抗菌肽LL-37 与皮肤病的相关性研究

陈晋广 蔡天国 林兰英 郑昌竹

抗菌肽(antibacterial peptide，AMPs)是一类广泛存在于细菌、哺乳动物等多种生物体中的内源性杀菌多肽，参与机体的固有免疫反应。LL-37因N端前两个氨基酸残基为亮氨酸(L)、含有37个氨基酸残基而得名，是目前在人体内发现的惟一的cathelicidins家族抗菌肽, 主要表达于角质形成细胞、某些腺体和巨噬细胞、淋巴细胞、中性粒细胞等免疫细胞中。目前在人类皮肤发现AMPs主要有cathelicidins家族和防御素(defensins)家族，具有广谱的抗菌、抗病毒、抗肿瘤等生物学活性[1]。近年来的研究发现,LL-37 的作用远不仅有杀菌作用, 而且在获得性免疫中细胞因子的释放、免疫细胞的趋化和炎症性疾病的发生发展中也起着关键的作用[2,3]。当机体出现创伤、炎症、感染时，在丝氨酸蛋白酶-3和其他蛋白水解酶的作用下，机体会生成活性抗菌肽LL-37，参与机体的防御反应[4]。皮肤作为人体天然免疫的第一道防线，多种细胞如皮脂腺细胞、角质形成细胞等可产生AMPs。本文就LL-37在皮肤病领域的相关研究进展作一综述。

1 抗感染作用

正常人体皮肤中LL-37的表达很少，当受到炎症、感染、外伤等外界刺激时，皮损局部的角质形成细胞和单核细胞、中性粒细胞、淋巴细胞等可产生大量的LL-37则呈现高表达状态。大量研究发现，LL-37具有抗菌谱广，不易产生耐药菌株等特点，对金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(Methicillin resistant staphylococcus aureus, MRSA) 、耐万古霉素屎肠球菌、耐万古霉素粪肠球菌及鼠伤寒沙门菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌、普通变形杆菌等，均表现出较强的抗菌活性[5]。LL-37在其表面的疏水性基团和净正电荷作用下,以α螺旋插入微生物膜，通过破坏致病菌膜的完整性发挥杀菌效应，其抗菌活性与α螺程度及所带净正电荷多少有关。将铜绿假单胞菌和大肠埃希菌共培养标本中加入LL-37发现，细菌的生长受到抑制，且LL-37抗菌效应与其浓度成正相关；而在铜绿假单胞菌和大肠埃希菌培养前预先加入抗LL-37抗体时，发现骨髓干细胞抗菌作用消失，研究认为通过分泌LL-37是骨髓干细胞发挥抗菌的作用机制之一[6]。另外LL-37还可通过激活、募集中性粒细胞、T淋巴细胞、单核细胞以及增强巨噬细胞吞噬等发挥抗菌作用[7]。体内外实验证实，LL-37不仅具有高效的抗菌活性，而且还有广谱、不易耐药等优点，为感染性疾病的研究开辟了新途径，已成为生物制药和临床医学领域中的热点。有研究证实[8]，LL-37对人表皮葡萄球菌感染具有预防和治疗作用，能够有效抑制表皮葡萄球菌克隆增殖。LL-37 抗菌活性相关机理的研究和应用为人类的感染性疾病治疗提供了新方向。

2 银屑病

银屑病是一种慢性复发性免疫介导的炎症性皮肤病，皮损中表皮角质形成细胞(keratinocytes,KC)可分泌大量的LL-37[9],表达于银屑病皮损浸润的中性粒细胞中和表皮全层的角质形成细胞胞质, 而在异位性皮炎患者中只表达于表皮上层[10]。LL-37抗金葡菌活性与防御素-2有协同作用,这在一定程度上解释了银屑病和异位性皮炎均为炎症性皮肤病，但银屑病患者皮肤较少发生皮肤感染的原因。随着对LL-37认识的深入，发现LL-37发挥强效的抗感染同时也会扩大炎症反应导致病变加重。在银屑病患者皮损中LL-37破坏机体DNA耐受，与细胞外DNA片段结合进入树突状细胞中，导致TLR(toll like receptors)-9介导的IFN-α(interferon alpha)产生，激活Th1(The T helper cells 1)和Th17，促使IL-12(interleukin-12)、IL-22和IFN-β分泌，进一步加重银屑病的病情[11]。种树彬等研究发现[12]，LL-37在银屑病患者局部皮损中的表达显著升高，且在外周血清中的表达水平与PASI指数呈明显正相关，认为LL-37可作为评价银屑病病情变化的血清学指标。LL-37作为天然免疫分子通过诱导细胞因子的产生、趋化及活化炎性细胞等多途径参与银屑病的发病,相信随着研究的深入为今后进一步揭示银屑病发病机制和治疗提供了有力依据。

