治療細(xì)菌感染的新策略：抗菌肽免疫調(diào)節(jié)療法

張東東

[摘 要]隨著細(xì)菌對(duì)抗菌藥物耐藥性的增加和蔓延，以及新抗生素的發(fā)現(xiàn)速度不斷下降，有必要探索新的策略用于防治細(xì)菌感染。免疫調(diào)節(jié)療法，是一種通過(guò)開(kāi)發(fā)利用宿主體內(nèi)的天然機(jī)制來(lái)提高治療功效的有希望的治療方式，其目的是引發(fā)或增強(qiáng)保護(hù)性的抗菌免疫同時(shí)限制炎癥誘發(fā)的組織損傷。天然抗菌肽作為一種潛在的免疫調(diào)節(jié)劑，不僅能增強(qiáng)先天性免疫反應(yīng)，而且還能選擇性地調(diào)節(jié)病原體引起的炎癥反應(yīng)，為人類的健康事業(yè)帶來(lái)新的曙光。

[關(guān)鍵詞]抗菌肽；免疫調(diào)節(jié)；細(xì)菌感染

中圖分類號(hào)：R967 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）14-0286-01

引言

人類從出生到死亡一直在與多種微生物進(jìn)行著抗?fàn)?，包括?duì)人類無(wú)致病性的共生微生物和病原微生物，病原微生物通常以宿主的免疫系統(tǒng)為目標(biāo)進(jìn)行攻擊，阻止其行使正常功能，然后引起機(jī)體感染。機(jī)體免疫力生理功能各方面的進(jìn)化常常隨著與這些微生物的抗?fàn)幵诓粩嘧兓?。研究者發(fā)現(xiàn)，根據(jù)需要適當(dāng)調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫反應(yīng)是一種有效的治療方法，比如可以阻止病原菌的感染、抑制自身免疫和炎癥反應(yīng)以及引起自發(fā)引起癌癥患者的抗癌免疫反應(yīng)。目前可用的免疫調(diào)節(jié)治療方式主要是用于抗感染，研究者們主要利用天然的免疫調(diào)節(jié)劑來(lái)糾正后天性或者先天性的免疫缺陷，而且他們也會(huì)使用輔助的治療來(lái)延長(zhǎng)抗生素或者抗病毒制劑的效用時(shí)間，比如干擾素或者接種的疫苗；最主要的是免疫佐劑，例如治療佐劑和疫苗佐劑，可以定向增強(qiáng)人類機(jī)體的免疫效用。

免疫調(diào)節(jié)的治療方式提供給我們一定的便利，我們可以通過(guò)以機(jī)體為靶點(diǎn)而非致病菌，免疫調(diào)節(jié)可以在最大程度上避免因?yàn)榧?xì)菌耐藥性進(jìn)化從而產(chǎn)生的選擇性壓力。長(zhǎng)時(shí)間來(lái)，通過(guò)疫苗來(lái)激活適應(yīng)性免疫依然會(huì)出現(xiàn)反彈的現(xiàn)象，此外，非特異性的天然先天免疫防御給我們了一些指示，就是這些免疫調(diào)節(jié)必須承擔(dān)得起針對(duì)許多致病菌的大范圍的保護(hù)能力，尤其是在高風(fēng)險(xiǎn)人群中的預(yù)防作用以及早期感染性疾病的識(shí)別和治療。然而不合適的先天免疫的激活會(huì)導(dǎo)致機(jī)體的前炎性反應(yīng)和組織損傷，因此成功的免疫調(diào)節(jié)治療需要控制好保護(hù)性免疫系統(tǒng)的刺激而不是增加機(jī)體的前炎性免疫反應(yīng)。

抗菌肽是先天免疫的保守組分，有廣泛的抗感染因子活性，不但是抗菌分子（甚至抗對(duì)常規(guī)抗生素耐藥菌株），而且對(duì)真菌、包膜病毒（如HIV、流感）、寄生性原蟲(chóng)及癌細(xì)胞等具有直接的殺傷活性?？咕目梢哉{(diào)節(jié)細(xì)胞的功能，例如趨化作用，基因轉(zhuǎn)錄，和細(xì)胞因子產(chǎn)生，和/或釋放。另外，這些肽可能參與傷口愈合和血管生成過(guò)程。值得注意的是，與常規(guī)抗生素相比細(xì)菌對(duì)抗菌肽產(chǎn)生耐藥性的機(jī)率更低，有希望進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)作為新的治療藥物。

1.細(xì)菌的細(xì)胞壁外膜成分激活先天免疫系統(tǒng)

