抗菌肽与皮肤屏障功能

刘笑纯 姚煦

抗菌肽与皮肤屏障功能

刘笑纯 姚煦

抗菌肽作为皮肤的重要组成部分，有着广泛的抗微生物活性，通过多种信号途径参与调节机体免疫，维持皮肤正常的微生态环境，增强角质形成细胞功能，是皮肤屏障的免疫调节因素，其表达水平与某些感染性和炎症性皮肤病的严重程度相关，在皮肤病的治疗上也有广阔的前景。

皮肤；免疫调节；抗生作用；防御素类；抗菌肽；屏障

抗菌肽（AMP）是一类抵御病原微生物入侵的小分子多肽，广泛存在于生物界中，不仅能够直接杀灭病原体，还具有多种免疫调节活性。皮肤及黏膜上皮中表达的抗菌肽可作为机体抵御外来微生物的第一道天然屏障，对细菌发挥选择毒性作用［1］。人抗菌肽主要包括cathelicidins和防御素两大家族。

1 抗菌肽的来源及分类

1972年，瑞典科学家Boman等首先在果蝇中发现抗菌肽及其免疫功能，至今已发现1 700种来源不同的抗菌肽［2］。大多数抗菌肽具有一些共同特性，相对分子质量小（12～50个氨基酸）和带正电荷。根据氨基酸的组成、大小及空间构象的不同，抗菌肽可分为若干类，如具有α螺旋结构的肽类、含有二硫键的β片层肽类以及具有延伸或环形结构的肽类等。

1.1 cathelicidins：为具有两亲性α螺旋结构多肽。在人体中，由3号染色体上的cathelicidin基因编码无活性的前体人阳离子抗菌肽18，然后经丝氨酸蛋白酶3等酶解后释放出有活性的C端片段，由于该片段具有37个氨基酸残基且末端为两个亮氨酸（L）得名LL-37。LL-37主要储存在中性粒细胞、单核细胞、肥大细胞及自然杀伤细胞的颗粒中，也可表达在表皮和肠、呼吸、泌尿生殖道黏膜等部位。在某些组织中，LL-37分泌后可被进一步加工成更小的多肽，仍能发挥抗微生物活性。

1.2 防御素：是一类相对分子质量在3 500～40 500的阳离子多肽，具有由6个高度保守的半胱氨酸组成的3个分子内二硫桥。根据其二硫桥的线状结构不同，可分为3类：α防御素、β防御素和θ防御素。α防御素是由25～39个氨基酸残基组成的β片层结构，人类α防御素可分为6种：中性粒细胞颗粒中表达的人中性粒细胞肽1～4，以及由小肠潘氏细胞和女性泌尿生殖道上皮细胞产生的人防御素5和6。人β防御素（HBD）1～4由上皮细胞、活化的单核-巨噬细胞和树突细胞产生，HBD-5和HBD-6主要由附睾产生。θ防御素最早从恒河猴体内发现，目前尚未在人体成功分离到θ防御素的肽类。

1.3 其他：除cathelicidins和防御素外，还有其他类型的抗菌肽如：人汗腺抗菌肽、粒溶素、各种趋化因子、人淋巴因子激活的杀伤细胞免疫效应分子、蛋白酶抑制因子、神经肽等。另外，银屑病因子（S100A7）、核糖核酸酶 7（RNase 7）和 S100A14 在银屑病的发病过程中起作用。

2 抗菌肽的表达调控及免疫调节作用

2.1 表达及调节：编码抗菌肽的基因有组成性表达和诱导性表达两种形式，通过转录和转录后水平严格调控。抗菌肽的诱导性表达通过模式识别Toll样受体或促炎症细胞因子释放反应介导，cathelicidin主要经组蛋白乙酰化诱导产生。

cathelicidin在生理状态下含量极少，当皮肤遭受感染或外伤，其表达可大量增强。诱导性表达主要通过维生素D通路的调节，1，25-二羟维生素D3可作为该过程的强诱导剂。在人cathelicidin基因启动子区域发现了维生素D反应元件。除此之外，中波紫外线照射可使LL-37产生增加［3］，可能是通过促进维生素D合成实现的。干扰素（IFN）α等可以调节LL-37的转录和分泌。在其他部位，如汗腺细胞中，LL-37为组成性表达。

