抗微生物肽LL-37与心血管疾病研究现状

乜　丽(综述),赵汉军(审校)

(北京协和医学院 中国医学科学院 国家心血管病中心 阜外心血管病医院心内科 心血管疾病国家重点实验室，北京 100037)



抗微生物肽LL-37与心血管疾病研究现状

乜丽△(综述),赵汉军※(审校)

(北京协和医学院 中国医学科学院 国家心血管病中心 阜外心血管病医院心内科 心血管疾病国家重点实验室，北京 100037)

摘要：抗微生物肽LL-37有多种生物学活性，在感染和免疫疾病方面的研究尤为活跃，以LL-37为基础的新型抗生素研发也受到重视。近年研究提示，LL-37可能通过影响巨噬细胞、中性粒细胞、内皮细胞和平滑肌细胞等功能而参与动脉粥样硬化的病理生理过程。动物实验显示，LL-37有抑制支架再狭窄的效果。LL-37也可能通过影响血管新生、创伤修复等机制参与心肌重构。同时，其作为心血管疾病新型生物标志物的价值也有待深入评估。此外，LL-37及其衍生物对心血管疾病的药用价值也有广阔的研究前景。

关键词：LL-37；动脉粥样硬化；内皮功能；血管生成；生物标志物

抗微生物肽因参与机体固有免疫而得到广泛深入的研究。人类抗微生物肽主要分为3类：防御素、富组蛋白和组织蛋白酶抑制素[1]。LL-37是人体内发现的唯一一种组织蛋白酶抑制素类抗微生物肽，是由其前体肽人阳离子微生物蛋白18经过丝氨酸蛋白酶3酶解产生的活性C端片段，因其有37个氨基酸残基且N端前2个氨基酸残基为亮氨酸(L)而得名LL-37[2]。以往研究提示，LL-37有多种生物学活性，如抗感染、免疫调节、促血管生成以及抑癌或促癌等作用[3]。近十年来对LL-37的研究也积累了一些心血管疾病方面的证据，涉及动脉粥样硬化、内皮功能、血管新生、心肌修复与再生以及心血管疾病风险分层等领域。现对心血管领域LL-37研究现状进行综述。

