沈 亮

(德州学院生物系功能大分子山东省重点实验室，山东德州253023)

抗菌肽(antimicrobial peptides，AMPs)是自然条件下生物体产生的L 型多肽，是由氨基酸组成的寡肽，具有多种不同的生物学效应。随着研究的不断深入，抗菌肽和某些人类皮肤疾病之间的关系逐渐成为具有吸引力的领域之一。

1 皮肤抗菌肽的特点及分类

皮肤是人体防御病原微生物的第一道重要屏障。在皮肤上发现的抗菌肽是一类具有除菌功能的小分子物质［1］。其典型特征是氨基酸序列长度在12 ～50 以内，并且同时含有疏水和亲水两性基团。目前数据统计，已经在皮肤上发现了20 多种抗菌肽。阳离子凯萨林抗菌素(cathelicidins)、防御素(defensins)，和阴离子人汗腺抗菌素(dermicidins，DCD)是文献中主要描述的3 大类抗菌肽。这些寡肽能破坏微生物的细胞膜，刺激和加强宿主的先天性免疫和特异性免疫，具有广谱的抗细菌活性，是人体先天免疫的重要组成部分，并且对病毒和真菌具有同样杀伤作用，是第一道防线上阻止潜在病原体入侵的最直接力量［2-3］。此外，研究表明皮肤抗菌肽具有较低的细菌耐药性，因此很有希望成为替代传统抗生素的治疗药物。

2 抗菌肽的作用及生理活性机制的研究

2.1 防御素和凯萨林抗菌素

目前抗菌肽在皮肤免疫中的作用被广泛的研究，其中防御素和凯萨林抗菌素受到最多关注。防御素是抗菌肽主要的家族之一，属阳离子抗菌肽，大致可分为α 型和β 型。α-防御素又可分为两种类型，一类是最早在中性粒细胞的颗粒中发现的主要存在于感染部位的防御素，如:人中性粒细胞肽(human neutrophil peptide，HNP)1 ～4;另一类是普遍存在的肠道潘纳斯细胞的防御素，如人类α-防御素-5(human α-defensin-5，hD5)和hD6。β-防御素主要是由包括皮肤在内的各种上皮组织细胞产生的，最典型的是人β-防御素(human β-defensin，hBD)1 ～3。β-防御素可诱导细胞增殖和迁移，具有促进伤口愈合的功能。研究表明，hBD-3 水平低，金黄色葡萄球菌感染就更严重，而hBD-2 的水平对感染的严重程度没有影响［4］。

凯萨林素是皮肤上另外一个主要的抗菌肽族群。它们可以破坏细菌、真菌和病毒的外膜结构，还具有多种免疫调节活性。同防御素类似，它们可以促进细胞迁移，协调多种炎性反应。人类和小鼠3号染色体上的单基因控制凯萨林抗菌素的表达，其表达产物人阳离子抗菌蛋白-18(human cationic antimicrobial protein 18，hCAP-18)是中性粒细胞颗粒中主要的成分，中性粒细胞中的蛋白酶的水解作用导致了LL-37(由37 个氨基酸残基组成，两端均为亮氨酸残基，是人体内唯一的凯萨林素)的产生［5］。红斑狼疮，银屑病，特应性皮炎等会引起LL-37 的产生，如果患者皮肤上缺少了正常的凯萨林素，病情就会加重。已经证明LL-37 对革兰氏阳性和阴性菌都具有广谱杀菌活性［6］。

皮肤上LL-37 需要炎性反应诱导才能表达，高盐浓度的环境能抑制很多防御素的活性，但LL-37却不受影响。在免疫调节特性方面，凯萨林素能够通过与脂多糖分子的结合，释放肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor，TNF-α)［5］。