HBD-1为组成性表达，HBD-2～4为诱导性表达。在上皮细胞中，HBD-2的表达可通过白细胞介素（IL）1α、IL-1β、肿瘤坏死因子（TNF）α、IFN-γ、革兰阳性和阴性菌、白念珠菌、结核分枝杆菌、脂多糖等刺激产生。某些细菌产物可通过Toll样受体2或4的介导增强HBD-2的表达。1，25-二羟维生素D可上调HBD-2的表达。另有研究表明，HBD-2的水平还与角质形成细胞分化程度有关［4］。Th17细胞亚群产生的细胞因子IL-17和IL-22是黏膜表面HBD-2、HBD-3和LL-37表达的重要调节剂。

2.2 免疫调节作用：cathelicidin通过与甲酰肽类受体1及G蛋白耦联受体的相互作用，对单核细胞、中性粒细胞和CD4+T淋巴细胞产生直接趋化作用，参与调节免疫应答以及皮肤伤口的上皮化过程。体外数据表明，抗菌肽诱导趋化因子如单核细胞趋化蛋白1和3的转录和IL-8的释放，可间接清除入侵的微生物。此外，cathelicidin诱导肥大细胞释放组胺［5］，导致血管通透性增加，有利于中性粒细胞在炎症组织中的浸润。近年发现，cathelicidin还可影响三磷酸腺苷受体P2X7和Toll样受体信号转导、表皮生长因子受体的转录及细胞内钙离子动员［6］。

与cathelicidin类似，防御素对多种细胞（如单核细胞、T淋巴细胞和树突细胞等）有趋化作用。HBD-1～3通过与趋化因子受体CCR6结合，趋化T细胞和未成熟树突细胞。另一方面，HBD诱导角质形成细胞产生不同的趋化因子和细胞因子，如单核细胞趋化蛋白1、巨噬细胞炎症蛋白3-α、IL-1、IL-6、IL-10、干扰素诱导蛋白10和TNF-α。其中，HBD-3诱导作用最强。低浓度的α防御素诱导呼吸道成纤维细胞和上皮细胞增殖，参与炎症反应［7］。cathelicidin和防御素能够诱导树突细胞表型和功能的改变，增加抗原提呈能力，有利于Th1免疫应答。HBD-2通过Toll样受体4介导机制促进树突细胞的成熟。

3 抗菌肽与皮肤屏障功能

皮肤屏障功能主要结构基础是最表面的角质层、角质形成细胞间的脂类、天然保护因子等。皮肤上有大量微生物定植，病原体侵入机体时，角质形成细胞作为效应细胞，产生抗菌肽，表皮首先发生的防御反应即为抗菌肽的表达［8］。在皮肤上已发现20余种抗菌肽，主要来自角质形成细胞、中性粒细胞、肥大细胞以及皮脂腺、小汗腺上皮细胞，通过组成性和诱导性表达抵御外界病原体的侵袭，并且参与调节固有和特异性免疫过程。

抗菌肽发挥抗微生物活性的确切机制尚不清楚，一般认为，阳离子抗菌肽通过与细菌细胞膜外表面带负电荷的磷脂基团的静电作用，造成膜穿孔，直接对细胞内的靶点进行攻击［9］。在稳定状态下，角质形成细胞中HBD-2、HBD-3和cathelicidin表达很少，当皮肤遭受感染、炎症或外伤时，其表达可显著上调。cathelicidins对多种革兰阴性和革兰阳性细菌具有抗菌活性，包括耐甲氧西林金黄色葡萄球菌［10］，也有抗真菌和抗病毒活性。大量研究表明，LL-37与细菌脂多糖有高亲和力［11-12］，二者结合促进TNF-α的释放。cathelicidins可与其他抗菌肽如HBD协同发挥抗菌作用［13］。低浓度的LL-37可以调节细胞的凋亡，高浓度时发挥细胞毒性作用。α防御素和HBD对多种病原体有广泛的抗微生物活性，包括腺病毒、乳头瘤病毒、人类免疫缺陷病毒和单纯疱疹病毒。还原形式的HBD-1具有较强的抗微生物活性，对白念珠菌、厌氧菌等具有较强的抗菌作用［14］。HBD还可诱导角质形成细胞的增殖和迁移，促进伤口愈合。