1LL-37与动脉粥样硬化

2006年，Edfeldt等[4]通过实时定量聚合酶链反应发现，人动脉粥样硬化斑块中LL-37信使RNA水平高于正常动脉组织；同时，蛋白印迹方法也证实其蛋白水平高于正常动脉；免疫染色发现动脉粥样硬化斑块中LL-37蛋白主要位于巨噬细胞和一些内皮细胞；LL-37还促进细胞间黏附分子1和单核细胞趋化蛋白1的表达。同年，Ciornei等[5]通过免疫染色也发现，动脉粥样硬化斑块中有LL-37表达(主要为巨噬细胞)。Wantha等[6]研究显示，迁移中性粒细胞释放的LL-37可被转运至内皮表面并呈送给滚动白细胞，而与内皮细胞结合的LL-37激活经典型单核细胞的甲酸基肽受体2(formyl peptide receptor-2，FPR-2)，引起单核细胞β1和β2整合素构象改变，从而分别与其配体血管细胞黏附分子1和细胞间黏附分子1结合。目前已知经典型单核细胞在动脉粥样硬化发生、发展中起重要作用[7]。因此，LL-37可能与动脉粥样硬化有密切关系。新近研究显示，载脂蛋白E(apolipoprotein E，apoE)和组织蛋白酶L抑制因子相关抗微生物肽(cathelin-related antimicrobial peptide，CRAMP，即人LL-37)基因双剔除(apoE-/-×CRAMP-/-)小鼠主动脉粥样硬化斑块形成和斑块中巨噬细胞数量均少于apoE-/-小鼠，而且CRAMP有促进单核细胞和中性粒细胞向动脉内皮聚集的作用，提示LL-37可能通过促进炎性细胞的聚集发挥致动脉硬化作用[8]。Ciornei等[5]还发现，LL-37可诱导培养血管平滑肌细胞凋亡，而血管平滑肌细胞凋亡是易损斑块形成的主要因素之一[9]。有学者通过急性ST段抬高型心肌梗死患者梗死相关动脉粥样硬化斑块破裂部位取血方法发现，动脉粥样硬化斑块破裂局部血液LL-37水平高于外周血液水平[10]，进一步提示LL-37可能与动脉粥样硬化斑块破裂有关。以上研究提示，LL-37在动脉粥样硬化病理生理过程中可能起致病性作用。Soehnlein等[11]报道，LL-37可抑制动脉损伤后和支架置入后内膜增生；动脉粥样硬化小鼠颈动脉导丝损伤模型显示，移植CRAMP-/-骨髓的apoE-/-小鼠颈动脉损伤后内膜增生程度明显低于移植野生型骨髓的apoE-/-小鼠；进一步研究显示，LL-37沉积到血管损伤部位后通过FPR-2途径促进循环外向生长内皮细胞向损伤部位聚集并抑制其凋亡，促进其旁分泌血管内皮生长因子和表皮细胞生长因子，从而加速再内皮化；且apoE-/-小鼠模型颈动脉置入LL-37涂层支架后内膜增生成明显低于裸支架组。这些结果提示，LL-37通过促进血管再内皮化抑制损伤血管或支架置入后的内膜增生，具有血管保护作用。这与Doring等[8]报道的LL-37潜在的致动脉粥样硬化作用相悖。内皮修复不仅有利于抑制再狭窄，对于破裂斑块的修复与稳定也很关键[12-13]。因此，LL-37在动脉粥样硬化发生、发展中起促进还是抑制作用，以LL-37为靶标的治疗是否获益还有待深入研究。

2LL-37与内皮功能

内皮是体内极其活跃的代谢与内分泌器官，涉及血管舒缩、内皮屏障、白细胞黏附、转运、炎症反应等多种功能，而内皮功能障碍几乎与已知的所有心血管疾病有关[14]，提示LL-37影响血管内皮功能。体外实验显示，LL-37可抑制内皮素1引起的人大网膜静脉收缩效应，并且表现为内皮依赖性和剂量依赖性，这种作用在人大网膜动脉则没有；LL-37对大网膜静脉的舒张效应是由内皮细胞类甲酰肽受体1所介导，并涉及一氧化氮和内皮依赖性超极化因子1的释放[15]；此外，培养大鼠主动脉环实验显示，LL-37(100 mg/L)可能通过中和作用或毒性作用拮抗脂多糖对苯肾上腺素诱导的血管收缩的抑制作用，并可降低脂多糖和白细胞介素1β诱导的诱导型一氧化氮合酶表达和一氧化氮释放[16]。这两项研究都是体外实验，前者提示LL-37有血管舒张作用，而后者显示LL-37有血管收缩作用，结果似乎相互矛盾。这可能与静脉与动脉结构差异(如受体表达差异)等有关[14]，也可能提示LL-37水平过高会表现为毒性作用。另有体外实验显示，LL-37可以提高培养内皮细胞(包括牛主动脉内皮细胞、人脐静脉内皮细胞、肺微血管内皮细胞)以及培养小鼠主动脉内皮的硬度，其作用呈剂量依赖性(0.5~5 μmol/L，并且可被P2X7受体拮抗剂和钙离子螯合剂拮抗；同时，LL-37可降低人脐静脉内皮细胞的通透性[17]。该研究提示，LL-37可能通过提高内皮的硬度而防止内皮通透性增加，起到保护内皮功能的作用。

