抗微生物肽及其與皮膚疾病相關(guān)的研究進(jìn)展

王丹萍 吳黎明

人抗微生物肽（antimicrobial peptides，AMPs）是一類具有殺菌和抑菌作用的寡肽或多肽，其中表達(dá)于皮膚的主要是人β-防御素-2（human β defensin-2，hBD-2）、hBD-3 和LL-37。它們作為天然免疫系統(tǒng)的一員，具有抗感染、促進(jìn)血管生成誘導(dǎo)傷口愈合、免疫調(diào)節(jié)和調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡等多種生物作用，同時也與銀屑病、玫瑰痤瘡、特應(yīng)性皮炎（atopic dermatitis，AD）和皮膚腫瘤的發(fā)生發(fā)展有關(guān)。本文對皮膚中的AMPs 的生物特性、疾病狀態(tài)及常見治療藥物對其影響作一綜述。

1 皮膚中AMPs 的來源、表達(dá)特征及生物作用

1.1 hBD-2 和hBD-3 hBD-2 和hBD-3 屬于人β-防御素類，hBD-2 主要表達(dá)在皮膚、胃腸道和呼吸道中，并且大量的存在于整個上皮細(xì)胞中，hBD-3 也主要表達(dá)于上皮細(xì)胞中[1]。研究證明，hBDs 對革蘭氏陰性、革蘭氏陽性細(xì)菌、包括人免疫缺陷病毒在內(nèi)的病毒和真菌等均具有抗菌活性[2-3]。對于兩者的抗菌機(jī)制，現(xiàn)已提出兩種模型理論。第一個“地毯模型”：hBDs 對病原體表面的調(diào)理作用可以改變跨膜的靜電電荷從而導(dǎo)致細(xì)胞壞死。第二個模型，即“孔隙模型”，認(rèn)為hBDs 可在微生物膜上形成孔狀缺損，使其中的離子和營養(yǎng)物排出，導(dǎo)致細(xì)胞壞死。在免疫學(xué)上，hBDs 能夠?qū)渫粻罴?xì)胞（dendritic cells，DC）、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和記憶T 細(xì)胞募集到炎癥部位，將固有免疫和適應(yīng)性免疫聯(lián)系到一起[4]。在這個框架中，hBD-2 是Toll 樣受體4（Toll-like receptors，TLR-4）的天然配體，因此可導(dǎo)致DC 成熟以及T 輔助細(xì)胞（T helper cell，Th）的增殖和存活。在這種情況下，一個有爭議的發(fā)現(xiàn)是Th17 相關(guān)細(xì)胞因子白細(xì)胞介素-22（interleukin-22，IL-22）可增強(qiáng)hBDs 表達(dá)的能力[5]。由于Th17 細(xì)胞在自身免疫性疾病過程中增加，因此，不能排除hBDs 在這些疾病的發(fā)生中有一定的致病作用[6]。體外研究發(fā)現(xiàn)，hBD3 可以誘導(dǎo)角質(zhì)形成細(xì)胞中細(xì)胞因子和趨化因子的表達(dá)，而hBD2則在成纖維細(xì)胞中可刺激細(xì)胞遷移，這兩種抗微生物肽的生物學(xué)作用對傷口愈合有著潛在的益處[7]。

1.2 LL-37 LL-37 是惟一人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的cathelicidins 家族抗菌肽，由其無活性前體—人陽離子抗菌肽-18（human cationic antimicrobial peptide-18，hCAP-18）經(jīng)絲氨酸蛋白酶3 和其他蛋白酶酶解后釋放出的一種有活性的含有37 個氨基酸的陽離子肽，因其N 端前兩個氨基酸殘基為亮氨酸（Leucine，L）而得名，主要來源于中性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞、單核細(xì)胞、自然殺傷（natural killer，NK）細(xì)胞、B 細(xì)胞、上皮細(xì)胞和角質(zhì)形成細(xì)胞[8]。含LL-37 的嗜酸性粒細(xì)胞對廣譜革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌、包膜病毒和真菌均具有很強(qiáng)的抗菌活性[9-11]。此外，它們通過阻斷與脂多糖結(jié)合蛋白的相互作用來中和內(nèi)毒素。對于其抗微生物活性的機(jī)制，現(xiàn)已提出三種假設(shè)模型。除上文中已經(jīng)闡明的“地毯和環(huán)形孔模型”，還有第三個模型，即“桶狀模型”，垂直結(jié)合在細(xì)胞膜中的肽作為桶，其中肽代表板條，以此殺滅病原體。LL-37 的免疫調(diào)節(jié)作用頗具爭議。LL-37 能加劇炎癥，在炎癥部位募集中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞，并導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子的釋放。另一方面，LL-37 也可以作用于TLR-4 的抗炎作用并促進(jìn)IL-10 釋放，顯示出強(qiáng)大的抗微生物活性。此外，LL-37 起著趨化因子的作用，能調(diào)節(jié)和刺激免疫系統(tǒng)的細(xì)胞[12]。LL-37 作為固有免疫和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)之間的橋梁，兩個免疫系統(tǒng)都會受到影響。通過直接相互作用或調(diào)節(jié)、刺激免疫系統(tǒng)，LL-37還可通過刺激血管生成和再上皮化，從而在傷口愈合中發(fā)揮作用[13]。LL-37 在中性粒細(xì)胞和上皮細(xì)胞中呈構(gòu)成性表達(dá)，而在皮膚中則呈誘導(dǎo)性表達(dá)。因此，不同刺激可對皮膚內(nèi)LL-37 的含量產(chǎn)生不同的影響。

