抗菌肽在胰腺疾病中的作用及相關(guān)研究進(jìn)展

崔夢妍 趙夢琦 陸穎影

上海交通大學(xué)附屬第一人民醫(yī)院消化科，上海 200080

【提要】 抗菌肽是廣泛存在于人體內(nèi)的多肽類物質(zhì)，是機(jī)體固有免疫系統(tǒng)的重要組成部分，具有抗細(xì)菌、抗病毒、抗腫瘤以及免疫調(diào)節(jié)等多種生物學(xué)活性。研究表明抗菌肽與多種胰腺疾病有關(guān)，其在胰腺疾病的發(fā)生和發(fā)展以及治療中的作用也日益受到關(guān)注。本文就人體內(nèi)常見抗菌肽在胰腺疾病中的作用及相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

固有免疫系統(tǒng)是機(jī)體抵御外來病原菌侵襲的第一道屏障，而抗菌肽則是固有免疫系統(tǒng)的重要組成部分。人體腸道內(nèi)的抗菌肽與消化系統(tǒng)疾病密切相關(guān)，在炎癥性腸病和胃腸道炎癥過程中，抗菌肽有助于免疫細(xì)胞的募集和活化、細(xì)胞因子的產(chǎn)生以及炎癥反應(yīng)的調(diào)節(jié)。近年研究發(fā)現(xiàn)，抗菌肽在胰腺疾病的發(fā)生和發(fā)展中也有著舉足輕重的作用，并有可能成為胰腺疾病治療的突破口。本文就人體內(nèi)常見抗菌肽在胰腺疾病中的作用以及相關(guān)治療的研究進(jìn)展做一綜述。

一、概述

抗菌肽,又稱為宿主防御肽[1]，含12～50個氨基酸，分子質(zhì)量為10 000，因帶有精氨酸和賴氨酸殘基而具有陽離子性?？咕氖枪逃忻庖呦到y(tǒng)的重要組成部分[2]，具有廣譜抗菌作用，還能抑制真菌、寄生蟲、病毒和腫瘤細(xì)胞的活動[3]，且對多種耐藥菌有效，不易產(chǎn)生耐藥性[4]?？咕耐ǔΥ嬖诖蟮募?xì)胞質(zhì)顆粒中，之后釋放到小腸隱窩腔內(nèi)，并通過NF-κB、VDR、MAPK等多種信號通路發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用，從而為宿主防御功能提供支持[5]。人體內(nèi)的抗菌肽根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同可分為數(shù)10種，其中最多見的是防御素和cathelicidin相關(guān)抗菌肽(cathelin-related antimicrobial peptide,CRAMP)[6]。

1．防御素：防御素最先由Ganz等[7]于1980年分離、純化、明確其基因序列。目前, 在不同種屬的動物中發(fā)現(xiàn)了20余種結(jié)構(gòu)類似物，這些結(jié)構(gòu)類似物均富含半胱氨酸和半胱氨酸之間所形成的二硫鍵，被統(tǒng)稱為防御素，根據(jù)其分子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同分為α、β和θ3類，人體內(nèi)僅表達(dá)α-防御素和β-防御素[8]。其中α-防御素1、2、3主要由中性粒細(xì)胞分泌，故又稱為人中性粒細(xì)胞肽，α-防御素5、6主要由小腸潘氏細(xì)胞分泌。人腸道中α-防御素5 mRNA含量約為α-防御素6的4倍。另有研究發(fā)現(xiàn)，α-防御素5 mRNA 表達(dá)水平從空腸到回腸有逐漸增加的趨勢，并在回腸末端達(dá)到最高。α-防御素的抗菌活性主要通過穿透細(xì)菌和單細(xì)胞病原體的細(xì)胞膜引起病毒凝集、促進(jìn)其吞噬作用而實(shí)現(xiàn)[9]。β-防御素主要由上皮細(xì)胞和角質(zhì)形成細(xì)胞產(chǎn)生，抗菌作用與α-防御素類似，可抑制細(xì)菌細(xì)胞壁合成，另外可以通過與病毒的直接相互作用以及與靶細(xì)胞的間接相互作用而發(fā)揮抗病毒活性[10]。