3LL-37与血管新生

LL-37可诱导生理性或病理性血管新生。鸡胚绒毛膜尿囊法或兔下肢缺血模型显示，LL-37能促进毛细血管生成和动脉血管新生；此外，基因剔除技术显示，与野生型小鼠相比，CRAMP基因剔除小鼠皮肤创伤修复时血管生成减少；进一步研究表明，LL-37诱导的血管生成作用是由内皮细胞表面的类甲酰肽受体1而非血管内皮生长因子所介导，并且这种作用呈剂量依赖性[18]。小鼠背部皮肤皱褶小室模型显示，LL-37 给药组的血管新生速度早于对照组6 d[19]。另有兔下肢缺血模型显示，重组LL-37腺病毒载体转染组的侧支血管生长速度明显高于对照组，而毛细血管生长差异无统计学意义[20]。此外，LL-37可通过核因子κB途径诱导P选择素糖蛋白配体1和 E选择素表达，从而促进胚胎干细胞来源的内皮祖细胞向缺血肌肉组织聚集、促进侧支血管和毛细血管生长[21]。Salvado等[22]通过基质胶侵袭实验发现，LL-37通过激活内皮细胞胞质型磷脂酶A2促进环氧酶1合成前列腺素E2，从而诱导血管生成。血管生成是抑制心力衰竭心室重构和修复心肌梗死心肌的重要途径之一[23]，因此，以LL-37为靶标的心肌重构或心肌修复研究值得期待。

4LL-37与心肌修复和再生

新近研究显示，缺血/再灌注时小鼠心肌组织或培养心肌成纤维细胞信使RNA表达升高；同时，LL-37可诱导外周干细胞和祖细胞Lin-/CD45-细胞在低梯度基质细胞衍生因子1环境下的迁移；这提示LL-37可能促进骨髓干细胞和祖细胞向缺血梗死心肌组织归巢，有望应用于有关心肌再生的研究[24]。此外，LL-37还有促进创伤修复作用[25]。例如，LL-37 可诱导单核细胞分化为CD45+α3+α3β1+CD34-CD14-BAP-细胞，从而促进骨修复[26]。LL-37还可通过抑制钙调神经磷酸酶阻断活化T细胞核因子2核转位，从而抑制破骨细胞生成[27]。干预磷酸酶/T细胞核因子途径对心肌肥大、动脉粥样硬化、再狭窄以及血管生成均有影响，可能发挥心血管保护作用[28]。因此，LL-37是否可通过抑制磷酸酶/T细胞核因子途径起到心血管保护作用有待证实。此外，研究显示，瘢痕疙瘩表皮中LL-37表达水平低于正常皮肤；细胞培养实验表明，LL-37可抑制皮肤成纤维细胞Ⅰ型和Ⅲ型胶原的表达并涉及转化生长因子β、细胞外信号调节激酶和G蛋白途径；该研究提示，LL-37可能在创伤修复过程中有抑制纤维化作用[29]。因此，LL-37在梗死后心肌修复以及心力衰竭心肌重构过程中是否有抗纤维化作用值得深入研究。

5LL-37与心血管疾病风险评估

血中LL-37可用于某些疾病风险评估。Gombart等[30]发现，长期接受透析治疗的患者基线血浆LL-37水平低值组的感染性疾病病死率明显高于高值组(相对危险度：3.7；95%置信区间1.2~11.2)，说明基线血浆LL-37水平低是透析患者感染性疾病病死率增加的独立预测因素。这提示血浆LL-37水平可用于评估某些疾病的预后。有研究显示，外周血单核细胞LL-37信使RNA水平与收缩压、高密度脂蛋白、空腹血糖、中性粒细胞计数以及淋巴细胞计数等相关[31]。研究发现，ST段抬高型心肌梗死患者外周血浆LL-37降低并在24 h 内恢复，提示急性心肌梗死时LL-37的合成或释放受到一过性抑制；同时还发现，急性心肌梗死时外周血LL-37水平与外周血白细胞或分类计数之间不存在相关性；ST段抬高型心肌梗死组急诊经皮冠状动脉介入治疗术前与术后即刻LL-37 水平差异无统计学意义；这提示血管开通前取血时间对LL-37水平影响不大，而血管开通后LL-37水平在术后1 d内恢复[10]。因此，血浆LL-37对于心血管疾病尤其是冠状动脉粥样硬化性心脏病患者可能有风险评估价值，有待深入研究。