2 不同皮膚病狀態(tài)下的AMPs 的表達(dá)

2.1 銀屑病 統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，大約30%的AD 患者皮膚有細(xì)菌或病毒感染，而銀屑病患者只有7%。銀屑病患者盡管在銀屑病皮損中存在皮膚屏障功能受損，但局部皮膚的感染率較低，一部分原因就是AMPs在這種疾病的一線防御的重要作用。有報(bào)道稱，hBD-2 在銀屑病患者的分化角質(zhì)形成細(xì)胞中有著顯著的上調(diào)，且其可通過激活小鼠中表達(dá)TLR-4 的皮膚免疫細(xì)胞來促進(jìn)瘙癢[14]。hBD-2 可以作為一種有效的內(nèi)源性瘙癢癥，可能為銀屑病瘙癢提供新的治療靶點(diǎn)。銀屑病皮損表皮淺層LL-37 的表達(dá)明顯升高，且與HBD-2 對金黃色葡萄球菌有協(xié)同抗菌作用。

2.2 AD AD 損傷皮膚中AMPs 表達(dá)減少，即AMPs表達(dá)和誘導(dǎo)的受損可能是導(dǎo)致特應(yīng)性皮膚易繼發(fā)感染的原因，特別是金黃色葡萄球菌。在AD 患者皮膚中缺少主要AMPs 誘導(dǎo)劑，如IL-1，IL-17 和IL-22。高水平的T 輔助細(xì)胞因子，如IL-4，IL-10 和IL-13可抑制AMPs 誘導(dǎo)，這可能解釋了與銀屑病相比AD的AMPs 水平較低的原因。但也有研究顯示，在AD急性加重患者中，RNA 酶-7 和hBD-2 的分泌水平高于慢性AD 患者[15]。這表明，升高的Th2 相關(guān)細(xì)胞因子不足以抑制急性AD 中RNA 酶-7，hBD-2 和hBD-3 類的AMPs 的誘導(dǎo)病變。與健康皮膚相比，AD和銀屑病患者皮損和正常皮膚中的AMPs 分泌量均增加且免疫反應(yīng)性增強(qiáng)。AMPs 的分泌與金黃色葡萄球菌定植或AD 的疾病嚴(yán)重程度無關(guān)。在實(shí)驗(yàn)時，正常皮膚屏障破壞時皮膚中AMPs 的免疫反應(yīng)性和分泌均增加。

2.3 玫瑰痤瘡 在外界因素如螨蟲、激素及紫外線照射的刺激下，激肽釋放酶5（kallikrein-5，KLK-5）的活性增強(qiáng)，角質(zhì)形成細(xì)胞的維生素D 激活，可導(dǎo)致cathelicidins 的表達(dá)增加。Cathelicidins 翻譯后加工障礙是玫瑰痤瘡發(fā)生的重要機(jī)制之一。近年研究發(fā)現(xiàn)，伊維菌素可通過抑制表皮中KLK-5 基因的表達(dá)來預(yù)防由LL-37 異常加工引發(fā)的玫瑰痤瘡的炎癥反應(yīng)[16]。這也為我們治療玫瑰痤瘡提了一種新的方法。