宿主的免疫系統(tǒng)進(jìn)化出識(shí)別保守的細(xì)菌的分子模式，其中細(xì)菌的細(xì)胞壁外膜成分（在革蘭氏陰性菌中的脂多糖（LPS）和在革蘭氏陽(yáng)性菌中的脂磷壁酸（LTA））作為細(xì)菌感染的信號(hào)，由于細(xì)胞分裂或死亡，特別是對(duì)細(xì)菌感染的抗生素治療，導(dǎo)致它們從細(xì)菌中被釋放，這些成分作為病原相關(guān)模式分子（pathogen associated molecule patterns ，PAMPs）被模式識(shí)別受體（PRRs）識(shí)別，toll樣受體（TLR）就是其中之一。這些受體表達(dá)于先天免疫細(xì)胞，主要由單核吞噬細(xì)胞（例如單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞）誘導(dǎo)它們的活化，其特征是增加細(xì)胞的吞噬活性，分泌促炎細(xì)胞因子如腫瘤壞死因子α（TNF-α）、白細(xì)胞介素-6（IL-6）、干擾素β及誘導(dǎo)其他促炎蛋白合成，如誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）。

通過(guò)PAMPs激活免疫系統(tǒng)是有利的，并且有助于生物體召集所有的資源在正確的時(shí)間和地點(diǎn)以對(duì)抗入侵的病原體。然而，在一些情況下長(zhǎng)期和不受控制的激活使免疫系統(tǒng)全身性和長(zhǎng)期應(yīng)對(duì)。這種全身反應(yīng)的特點(diǎn)是血液中高促炎性細(xì)胞因子濃度，特別是TNF-α。TNF-α是導(dǎo)致內(nèi)毒素性休克病理效應(yīng)的主要介質(zhì)。表明亟需要一種新的藥劑可以中和LPS并消除其根源。

2.抗菌肽的體外抗菌機(jī)制

抗菌肽不僅是抗菌分子（甚至抗對(duì)常規(guī)抗生素耐藥菌株），而且對(duì)真菌、包膜病毒（如HIV、流感）、寄生性原蟲(chóng)及癌細(xì)胞等具有直接的殺傷活性。抗菌肽可作用于脂雙層作通過(guò)不同的機(jī)制使細(xì)胞死亡：（1）改變膜電勢(shì)；（2）形成跨膜孔；（3）修改膜脂電流分布伴隨膜結(jié)構(gòu)的去穩(wěn)定性；（4）觸發(fā)致死程序，如誘導(dǎo)自溶酶；（5）透膜后作用于細(xì)胞內(nèi)重要的靶點(diǎn)。

3.抗菌肽作為免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)劑

抗菌肽作為先天免疫系統(tǒng)的一部分，可調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)的每一步。它們能夠與適應(yīng)性免疫建立連接，引導(dǎo)宿主對(duì)抗入侵的保護(hù)性反應(yīng)。一些抗菌肽已經(jīng)被證實(shí)了與宿主的免疫相關(guān)的一系列促炎功能，例如LL-37和一些防御素被報(bào)道具有免疫調(diào)節(jié)活性，是局部炎癥的發(fā)展的組成部分?？咕哪軌虼龠M(jìn)傷口愈合和血管形成，在那里他們作為普通的的生長(zhǎng)因子促進(jìn)上皮細(xì)胞增殖，通過(guò)刺激巨噬細(xì)胞和上皮細(xì)胞表達(dá)趨化因子和細(xì)胞因子（例如白細(xì)胞介素-8和巨噬細(xì)胞趨化因子-1）?？咕暮推渌暮芸赡芙?jīng)由甲酰肽受體1促進(jìn)免疫細(xì)胞（例如肥大細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和T細(xì)胞淋巴細(xì)胞）趨化活性。

相對(duì)于這些活性，抗菌肽具有減少促炎反應(yīng)的能力，通過(guò)與細(xì)菌膜和細(xì)胞壁成分與病原體相關(guān)模式分子直接相互作用，使它們不可用模式識(shí)別受體，因此防止吞噬細(xì)胞的活化和促炎細(xì)胞因子的分泌。由此可見(jiàn)，抗菌肽是通過(guò)多方面機(jī)制、多個(gè)點(diǎn)干預(yù)保護(hù)宿主抵御微生物病原體。

抗菌肽除了在細(xì)胞因子調(diào)節(jié)、趨化活性和炎癥調(diào)節(jié)方面發(fā)揮作用外，它們通過(guò)與先天免疫橋接能調(diào)節(jié)適應(yīng)性免疫反應(yīng)或與適應(yīng)性免疫細(xì)胞直接相互作用。例如，LL-37不僅召集肥大細(xì)胞而且上調(diào)TLR-4表達(dá)，這種抗菌肽的表達(dá)是通過(guò)感染信號(hào)引起，這提高了肥大細(xì)胞識(shí)別入侵的細(xì)菌的能力。此外，以LL-37和LPS共刺激肥大細(xì)胞下調(diào)Th2細(xì)胞因子分化亞群的表達(dá)。