特应性皮肤炎性反应的患者容易出现细菌或病毒反复感染，其中以金黄色葡萄球菌的感染最为常见。已经证明这种易感状态是由于hBD-2、hBD-3、LL-37，以及人汗腺抗菌素DCD 的表达减少引起的［7］。但是，银屑病和红斑狼疮等皮肤炎症患者LL-37 和hBD-2 高水平表达，很少再感染其他的皮肤疾病［7］。这些事实表明，抗菌肽的位置是处于先天性免疫的最前沿，尤其是当皮肤防御的机械屏障失败时，抗菌肽在皮肤上过度表达可以为机体提供最强的保护。

2.2 其他抗菌肽

其他类型的抗菌肽包括:人汗腺抗菌素DCD、各种趋化因子、人LAK 细胞(lymphocyte activated killer cells)免疫效应分子(high mobility group chromosomal proteinN2，HMGN2)［2］、蛋白酶抑制因子、神经肽等。银屑病因子psoriasin(S100A7)是一种由病灶部位角化细胞释放的抗菌肽，属于先天免疫的一种形式，其作用是限制健康皮肤上细菌的生长，皮肤炎症可以诱导其产生。近期的研究已经证明其抗菌活性与浓度相关。在低浓度下psoriasin 主要的作用目标是大肠杆菌，在高浓度时作用目标变成了铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌［8］。并且psoriasin、hBD-2、ribonuclease 7(RNase 7)和S100A14 (具有和psoriasin 非常相似的基因)在银屑病患者的皮肤上得到高水平的表达。

3 微生物对抗菌肽的耐药机制的研究

微生物对抗菌肽的耐药性较低，使它们成为对抗微生物耐药的一个潜在的解决方案。但是，尽管如此，细菌仍然在选择压力下进化出了对抗抗菌肽的机制，包括细菌表面的电荷修饰、细胞内抗菌肽物质的加速外运、抗菌肽的水解等。

研究细菌对抗菌肽的耐药机制，首先要清楚抗菌肽攻击细菌细胞膜的原理。目前认为阳离子抗菌肽和细菌细胞膜外表面的主要脂质阴离子(如磷脂酰甘油和心磷脂)之间的静电作用是其抗菌功效的基础［9-10］。真核微生物细胞膜主要是由中性磷脂组成的，所以阳离子抗菌肽很难将其破坏。但是，携带疏水、亲水两性基团的抗菌肽能够和真菌细胞膜相互作用，造成膜穿孔从而引起膜的破坏，此类抗菌肽甚至可以穿过细胞膜直接对细胞内的靶点进行攻击［5，10］。因此，一些细菌的耐药机制就是细胞膜的重构，但对微生物来说这是一种高耗能低效率的选择［11］。

微生物的另一种耐药机制是减少细胞膜上的负电荷。这在疾病过程中具有重要意义，如慢性肉芽肿病中防御素的含量要占到中性白细胞颗粒含量的50%，避免防御素的攻击，病原体存活的概率就会大幅提高［12］。含有荚膜的微生物病原体拥有天然的对防御素的抵抗机制，如肺炎克雷伯菌，肺炎链球菌，铜绿假单胞菌，由于其荚膜含有负电荷，能代替细胞膜同阳离子防御素结合，从而阻止抗菌肽对其细菌细胞膜的攻击［13］。

4 人工合成抗菌肽

人工合成药物的优点是，吸收快、疗效明显、稳定性好、毒性小，还有生产成本能够被精确控制［14］。抗菌肽的人工合成具有独一无二的优势，通过简单的氨基酸取代，就可以使多肽的皮肤渗透能力显著增加。再有，抗菌肽是仅包含简单的氨基酸的寡肽序列(十肽甚至更短)，因此相对于传统的抗生素类药物，其生产成本更低［15］。另外，寡肽的稳定性可以通过添加酰基增加疏水结构域来实现。在化学结构中同时保留疏水和亲水两性基团，有利于破坏微生物的细胞膜［16］。因此，人工合成的抗菌肽在皮肤疾病的治疗中已经成为非常具有吸引力的候选药物。培西加南(pexiganan)和奥米加南(omiganan)这两种宿主源性抗菌肽已经进入3 期临床实验阶段［10］。