6小结

近年研究提示LL-37与心血管疾病有密切关系。有证据表明，LL-37可能有致动脉粥样硬化作用，而更多研究提示LL-37可能有心血管保护作用。此外，血浆LL-37可以测定，有望成为新型心血管生物标志物。而LL-37及其衍生物作为新型抗生素的药物研究已受到关注[32-34]，提示其对心血管疾病也可能具有药物研发价值。因此，LL-37不仅对心血管系统病理生理学研究有理论意义，而且作为潜在的心血管疾病新型生物标志物或药物开发有实用价值。

参考文献

[1]De Smet K,Contreras R.Human antimicrobial peptides:defensins,cathelicidins and histatins[J].Biotechnol Lett,2005,27(18):1337-1347.

[2]Sφrensen OE,Follin P,Johnsen AH,etal.Human cathelicidin，hCAP-18，is processed to the antimicrobial peptide LL-37 by extracellular cleavage with proteinase 3[J].Blood,2001,97(12):3951-

3959.

[3]Wong JH,Ye XJ,Ng TB.Cathelicidins:peptides with antimicrobial,immunomodulatory, anti-inflammatory,angiogenic,anticancer and procancer activities[J].Curr Protein Pept Sci,2013,14(6):504-514.

[4]Edfeldt K,Agerberth B,Rottenberg ME,etal.Involvement of the antimicrobial peptide LL-37 in human atherosclerosis[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2006,26(7):1551-1557.

[5]Ciornei CD,Tapper H,Bjartell A,etal.Human antimicrobial peptide LL-37 is present in atherosclerotic plaques and induces death of vascular smooth muscle cells: a laboratory study[J].BMC Cardiovasc Disord,2006,6:49.

[6]Wantha S,Alard JE,Megens RT,etal.Neutrophil-derived cathelicidin promotes adhesion of classical monocytes[J].Circ Res,2013,112(5):792-801.

[7]Soehnlein O,Drechsler M,Doring Y,etal.Distinct functions of chemokine receptor axes in the atherogenic mobilization and recruitment of classical monocytes[J].EMBO Mol Med,2013,5(3):471-481.

[8]Doring Y,Drechsler M,Wantha S,etal.Lack of neutrophil-derived CRAMP reduces atherosclerosis in mice[J].Circ Res,2012,110(8):1052-1056.

[9]Sakakura K,Nakano M,Otsuka F,etal.Pathophysiology of atherosclerosis plaque progression[J].Heart Lung Circ,2013,22(6):399-411.

[10]Zhao H,Yan H,Yamashita S,etal.Acute ST-segment elevation myocardial infarction is associated with decreased human antimicrobial peptide LL-37 and increased human neutrophil peptide-1 to 3 in plasma[J].J Atheroscler Thromb,2012，19(4):357-368.

[11]Soehnlein O,Wantha S,Simsekyilmaz S,etal.Neutrophil-derived cathelicidin protects from neointimal hyperplasia[J].Sci Transl Med,2011,3(103):103-ra98.

[12]Hristov M,Weber C.Endothelial progenitor cells in vascular repair and remodeling[J].Pharmacol Res,2008,58(2):148-151.

[13]Jeanpierre E,Le Tourneau T,Zawadzki C,etal.Beneficial effects of fenofibrate on plaque thrombogenicity and plaque stability in atherosclerotic rabbits[J].Cardiovasc Pathol,2009,18(3):140-147.

[14]Favero G,Paganelli C,Buffoli B,etal.Endothelium and its alterations in cardiovascular diseases: life style intervention[J].Biomed Res Int,2014,2014:801896.

