī)體健康。而β-防御素就是禽類先天性免疫的重要組成部分，不但在內(nèi)源性免疫中起重要作用，為機(jī)體抵御外界微生物侵襲的第一道屏障，在機(jī)體固有免疫防御中發(fā)揮著重要作用。β-防御素也具有廣譜抗致病性微生物活性，其抗菌譜分別為：Gal-1和Gal-1a抗白色念珠菌、大腸埃希菌、金黃色葡萄球菌、產(chǎn)單核細(xì)胞李氏桿菌[3]；Gal-2抗大腸埃希菌、產(chǎn)單核細(xì)胞李氏桿菌[3]；CHP-1、CHP-2與THP-1抗白色念珠菌、大腸埃希菌、波氏菌、腸炎沙門菌、傷寒沙門菌、空腸彎曲桿菌、雞毒支原體[2,4]；THP-3抗白色念珠菌、沙門菌、空腸彎曲桿菌[4]；OSP-2抗大腸埃希菌、金黃色葡萄球菌[6]；Sphe-2抗枯草芽孢桿菌、腸炎沙門菌、煙曲霉菌[7]。另有報(bào)道，禽異嗜白細(xì)胞肽可抑制大腸埃希菌、白色葡萄球菌、白色假絲酵母、沙雷氏菌屬的黏賽桿菌的生長(zhǎng)[12]。但僅有一些抗菌肽(如雞、火雞異嗜白細(xì)胞肽)具有抗白色念珠菌活性。與禽類β-防御素相比，人工合成的企鵝抗菌肽Sphe-2的抗菌譜較廣，不僅能夠抗除腐生葡萄球菌外所有試驗(yàn)的革蘭氏陽性菌，還具有抑制除E.coli 1106與弧菌metsnikovii外的所有革蘭氏陰性菌的生物學(xué)活性。Sphe-2也可抑制煙曲霉菌孢子的形成，但無抗假絲酵母活性。在低pH、企鵝胃內(nèi)容物的條件下，人工合成的Sphe-2也保持抗微生物活性。顯然，企鵝抗菌多肽的抗菌特性是在孵化期維持雄性企鵝食物新鮮的重要機(jī)制。

國內(nèi)外對(duì)禽類β-防御素的抗菌機(jī)制至今不統(tǒng)一，尚缺抗菌肽在細(xì)胞膜上直接作用的報(bào)道。其原因可能是抗菌肽是一類多肽，在膜的誘導(dǎo)下，構(gòu)象在瞬間發(fā)生劇烈變化，同時(shí)誘發(fā)細(xì)胞產(chǎn)生其他一系列的變化，但在技術(shù)水平上無法捕捉該瞬間產(chǎn)生的變化，因而無法判斷和評(píng)估。目前，較為公認(rèn)的禽類抗菌肽的作用機(jī)制是多肽的陽離子性和兩親性。首先，陽離子多肽通過與細(xì)胞膜上帶負(fù)電荷的細(xì)胞質(zhì)膜磷脂分子靜電吸引而吸附到細(xì)胞膜上；其次，抗菌肽分子中的疏水段借助分子中連接結(jié)構(gòu)的柔性插入細(xì)胞質(zhì)膜中；第三，抗菌肽分子的疏水、親水兩親性分子的α-螺旋插入膜內(nèi)，通過膜內(nèi)分子間的相互位移，使多個(gè)抗菌肽分子相互聚集、共同作用而形成離子通道，由此導(dǎo)致細(xì)菌失去膜勢(shì)，外界環(huán)境中的抗菌肽和多種物質(zhì)與水分進(jìn)入靶細(xì)胞，同時(shí)靶細(xì)胞內(nèi)容物泄漏導(dǎo)致死亡。

4　禽防御素的應(yīng)用與展望

禽類β-防御素與哺乳動(dòng)物防御素一樣具有廣譜抗微生物活性，其抗菌機(jī)理特殊，能穿透菌體細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，最終引起細(xì)菌死亡，并且致病細(xì)菌不易產(chǎn)生耐藥性，在畜牧業(yè)、食品加工業(yè)、醫(yī)療制藥等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。但目前禽防御素制備提純過程復(fù)雜，容易被酶降解，化學(xué)合成成本高，大大制約了其生產(chǎn)和運(yùn)用。隨著分子生物學(xué)以及基因工程學(xué)的迅猛發(fā)展，對(duì)其結(jié)構(gòu)及作用機(jī)理的研究不斷深入，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行高活性防御素的大量制備將成為可能，禽防御素也必將對(duì)人類生活產(chǎn)生巨大影響。

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（2011–07–03）

S852.4+4

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1007-1733(2011)07-0085-02