抗微生物肽及其與皮膚疾病相關的研究進展

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的一員，具有抗感染、促進血管生成誘導傷口愈合、免疫調節和調節細胞凋亡等多種生物作用，同時也與銀屑病、玫瑰痤瘡、特應性皮炎（atopic dermatitis，AD）和皮膚腫瘤的發生發展有關。本文對皮膚中的AMPs 的生物特性、疾病狀態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 主要表達在皮膚、胃腸道和呼吸道中，并且大量的存在于整個上皮細胞中，hBD-3 也主要表達于上皮細胞中[1]。研究證明，hBDs 對革蘭氏陰性、革蘭氏陽性細菌、包括人免疫缺陷病毒在內的病毒和真菌等均具有抗菌活性[2-3]。對于兩者的抗菌機制，現已提出兩種模型理論。第一個“地毯模型”：hBDs 對病原體表面的調理作用可以改變跨膜的靜電電荷從而導致細胞壞死。第二個模型，即“孔隙模型”，認為hBDs 可在微生物膜上形成孔狀缺損，使其中的離子和營養物排出，導致細胞壞死。在免疫學上，hBDs 能夠將樹突狀細胞（dendritic cells，DC）、單核細胞、巨噬細胞和記憶T 細胞募集到炎癥部位，將固有免疫和適應性免疫聯系到一起[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，因此可導致DC 成熟以及T 輔助細胞（T helper cell，Th）的增殖和存活。在這種情況下，一個有爭議的發現是Th17 相關細胞因子白細胞介素-22（interleukin-22，IL-22）可增強hBDs 表達的能力[5]。由于Th17 細胞在自身免疫性疾病過程中增加，因此，不能排除hBDs 在這些疾病的發生中有一定的致病作用[6]。體外研究發現，hBD3 可以誘導角質形成細胞中細胞因子和趨化因子的表達，而hBD2則在成纖維細胞中可刺激細胞遷移，這兩種抗微生物肽的生物學作用對傷口愈合有著潛在的益處[7]。

1.2 LL-37 LL-37 是惟一人體內發現的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胞、肥大細胞、單核細胞、自然殺傷（natural killer，NK）細胞、B 細胞、上皮細胞和角質形成細胞[8]。含LL-37 的嗜酸性粒細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的抗菌活性[9-11]。此外，它們通過阻斷與脂多糖結合蛋白的相互作用來中和內毒素。對于其抗微生物活性的機制，現已提出三種假設模型。除上文中已經闡明的“地毯和環形孔模型”，還有第三個模型，即“桶狀模型”，垂直結合在細胞膜中的肽作為桶，其中肽代表板條，以此殺滅病原體。LL-37 的免疫調節作用頗具爭議。LL-37 能加劇炎癥，在炎癥部位募集中性粒細胞和單核細胞，并導致促炎細胞因子的釋放。另一方面，LL-37 也可以作用于TLR-4 的抗炎作用并促進IL-10 釋放，顯示出強大的抗微生物活性。此外，LL-37 起著趨化因子的作用，能調節和刺激免疫系統的細胞[12]。LL-37 作為固有免疫和適應性免疫系統之間的橋梁，兩個免疫系統都會受到影響。通過直接相互作用或調節、刺激免疫系統，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揮作用[13]。LL-37 在中性粒細胞和上皮細胞中呈構成性表達，而在皮膚中則呈誘導性表達。因此，不同刺激可對皮膚內LL-37 的含量產生不同的影響。

2 不同皮膚病狀態下的AMPs 的表達

2.1 銀屑病 統計發現，大約30%的AD 患者皮膚有細菌或病毒感染，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。有報道稱，hBD-2 在銀屑病患者的分化角質形成細胞中有著顯著的上調，且其可通過激活小鼠中表達TLR-4 的皮膚免疫細胞來促進瘙癢[14]。hBD-2 可以作為一種有效的內源性瘙癢癥，可能為銀屑病瘙癢提供新的治療靶點。銀屑病皮損表皮淺層LL-37 的表達明顯升高，且與HBD-2 對金黃色葡萄球菌有協同抗菌作用。