3 特应性皮炎

特应性皮炎是一种基于遗传过敏性体质有关的炎症性皮肤病，患者的皮肤免疫机能和屏障功能受损，极易出现感染。临床上发现特应性皮炎患者皮损常常有多种病原微生物定植，而这些病原微生物的代谢产物以及所含的多种炎症因子可使病情反复发作难以治愈[13]。Th1/Th2细胞在机体中处于动态平衡，通过分泌多种的细胞因子交叉调节维持人体正常免疫状态；病理状态下此平衡被打破，便会因Th1或Th2占优势形成"Th1/Th2漂移"而发病。特应性皮炎患者皮肤Th2型细胞因子IL-4和IL-13高表达，抑制皮肤AMPs 如HBD(human beta-defensins)和LL-37表达，这或许可以解释患者细菌感染率高，尤其是耐甲氧西林金黄色葡萄球菌易感性高的原因[14]。韦祝等研究报道[15]，金黄色葡萄球菌在特应性皮炎患者皮损部位检出率为62.50%，在非皮损区检出率为24.26%，在正常健康皮肤中未检出，认为特应性皮炎皮损中金黄色葡萄球菌定植普遍存在，建议临床可根据药敏试验结果进行抗菌治疗。

4 性传播疾病

在尿道、阴道、宫颈等泌尿生殖道黏膜或腺体中存在着LL- 37广泛分布，对抵御细菌、病毒、螺旋体、衣原体等多种微生物的入侵起到了重要的作用。LL-37对痘类病毒、人类免疫缺陷病毒I型等有抗病毒的生物活性，在抗病毒方面也有较强的研发前景[16]。王薇等[17]应用逆转录(RT-PCR)方法检测尖锐湿疣患者皮损HBD-2、HBD-3及LL-37 mRNA的表达，结果发现患者皮损中HBD-2、HBD-3及LL-37 mRNA表达水平明显升高，认为上述指标的与尖锐湿疣患者局部产生免疫防御有关，为尖锐湿疣免疫学药物治疗提供新靶点。LL-37是目前发现的Cathelicidin 家族唯一一个人源抗菌肽，对真菌、病毒、细菌、支原体均有抑制作用[18]。目前有多种抗菌肽类药物已开始进入临床，如多黏菌素和达托霉素通过了美国食品药品管理局的批准。还有很多抗菌肽类药物已进入II期或III期临床试验中。基于抗菌肽为靶点研究新药成为临床又一方向[19]。

随着对抗菌肽研究的深入，LL-37对多种皮肤病发病机理的研究和治疗作用正逐步被认识。LL-37通过结合自身DNA，与TLR-9结合共同介导pDC(plasmacytoid dendritic cells)活化，分泌IFNs，打破自身免疫耐受这一通路，在SLE(systemic lupus erythematosus)等免疫性疾病的发病中起到关键作用，这为进一步深入了解自身免疫性疾病的发病机制以及研制有针对性的靶向药物提供线索[20]。韩飞等[21]报道，LL-37能抵抗UVB(ultraviolet radiation b)辐射HaCaT(human immortalized keratinocytes)细胞引起NF-KB(nuclear factor-kappa B)的蛋白表达和转录活性的增加，这种抵抗可能是人皮肤对UVB辐射的一种防御反应。有研究发现，在银屑病治疗中如UVB光疗以及外用维生素D类似物等，是通过诱导角质形成细胞抗菌肽的表达发挥治疗作用[22]。抗菌肽的纯化工艺和制剂的研发的成熟，为其新药产业化提供了技术参考[23]，相信不久的将来将给相关疾病的治疗带来更广阔的应用前景。

[1] Ouellette AJ. Paneth cell α-defensins in enteric innate immunity[J]. Cell Mol Life Sci,2011,68(13):2215-2229.

[2] 李燕,王嘉榕,孙红宾.抗菌肽的制备和抗菌机制研究进展[J].生物医学工程学杂志,2015,32(2):465-469.