5 抗菌肽在皮肤病治疗中存在的问题及展望

目前，距离抗菌肽真正在治疗中得到广泛应用还存在着一些必须要克服技术障碍。这些障碍包括:药代动力学不够理想、研发成本较高、体内抗菌活性不稳定、毒副作用、长期使用的影响不明确、可能会引发不必要的炎性反应等。但是，有一点是可以肯定，无论是人工合成的还是天然的抗菌肽，对皮肤病都有广泛的治疗意义。抗菌肽本身具有的优点，使其成为一种最有可能替代传统的抗生素抗菌的治疗模式，这种具有生物活性的寡肽是新型治疗药物的代表，可以预见在不远的将来会给包括皮肤病在内的许多疾病的预防和治疗带来革命性转变。

［1］Zhang R，Zhou M，Wang L，et al.Phylloseptin-1 (PSN-1)from phyllomedusa sauvagei skin secretion:A novel broadspectrum antimicrobial peptide with antibiofilm activity［J］.Mol Immunol，2010，47:2030-2037.

［2］张敏，冯云.人单核细胞系THP-1 中HMGN2 的分离纯化及其抗菌活性［J］.基础医学与临床，2013，33:156-160.

［3］Fulmer PA，Lundin JG，Wynne JH.Development of antimicrobial peptides (AMPs)for use in self-decontaminating coatings［J］.ACS Appl Mater Interfaces，2010，2:1266-1270.

［4］Zanger P，Holzer J，Schleucher R，et al.Severity of staphylococcus aureus infection of the skin is associated with inducibility of human β-defensin 3 but not human β-defensin 2［J］.Infect Immun，2010，78:3112-3117.

［5］Guaní-Guerra E，Santos-Mendoza T，Lugo-Reyes SO，et al.Antimicrobial peptides:general overview and clinical implications in human health and disease［J］.Clin Immunol，2010，135:1-11.

［6］Kanthawong S，Bolscher JG，Veerman EC，et al.Antimicrobial activities of LL-37 and its truncated variants against Burkholderia thailandensis［J］.Int J Antimicrob Agents，2010，36:447-452.

［7］Park JH，Park GT，Cho IH，et al.An antimicrobial protein，lactoferrin exists in the sweat:proteomic analysis of sweat［J］.Exp Dermatol，2011，20:369-371.

［8］Gläser R，Meyer-Hoffert U，Harder J，et al.The antimicrobial protein psoriasin (S100A7)is upregulated in atopic dermatitis and after experimental skin barrier disruption［J］.J Invest Dermatol，2010，129:641-649.

［9］王兴顺，耿艺介，邓建平，等.抗菌肽抗菌机制及其应用研究进展［J］.微生物学免疫学进展，2012，40:70-77.

［10］Fjell CD，Hiss JA，Hancock RE，et al.Designing antimicrobial peptides:form follows function［J］.Nat Rev Drug Discov，2011，11:37-51.

［11］Baltzer SA，Brown MH.Antimicrobial peptides:promising alter-natives to conventional antibiotics［J］.J Mol Microbiol Biotechnol，2011，20:228-235.

［12］Farwick M，Grether-Beck S，Marini A，et al.Bioactive tetrapeptide GEKG boosts extracellular matrix formation:in vitro and in vivo molecular and clinical proof［J］.Exp Dermatol，2011，20:602-604.

［13］Llobet E，Tomá s JM，Bengoechea JA.Capsule polysaccharide is a bacterial decoy for antimicrobial peptides［J］.Microbiology，2008，154:3877-3886.

［14］杨丽敏，黄燕，张日俊.新抗菌肽设计及活性与功能预测［J］.计算机与现代化，2013，2:138-142.

［15］Lee SH，Kim SJ，Lee YS，et al.De novo generation of short antimicrobial peptides with simple amino acid composition［J］.Regul Pept，2011，166:36-41.

［16］Findlay B，Zhanel GG，Schweizer F.Cationic amphiphiles，a new generation of antimicrobials inspired by the natural antimicrobial peptide scaffold［J］.Antimicrob Agents Chemother，2010，54:4049-4058.