2.2 AD AD 損傷皮膚中AMPs 表達減少，即AMPs表達和誘導的受損可能是導致特應性皮膚易繼發感染的原因，特別是金黃色葡萄球菌。在AD 患者皮膚中缺少主要AMPs 誘導劑，如IL-1，IL-17 和IL-22。高水平的T 輔助細胞因子，如IL-4，IL-10 和IL-13可抑制AMPs 誘導，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 相關細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性增強。AMPs 的分泌與金黃色葡萄球菌定植或AD 的疾病嚴重程度無關。在實驗時，正常皮膚屏障破壞時皮膚中AMPs 的免疫反應性和分泌均增加。

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，角質形成細胞的維生素D 激活，可導致cathelicidins 的表達增加。Cathelicidins 翻譯后加工障礙是玫瑰痤瘡發生的重要機制之一。近年研究發現，伊維菌素可通過抑制表皮中KLK-5 基因的表達來預防由LL-37 異常加工引發的玫瑰痤瘡的炎癥反應[16]。這也為我們治療玫瑰痤瘡提了一種新的方法。

2.4 腫瘤最近研究發現，cathelicidins 有腫瘤監測和抗腫瘤作用，但是也有報道其對腫瘤有促進作用[17-19]。這可能是因為不受控制的增殖，血管生成和細胞凋亡的抑制。如最近有研究發現，在核轉錄因子κB（nuclear factor kappa B，NF-κB）信號通路中，LL-37 通過上調Y-box 結合蛋白1（Y box binding pro-tein 1，YB-1）促進皮膚鱗狀細胞癌的存活和侵襲[20]。這些研究表明，LL-37 可以在誘導或殺死癌細胞中發揮重要作用，并可能為癌癥治療的發展提供新的途徑。現已有研究證明，作為一種外源性的細菌素—乳鏈菌肽Z 可誘導鱗狀細胞癌[21]及黑素瘤細胞[22]凋亡并減少增殖，且可能對抗黑色素瘤轉移。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 研究發現，AD 患者在應用他克莫司或含神經酰胺的潤膚劑后，兩個部位的平均經皮水分丟失量都有所下降，而hBD-2 和LL-37 mRNA 表達均增加[23]。而且，使用他克莫司和潤膚劑的皮膚AMPs 變化，差異無統計學意義。一般認為，神經酰胺為主的潤膚劑修復了細胞間缺乏的脂質，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和維持AD 細胞因子級聯反應。這意味著潤膚劑不僅有助于皮膚水合作用，而且可以通過修復屏障功能來停止炎癥細胞因子的級聯反應。

3.2 糖皮質激素（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，同時下調炎癥反應。然而，最近的研究表明GC 可以通過影響抗AMPs 的表達來調節固有免疫[24]。該研究證明，地塞米松治療可下調人類單核細胞系中下列AMPs 的基因表達：cathelicidin，hBD-1，溶菌酶，乳鐵蛋白和分泌型白細胞蛋白酶抑制劑（secretory leu-koprotease inhibitor，SLPI）。同時，研究發現維生素D 可以增強皮膚角質形成細胞的分化，促進傷口愈合，減少炎癥，誘導cathelicidin 的產生[25]，降低特應性[26]。因此，在治療時可以嘗試將維生素D3 與GC 聯合應用，來減少GC 對AMPs 的抑制作用并協助先天免疫。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AD 與較低水平的維生素D 相關，這可能為AD 的一級預防提供思路[27]。體外實驗研究顯示，地塞米松可抑制上皮細胞hBD-3 mRNA 表達，但不抑制hBD-2 mRNA 表達；也不影響單核吞噬細胞對hBD-2 mRNA 表達，但這些細胞不表達hBD-3 的mRNA[28]。

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

4 小 結

由于AMPs 的廣譜抗微生物活性，低抗性率，促進傷口愈合的活性，可用于治療細菌性皮膚感染和促進傷口的恢復。但需要注意的是過高劑量或長期的使用可能導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注于AMPs 的免疫調節，及其在玫瑰痤瘡、皮膚腫瘤中的表達意義，為我們開發皮膚病臨床治療的新策略提供新的思路。