表皮葡萄球菌是人皮肤上的主要共生菌，研究表明，表皮葡萄球菌分泌的小分子可通过Toll样受体2的介导使小鼠和人角质形成细胞HBD-2的表达增多［15］。共生和致病性葡萄球菌在诱导抗菌肽的表达和激活初级角质形成细胞不同信号通路的能力有所不同，共生和致病微生物协同调节皮肤的固有免疫［4］。Wanke 等［16］发现，与表皮葡萄球菌共同预培养后的角质形成细胞在受到金黄色葡萄球菌感染后，抗菌肽的表达可显著增强，表明表皮葡萄球菌可增加皮肤角质形成细胞对致病菌的敏感性，增强固有免疫效应。抗菌肽的表达与表皮共生菌之间的平衡关系在维持皮肤稳态中十分重要，当平衡被打破，抗菌肽的表达受到影响［17］，这在银屑病、特应性皮炎和酒渣鼻等皮肤病的发病机制中起重要作用。

银屑病患者发生皮肤感染较少见。HBD-2和HBD-3最早是从银屑病患者皮损的鳞屑中被提取分离到。LL-37、HBD-2、HBD-3、S100A7 和 核糖核酸酶7等多种抗菌肽的表达均上调，这可能是银屑病患者极少发生皮肤感染的主要原因之一。Steinz等［18］研究表明，银屑病斑块周围感染的皮肤中抗菌肽表达增多，但试验发现，银屑病患者发生皮肤软组织感染并非是局部抗菌肽缺乏所致。

特应性皮炎（AD）是一种慢性瘙痒性炎症性皮肤病，患者存在表皮屏障功能受损，易发生广泛的细菌或病毒感染。金黄色葡萄球菌的定植是AD的共同特征，在AD患者皮肤中，cathelicidin和HBD-2、HBD-3的表达明显低于银屑病患者，但核糖核酸酶7和 S100A7反而升高［19］。Th2细胞因子可使cathelicidin、HBD-2、HBD-3 和 S100A7 表达下降。皮肤T细胞淋巴瘤患者同样存在皮肤屏障功能障碍。Suga等［20］认为，该病患者皮肤中Th2细胞因子的高表达可能是抗菌肽减少的主要原因，这也使得患者易发生金黄色葡萄球菌等感染。

已证实，银屑病和AD与角质层屏障的缺陷，包括细胞间紧密连接的异常有关。最近发现，HBD-3及LL-37［21］通过增强封闭蛋白的表达及其在细胞交界区域的定位、增大跨上皮电阻、降低角质形成细胞层的通透性等参与调节紧密连接屏障功能［22］。这为防御素在皮肤固有免疫中的作用提供了新的研究方向。

炎症性皮肤病常伴随抗菌肽表达的增多［7，23］。研究发现，寻常痤疮患者皮损及周围上皮细胞中HBD-1和HBD-2表达增多，可能是通过痤疮丙酸杆菌刺激引发Toll样受体介导的信号转导途径的激活。在酒渣鼻患者皮损中，LL-37明显升高，通过细胞活化作用引起炎症和异常血管增生。一种人工合成的新型宿主源性抗菌肽奥米加南（omiganan）处在抗菌肽的应用前沿，已进入治疗痤疮和酒渣鼻的3 期临床试验阶段［24］。