4.傷口修復(fù)和血管再生

抗菌肽除它們的直接抗菌活性和作為免疫調(diào)節(jié)劑功能之外，還能通過(guò)促進(jìn)傷口愈合幫助緩解損傷或感染。LL-37在表皮細(xì)胞再生和血管再生過(guò)程中具有重要的作用，直接作用于上皮細(xì)胞并在這些細(xì)胞中促進(jìn)增殖和和血管樣結(jié)構(gòu)形成。這種肽通過(guò)反式激活表皮生長(zhǎng)因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）誘導(dǎo)角化細(xì)胞發(fā)生顯著的遷移。在小鼠體內(nèi)經(jīng)由血管局部應(yīng)用LL-37的合成重組肽的P-LL-37可促進(jìn)由地塞米松誘導(dǎo)的損傷恢復(fù)。LL-37 和HNP 1-3也有助于呼吸道上皮的愈合與表皮生長(zhǎng)因子相互作用并激活細(xì)胞外絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號(hào)通路。HNP-1通過(guò)培養(yǎng)的成纖維細(xì)胞增加膠原蛋白I型的表達(dá)并下調(diào)間質(zhì)膠原酶的合成。

從無(wú)脊椎動(dòng)物中分離的大多數(shù)肽是非常有效的病原菌殺滅分子，在這些生物體內(nèi)缺少適應(yīng)性免疫反應(yīng)表明抗菌肽是無(wú)脊椎動(dòng)物防御反應(yīng)的必要成分。這些特性對(duì)尋找新的化合物或領(lǐng)域相當(dāng)具有吸引力，可用作研發(fā)治療藥物。另一方面，已經(jīng)作出一些嘗試以評(píng)估這些肽可能在哺乳動(dòng)物中的免疫調(diào)節(jié)活性。

5.細(xì)菌對(duì)抗菌肽的耐藥性

迄今為止，我們已經(jīng)討論了的抗菌肽的非常多樣化功能特性，但仍然未能涵蓋它們的殺菌機(jī)制和細(xì)菌對(duì)這些分子的耐藥機(jī)制，而這是抗菌肽潛在應(yīng)用作為藥物用于治療不可缺少的方面。值得注意的， 即使當(dāng)一些傳染性病原體進(jìn)化某些工具以抵抗這些分子的作用，然而在自然界所有生命中抗菌肽庫(kù)具有廣泛保守性，而且仍然有效。Steinberg等人證明，相對(duì)于傳統(tǒng)抗生素如諾氟沙星和慶大霉素致病菌對(duì)豬Protegrin PG-1更難產(chǎn)生耐藥性。因此，抗菌肽與常規(guī)抗生素相比產(chǎn)生耐藥性的機(jī)率更低。

結(jié)論

自20世紀(jì)80年代以來(lái)，對(duì)抗菌肽的認(rèn)識(shí)增加并持續(xù)增長(zhǎng)，因此，關(guān)于這些分子的潛在前景也已發(fā)生改變。前期，它們主要被考慮作為天然抗生素，它們的潛在用途僅限于感染性疾病的治療。此外，傳統(tǒng)觀念抗菌肽作為細(xì)胞的功能不穩(wěn)定性分子或作為成孔肽無(wú)特異性膜靶點(diǎn)。現(xiàn)在，抗菌肽不僅是廣譜天然抗生素具有廣譜作用機(jī)制，而且具有超出直接抗菌活性的廣譜生理功能。這些引導(dǎo)我們到一個(gè)新的廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域從治療細(xì)菌感染和非感染性疾病和病癥，到它們作為疫苗研發(fā)佐劑的適用性。另外，現(xiàn)在考慮通過(guò)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)基于生物膜滲透能力設(shè)計(jì)新型細(xì)胞內(nèi)的藥物。

盡管多肽具有作為新型治療藥物的諸多優(yōu)點(diǎn)，但是作為多肽藥物制劑研究上仍然面臨許多問(wèn)題與挑戰(zhàn)。這些問(wèn)題的焦點(diǎn)主要圍繞在解決多肽藥的穩(wěn)定性、毒性以及如何提高療效和降低生產(chǎn)成本提高產(chǎn)量等方面。相信隨著人們對(duì)抗菌肽作用機(jī)制研究的逐漸深入，以及新興科技與設(shè)備的不斷引入，諸多問(wèn)題終將迎刃而解，而抗菌肽最終會(huì)對(duì)人類的健康事業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

參考文獻(xiàn)

[1] Alba A， López-Abarrategui C， Otero-González AJ. Host defense peptides： an alternative as antiinfective and immunomodulatory therapeutics. Biopolymers. 2012；98（4）：251-67.

[2] Hancock RE， Nijnik A， Philpott DJ. Modulating immunity as a therapy for bacterial infections. Nat Rev Microbiol. 2012 Mar 16；10（4）：243-54.