2．CRAMP：CRAMP是抗菌肽家族的另一個主要成員，最初在中性粒細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，后來發(fā)現(xiàn)在上皮細(xì)胞和角質(zhì)形成細(xì)胞等多種細(xì)胞中均有表達(dá)[11]。Cathelicidin基因編碼的蛋白質(zhì)為hCAP-18，LL-37是該蛋白C端的37個氨基酸片段，是hCAP-18經(jīng)蛋白酶-3處理后的成熟形式[12]。CRAMP的抗菌譜與防御素相似，并且還對多種宿主細(xì)胞尤其是上皮細(xì)胞和免疫細(xì)胞發(fā)揮一定的調(diào)節(jié)作用。

3．其他抗菌肽：除防御素和CRAMP外，人體內(nèi)的抗菌肽還有鐵調(diào)素、肝素結(jié)合蛋白、天蠶素、蛙皮素等。Silva-Vaz等[13]發(fā)現(xiàn)，在AP癥狀出現(xiàn)48 h后，鐵調(diào)素是比CRP更好的預(yù)后指標(biāo)。Sjobeck等[14]的前瞻性研究發(fā)現(xiàn)，肝素結(jié)合蛋白有望成為AP發(fā)展至嚴(yán)重敗血癥的早期預(yù)測指標(biāo)。由此可見，雖然這些抗菌肽在人體內(nèi)的表達(dá)量較少，但仍具有較高的臨床價值。

二、抗菌肽在胰腺組織中的表達(dá)

抗菌肽在人體胰腺組織中的表達(dá)情況尚未完全明確。Stenwall等[15]發(fā)現(xiàn)，在正常胰腺組織中β-防御素1、4表達(dá)陰性，α-防御素1、4，β-防御素2、3，糖蛋白2，cathelicidin，再生胰島衍生蛋白3α(regenerating islet-derived protein 3-alpha, Reg3α)表達(dá)陽性，其中α-防御素1和糖蛋白2局限于胰腺外分泌組織中，α-防御素4和β-防御素3僅在胰島組織中表達(dá)，其余在胰島和外分泌組織中均有表達(dá)。同時，研究者發(fā)現(xiàn)胰腺炎癥組織中的抗菌肽表達(dá)顯著低于正常胰腺組織；β-防御素1在正常胰腺組織呈陰性表達(dá)，但在炎癥細(xì)胞浸潤的胰腺實(shí)質(zhì)內(nèi)呈陽性。另有學(xué)者通過蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)對胰腺癌患者的胰液蛋白質(zhì)組進(jìn)行了全面檢測，發(fā)現(xiàn)患者胰液中抗菌肽Reg3α過表達(dá)，并發(fā)現(xiàn)了與Reg3α相同度高達(dá)85%的另一新型蛋白質(zhì)，將其命名為胰腺炎相關(guān)蛋白2[16]。