2.4 腫瘤最近研究發(fā)現(xiàn)，cathelicidins 有腫瘤監(jiān)測和抗腫瘤作用，但是也有報(bào)道其對腫瘤有促進(jìn)作用[17-19]。這可能是因?yàn)椴皇芸刂频脑鲋?，血管生成和?xì)胞凋亡的抑制。如最近有研究發(fā)現(xiàn)，在核轉(zhuǎn)錄因子κB（nuclear factor kappa B，NF-κB）信號通路中，LL-37 通過上調(diào)Y-box 結(jié)合蛋白1（Y box binding pro-tein 1，YB-1）促進(jìn)皮膚鱗狀細(xì)胞癌的存活和侵襲[20]。這些研究表明，LL-37 可以在誘導(dǎo)或殺死癌細(xì)胞中發(fā)揮重要作用，并可能為癌癥治療的發(fā)展提供新的途徑?，F(xiàn)已有研究證明，作為一種外源性的細(xì)菌素—乳鏈菌肽Z 可誘導(dǎo)鱗狀細(xì)胞癌[21]及黑素瘤細(xì)胞[22]凋亡并減少增殖，且可能對抗黑色素瘤轉(zhuǎn)移。乳鏈菌肽Z 作為替代癌癥治療具有很大的潛力。

3 皮膚科常用藥物對AMPs 的影響

3.1 外用他克莫司和潤膚劑 研究發(fā)現(xiàn)，AD 患者在應(yīng)用他克莫司或含神經(jīng)酰胺的潤膚劑后，兩個部位的平均經(jīng)皮水分丟失量都有所下降，而hBD-2 和LL-37 mRNA 表達(dá)均增加[23]。而且，使用他克莫司和潤膚劑的皮膚AMPs 變化，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。一般認(rèn)為，神經(jīng)酰胺為主的潤膚劑修復(fù)了細(xì)胞間缺乏的脂質(zhì)，從而減輕AD 患兒皮損癥狀，并將患兒病情的改善歸因于屏障功能的正?；?。然而，皮膚屏障功能的完善也能抑制引發(fā)和維持AD 細(xì)胞因子級聯(lián)反應(yīng)。這意味著潤膚劑不僅有助于皮膚水合作用，而且可以通過修復(fù)屏障功能來停止炎癥細(xì)胞因子的級聯(lián)反應(yīng)。

3.2 糖皮質(zhì)激素（glucocorticoids，GC）GC 是治療慢性炎癥性疾病的最有效方法之一。GC 可以減少免疫反應(yīng)，同時下調(diào)炎癥反應(yīng)。然而，最近的研究表明GC 可以通過影響抗AMPs 的表達(dá)來調(diào)節(jié)固有免疫[24]。該研究證明，地塞米松治療可下調(diào)人類單核細(xì)胞系中下列AMPs 的基因表達(dá)：cathelicidin，hBD-1，溶菌酶，乳鐵蛋白和分泌型白細(xì)胞蛋白酶抑制劑（secretory leu-koprotease inhibitor，SLPI）。同時，研究發(fā)現(xiàn)維生素D 可以增強(qiáng)皮膚角質(zhì)形成細(xì)胞的分化，促進(jìn)傷口愈合，減少炎癥，誘導(dǎo)cathelicidin 的產(chǎn)生[25]，降低特應(yīng)性[26]。因此，在治療時可以嘗試將維生素D3 與GC 聯(lián)合應(yīng)用，來減少GC 對AMPs 的抑制作用并協(xié)助先天免疫。這可能對使用GC 治療的炎癥性疾病有臨床意義。AD 患者皮膚中缺乏LL-37，由此可假設(shè)AD 與較低水平的維生素D 相關(guān)，這可能為AD 的一級預(yù)防提供思路[27]。體外實(shí)驗(yàn)研究顯示，地塞米松可抑制上皮細(xì)胞hBD-3 mRNA 表達(dá)，但不抑制hBD-2 mRNA 表達(dá)；也不影響單核吞噬細(xì)胞對hBD-2 mRNA 表達(dá)，但這些細(xì)胞不表達(dá)hBD-3 的mRNA[28]。

3.3 抗生素 AMPs 作為人體防護(hù)微生物的屏障之一，具有廣譜抗菌作用，我們在使用抗生素進(jìn)行抗感染治療也會對其產(chǎn)生影響。如交沙霉素及米諾環(huán)素對非淋菌性宮頸炎患者進(jìn)行治療后宮頸局部hBD-2和hBD-3 的mRNA 表達(dá)均有降低，且使用米諾環(huán)素的下降程度更明顯[29]。

4 小 結(jié)

由于AMPs 的廣譜抗微生物活性，低抗性率，促進(jìn)傷口愈合的活性，可用于治療細(xì)菌性皮膚感染和促進(jìn)傷口的恢復(fù)。但需要注意的是過高劑量或長期的使用可能導(dǎo)致銀屑病和玫瑰痤瘡等一系列皮膚慢性炎癥[30]。近來也有許多研究關(guān)注于AMPs 的免疫調(diào)節(jié)，及其在玫瑰痤瘡、皮膚腫瘤中的表達(dá)意義，為我們開發(fā)皮膚病臨床治療的新策略提供新的思路。