钙离子是表皮屏障功能的重要调节因素，在皮肤角质层修复过程中起重要作用［25］，cathelicidin通过细胞内钙离子动员和维生素D通路途径，可能在一定程度上影响胞内外钙离子浓度，进而影响角质层的分化、增生和表皮脂质的合成。另有动物实验表明，cathelicidin、β防御素和神经肽等还可通过某种神经内分泌途径参与维持皮肤的渗透屏障功能［26-27］。

4 结语

抗菌肽作为天然抗生素，为治疗感染性和炎症性皮肤疾病提供新途径。然而，近来关于细菌对阳离子抗菌肽耐受及其耐药机制的实验室研究报道已引起重视，但多数观点认为，短期内这种耐药性很难发生［28］。随着研究的不断深入，抗菌肽在抗微生物和免疫调节方面的作用机制及在皮肤病治疗中的重要意义将逐渐显现。

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光动力疗法在皮肤科的应用进展学习班通知

无锡市第二人民医院定于2015年11月27-29日举办国家级医学继续教育项目“光动力疗法在皮肤科的应用进展”学习班。学习期满授I类学分7分。授课内容：光动力治疗痤疮、尖锐湿疣、其他HPV感染、皮肤肿瘤等。均邀请知名教授做主题演讲。费用：500元/人（含资料费），食宿统一安排，费用自理。联系方式：江苏省无锡市崇安区中山路68号,无锡市第二人民医院皮肤科，邮编214002；联系人：夏汝山，手机18861843704，Email:wxeyxrs@163.com。

北京协和医院皮肤科招收进修医师通知

北京协和医院皮肤科长年接受全国各省市三级以上医院皮肤科医师进修学习。条件如下：临床进修医师必须具备正规医学院校本科及以上学历（不包括续本），具备医师资格证书和医师执业证书以及从事3年以上临床工作；每年招收两期；报到时间为每年的3月和9月，进修期限为半年或1年。在北京协和医院官网-医学教育-进修国际合作页面下载相关表格。邮寄纸质版进修申请表（加盖医院公章）至北京市东城区帅府园1号，北京协和医院教育处，邮编100730，联系电话010-69156878；信息表发送至电子邮箱xiehejinxiu@163.com。

第五届国际大疱病学术研讨会通知

2015年10月24-25日在上海交通大学医学院附属瑞金医院召开“第五届国际大疱病学术研讨会”。届时，美国宾夕法尼亚大学John Stanley、爱荷华大学Janet Fairley、北卡罗来纳大学Zhi Liu、日本庆音大学Masayuki Amagai、德国吕贝克大学Detlef Zillinkens和法国鲁昂大学医院Pascal Joly等著名教授和国内专家将做专题报道。此次会议还安排1天中国学者的发言，应国外同行请求，PPT以双语展示，用中文发言。这是一次纯学术、显示国际大疱病最高研究水平的会议，欢迎参加。会议不收注册费，交通住宿费自理。拟发言交流者请于2015年6月30日前将姓名、单位、联系方式、发言题目和摘要发给联系人；参加者请于2015年8月31日前将姓名、单位、联系方式发给联系人。联系人：袁勇勇，Email:yyyluofan@163.com。

Antimicrobial peptides and skin barrier function

Liu Xiaochun,Yao Xu.
Institute of Dermatology,Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College,Nanjing 210042,China

Yao Xu,Email:dryao_xu@126.com

As a major component of skin,antimicrobial peptides （AMPs） have a broad spectrum of antimicrobial activity.Through multiple signaling pathways,they participate in immunoregulation,maintain normal micro-ecological environment in skin,enhance the function of keratinocytes,and play immunoregulatory roles in skin barrier.The expression level of AMPs is associated with the severity of some infectious and inflammatory skin diseases.AMPs also have broad prospects in the treatment of skin diseases.

Skin;Immunomodulation;Antibiosis;Antimicrobial peptides;Defensins;Barrier

10.3760/cma.j.issn.1673-4173.2015.05.010

国家自然科学基金（81171501、81371735）；2014年亚美医学基金会（MMAAP）皮肤病项目

210042南京，中国医学科学院北京协和医学院皮肤病研究所

姚煦，Email:dryao_xu@126.com

2014-12-02）