三、抗菌肽在胰腺疾病中的作用

Huang等[17]發(fā)現(xiàn)，急性壞死性胰腺炎(acute necrotising pancreatitis, ANP)大鼠腸道微生物群紊亂，溶菌酶和α-防御素mRNA表達(dá)水平明顯下降，而血漿和回腸遠(yuǎn)端TNF-α、IL-1β和IL-17A的表達(dá)增加，腸屏障功能受損，表明在ANP過程中腸道微生物群紊亂和α-防御素的減少可能是導(dǎo)致腸屏障功能障礙的原因之一。也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，α-防御素5的獲得性缺陷可能是ANP過程中發(fā)生腸道細(xì)菌易位的重要原因[18]。Deng等[19]發(fā)現(xiàn)，較野生型小鼠，CRAMP基因缺陷型cnlp-/-ANP小鼠模型出現(xiàn)了更為嚴(yán)重的胰腺炎癥反應(yīng)。上述結(jié)果表明，無論是防御素還是CRAMP，抗菌肽在ANP的發(fā)生和發(fā)展中具有保護(hù)作用。Cunha等[20]發(fā)現(xiàn)，ANP大鼠腸道內(nèi)α-防御素5和α-防御素7表達(dá)均升高，且老齡大鼠的表達(dá)水平較低齡大鼠更高，這可能與老齡大鼠腸道屏障功能完整性存在缺陷，從而發(fā)生進(jìn)一步細(xì)菌易位有關(guān)。同時還發(fā)現(xiàn)即使老齡大鼠和低齡大鼠之間的全身炎癥反應(yīng)相似，但老齡大鼠的末端回腸局部炎癥更為嚴(yán)重，且預(yù)后更差，表明α-防御素可能在ANP病程發(fā)展中起著關(guān)鍵作用，且α-防御素的高表達(dá)在老齡大鼠中可能會介導(dǎo)發(fā)展為更嚴(yán)重的局部炎癥。Tiszlavicz等[21]研究發(fā)現(xiàn)，人β-防御素1和β-防御素2的基因變異可能是發(fā)生SAP的風(fēng)險因素，而β-防御素4變異基因的高拷貝數(shù)可能預(yù)示著更為嚴(yán)重的預(yù)后，這一觀點(diǎn)與上述的研究結(jié)果相符。顯然，在SAP病程中抗菌肽具有非常有效的保護(hù)作用，但當(dāng)抗菌肽編碼基因突變時，可能會加重腸道局部損傷導(dǎo)致不良預(yù)后，因此抗菌肽對AP炎癥過程的多重影響仍需進(jìn)一步研究證實(shí)。

抗菌肽在CP中也存在一定的作用。Pausch等[22]研究發(fā)現(xiàn)，與正常胰腺組織相比，CP中α-防御素1升高，通過CD15免疫組織化學(xué)染色發(fā)現(xiàn)，α-防御素1的升高與組織局部的促炎細(xì)胞因子的表達(dá)相關(guān)，這表明α-防御素1可能與CP的病程及發(fā)展相關(guān)。

一些研究表明抗菌肽具有抗腫瘤作用。α-防御素1、2、3可以作為腫瘤標(biāo)志物，小劑量的α-防御素可以促進(jìn)腫瘤的增長，而大劑量的α-防御素卻可以裂解并殺死腫瘤細(xì)胞。然而不同的研究發(fā)現(xiàn)同一基因編碼的不同種類的抗菌肽對胰腺癌表現(xiàn)出不一樣的作用。王雪等[23]對cathelicidin基因編碼的多肽BF-30在鼠源胰腺癌細(xì)胞Panc02的體外抗腫瘤作用中的活性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)BF-30可穿透細(xì)胞膜，進(jìn)而結(jié)合基因組DNA，并抑制Panc02細(xì)胞遷移和增殖。但Sainz等[24]的研究卻發(fā)現(xiàn)，cathelicidin基因編碼的hCAP-18/LL-37能促進(jìn)胰腺腫瘤的發(fā)生和發(fā)展，hCAP-18/LL-37在晚期原發(fā)性和繼發(fā)性胰腺導(dǎo)管腺癌的腫瘤基質(zhì)中強(qiáng)烈表達(dá)，重組LL-37通過甲酰肽受體2(formyl peptide receptor, FPR2)和P2X嘌呤受體7受體(P2X purinoceptor 7 recombinant protein, P2X7R)依賴性地增強(qiáng)胰腺腫瘤干細(xì)胞相關(guān)基因的表達(dá)、自我更新、侵襲和致瘤性。而通過敲除小鼠的cathelicidin基因或通過藥理學(xué)抑制FPR2和P2X7R受體則可以抑制腫瘤的發(fā)生。