[3] Xhindoli D, Pacor S, Benincasa M, et al. The human cathelicidin LL-37 A pro-forming antibacterial peptide and host-cell modulator[J].Biochim Biophys Acta,2016,1858(3):546-566.

[4] Wang G, Mishra B, Lau K, et al. Antimicrobial peptides in 2014[J]. Pharmaceuticals (Basel),2015,8(1):123-150.

[5] Vandamme D, Landuyt B, Luyten W, et al. A comprehensive summary of LL-37， the factotum human cathelicidin peptide[J]. Cell Immunol,2012,280(1):22-35.

[6] Krasnodembskaya A，Song Y，Fang X，et al． Antibacterial effect of human mesenchymal stem cells is mediated in part fromsecretion of the antimicrobial peptide LL-37[J].Stem Cells,2010,28(12):2229-2238.

[7] Wan M, van der Does AM, Tang X,et al. Antimicrobial peptide LL-37 promotes bacterial phagocytosis by human macrophages[J].Leukoc Biol,2014,95(6): 971-981.

[8] Hell E, Giske CG, Nelson A, et al. Human cathelicidin peptide LL37 inhibits both attachment capability and biofilm formation of staphylococcus epidermidis[J].Lett Appl Microbiol,2010,50(2):211-215.

[9] Chen X, Takai T, Xie Y, et al. Human antimicrobial peptide LL-37 modulates proinflammatory responses induced by cytokine milieus and double-stranded RNA in human keratinocytes[J]. Biochem Biophys Res Commun,2013,433(4):532-537.

[10] Kopfnagel V, Harder J, Werfel T. Expression of antimicrobial peptides in atopic dermatitis and possible immunoregulatory functions[J]. Curr Opin Allergy Clin Immunol,2013,13(5):531-536.

[11] Ma HL, Liang S, Li J, Napierata L, et al. IL-22 is required for Th17 cell-mediated pathology in a mouse model of psoriasis-like skin inflammation[J]. J Clin Invest,2008,118(2):597-607.

[12] 种树彬,兰海梅,曾抗,等.银屑病患者病灶组织、血清中抗菌肽LL-37表达变化及意义[J].山东医药,2015,55(33):87-88.

[13] Lipnharski C, d'Azevedo PA, Quinto VP, et al. Colonization by S.aureus increases the EASI and the number of appointments by patients with atopic dermatitis: cohort with 93 patients[J]. An Bras Dermatol,2013,88(4):518-521.

[14] Reinholz M, Ruzicka T, Schauber J. Cathelicidin LL-37: an antimicrobial peptide with a role in in flammatory skin disease[J].Ann Dermatol,2012,24(2):126-135.

[15] 韦祝,刘向宇,罗勇奇,等.特应性皮炎患者皮损部位的金黄色葡萄球菌定植情况及药敏分析[J].药物流行病学杂志,2016,25(6):350-354.

[16] Dean RE, O′Brien LM, Thwaite JE, et al. A carpet-based mechanisim for direct antimicrobial peptide activity against vaccinia virus membrances[J]. Peptides,2010,31(11):1966-1972.

[17] 王薇,肖敬川,王泉江.尖锐湿疣皮损中人β 防御素(HBD)-2,3及LL-37的表达[J].中国麻风皮肤病杂志,2014,5(30):286-288.

[18] Duplantier AJ, Van Hoek ML. The Human cathelicidin antimicrobial peptide LL-37 as a potential treatment for polymicrobial infected wounds[J]. Front Immunol,2013,4(7):143.

[19] Midura-Nowaczek K, Markowska A. Antimicrobial peptides and their analogs:searching for new porential therapeutics[J].Perspect Medicin Chem,2014,(6):73-80.

[20] 谢戬芳,陈俊伟,罗静,等.系统性红斑狼疮患者外周血LL-37 的检测及其临床意义[J].中国药物与临床,2014,14(8):1069-1071.

[21] 韩飞,王平,许文,等.抗菌肽LL-37对中波紫外线辐射HaCaT细胞因子-KB的影响[J].中国中西医结合皮肤性病学杂志,2013,12(3):147-150.

[22] Al-Mutairi N, Shaaban D. Effect of narrowband ultraviolet B therapy on serum vitamin D and cathelicidin (LL-37) in patients with chronic plaque psoriasis[J].J Cutan Med Surg,2014,18(1):43 -48.

[23] 杨浩,罗鹏程,付靖瑜,等.抗菌肽LL-37序列分析与结构研究[J].中华医院感染学杂志,2016,26(22):5076-5079.