四、抗菌肽在胰腺疾病治療中的應(yīng)用

圍繞調(diào)控腸道抗菌肽的相關(guān)通路有學(xué)者做了進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用MAPK抑制劑的干預(yù)組大鼠體內(nèi)α-防御素7的表達(dá)水平較ANP組高，且干預(yù)組大鼠的胰腺組織病理學(xué)評分較ANP組明顯下降，表明p38MAPK信號通路調(diào)控α-防御素7的表達(dá)減少可能與ANP的病情進(jìn)展有關(guān)[25]。α-防御素7表達(dá)減少可導(dǎo)致組織炎癥性損傷，繼而破壞腸道免疫屏障，引發(fā)腸道感染，甚至可能出現(xiàn)胰腺壞死以及全身炎癥反應(yīng)綜合征，造成器官功能衰竭等不良結(jié)局?？梢姡钄鄍38MAPK信號通路從而調(diào)控α-防御素7的表達(dá)水平可能成為SAP治療的突破口。

隨著AP發(fā)病率的升高，便捷可行的預(yù)防措施越來越受到患者的關(guān)注。Xiong等[26]研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充秋葵果膠(okra pectin, OP)或粗秋葵果膠(crude okra pectin, COP)能抑制胰腺促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生，并能上調(diào)β-防御素1和CRAMP，結(jié)腸組織學(xué)檢查也證實(shí)OP或COP可以有效維持腸道屏障功能。另有研究發(fā)現(xiàn)低甲氧果膠(low-methoxyl pectin, LMP)也可以發(fā)揮類似作用[27]。這些研究表明，膳食OP、LMP補(bǔ)充劑均可以上調(diào)腸道抗菌肽，有效改善腸道損傷并減輕由AP引發(fā)的炎癥反應(yīng)，二者可作為AP和相關(guān)腸損傷的有效營養(yǎng)干預(yù)措施。另有學(xué)者發(fā)現(xiàn)膳食補(bǔ)充桿菌肽酶能有效預(yù)防CP，枯草芽孢桿菌所分泌的桿菌肽酶可上調(diào)腸道中的抗菌肽，并可降低胰腺中的炎癥細(xì)胞因子(干擾素γ，IL-2、4、5、10、13)和免疫球蛋白，保護(hù)胰腺和腸道區(qū)域，并幫助其恢復(fù)功能[28]，因而通過膳食補(bǔ)充桿菌肽酶調(diào)節(jié)腸道抗菌肽和炎癥細(xì)胞因子可能會成為維持胰腺健康和預(yù)防CP的有效方法。

已有研究發(fā)現(xiàn)K-ras突變型胰腺癌細(xì)胞可顯示出強(qiáng)烈的巨胞飲作用，該胞飲過程可用于抗癌靶向療法的設(shè)計中。Du等[29]的研究發(fā)現(xiàn)，定制包含β-防御素2和人血清白蛋白的重組防御素對K-ras突變型細(xì)胞的細(xì)胞毒性強(qiáng)于對野生型細(xì)胞的細(xì)胞毒性，且該重組防御素能抑制癌細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)線粒體途徑凋亡。劉文娟等[30]制備的包含α-防御素5、利達(dá)霉素輔基蛋白(lidamycin apoprotein,LDP)和表皮生長因子受體配體寡肽(EGFR-directing ligand peptide, Ec)的防御素融合蛋白Ec-LDP-D5可以與高表達(dá)EGFR的PNAC1和ASPC胰腺癌細(xì)胞相結(jié)合，從而對胰腺癌細(xì)胞產(chǎn)生強(qiáng)烈的殺傷活性和誘導(dǎo)凋亡能力。提示上述重組類防御素可能在胰腺癌靶向治療中發(fā)揮積極作用，這也為未來胰腺癌的治療提供了新思路。

綜上所述，抗菌肽是廣泛存在于人體內(nèi)的多肽類物質(zhì)，是固有免疫系統(tǒng)中的重要組成部分，具有廣譜殺菌作用和抑制真菌、寄生蟲、病毒和腫瘤細(xì)胞等多種生物學(xué)活性。在胰腺疾病中抗菌肽的表達(dá)量出現(xiàn)變化提示其在胰腺疾病的進(jìn)展中發(fā)揮一定的作用，但其中的多重影響仍不明確，需更多的基礎(chǔ)與臨床研究進(jìn)一步探討。

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