[15]Berkestedt I,Nelson A,Bodelsson M.Endogenous antimicrobial peptide LL-37 induces human vasodilatation[J].Br J Anaesth,2008,100(6):803-809.

[16]Ciornei CD,Egesten A,Bodelsson M.Effects of human cathelicidin antimicrobial peptide LL-37 on lipopolysaccharide-induced nitric oxide release from rat aorta in vitro[J].Acta Anaesthesiol Scand,2003,47(2):213-220.

[17]Byfield FJ,Wen Q,Leszczynska K,etal.Cathelicidin LL-37 peptide regulates endothelial cell stiffness and endothelial barrier permeability[J].Am J Physiol Cell Physiol,2011,300(1):105-112.

[18]Koczulla R,von Degenfeld G,Kupatt C,etal.An angiogenic role for the human peptide antibiotic LL-37/hCAP-18[J].J Clin Invest,2003,111(11):1665-1672.

[19]Steinstraesser L,Ring A,Bals R,etal.The human host defense peptide LL37/hCAP accelerates angiogenesis in PEGT/PBT biopolymers[J].Ann Plast Surg,2006,56(1):93-98.

[20]Pinkenburg O,Pfosser A,Hinkel R,etal.Recombinant adeno-associated virus-based gene transfer of cathelicidin induces therapeutic neovascularization preferentially via potent collateral growth[J].Hum Gene Ther,2009,20(2):159-167.

[21]Pfosser A,El-Aouni C,Pfisterer I,etal.NF kappaB activation in embryonic endothelial progenitor cells enhances neovascularization via PSGL-1 mediated recruitment:novel role for LL37[J].Stem Cells,2010,28(2):376-385.

[22]Salvado MD,Di Gennaro A,Lindbom L,etal.Cathelicidin LL-37 induces angiogenesis via PGE2-EP3 signaling in endothelial cells,in vivo inhibition by aspirin[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2013,33(8):1965-1972.

[23]Landmesser U,Wollert KC,Drexler H.Potential novel pharmacological therapies for myocardial remodelling[J].Cardiovasc Res,2009,81(3):519-527.

[24]Karapetyan AV,Klyachkin YM,Selim S,etal.Bioactive lipids and cationic antimicrobial peptides as new potential regulators for trafficking of bone marrow-derived stem cells in patients with acute myocardial infarction[J].Stem Cells Dev,2013,22(11):1645-

1656.

[25]Ramos R,Silva JP,Rodrigues AC,etal.Wound healing activity of the human antimicrobial peptide LL37[J].Peptides,2011,32(7):1469-1476.

[26]Zhang Z,Shively JE.Acceleration of bone repair in NOD/SCID mice by human monoosteophils, novel LL-37-activated monocytes[J].PLoS One,2013,8(7):e67649.

[27]Supanchart C,Thawanaphong S,Makeudom A,etal.The antimicrobial peptide,LL-37,inhibits in vitro osteoclastogenesis[J].J Dent Res,2012,91(11):1071-1077.

[28]Yu H,van Berkel TJ,Biessen EA.Therapeutic potential of VIVIT,a selective peptide inhibitor of nuclear factor of activated T cells,in cardiovascular disorders[J].Cardiovasc Drug Rev,2007,25(2):175-187.

[29]Park HJ,Cho DH,Kim HJ,etal.Collagen synthesis is suppressed in dermal fibroblasts by the human antimicrobial peptide LL-37[J].J Invest Dermatol,2009,129(4):843-850.

[30]Gombart AF,Bhan I,Borregaard N,etal.Low plasma level of cathelicidin antimicrobial peptide (hCAP18) predicts increased infectious disease mortality in patients undergoing hemodialysis[J].Clin Infect Dis,2009,48(4):418-424.

[31]Benachour H,Zaiou M,Samara A,etal.Association of human cathelicidin (hCAP-18/LL-37) gene expression with cardiovascular disease risk factors[J].Nutr Metab Cardiovasc Dis,2009,19(10):720-728.

[32]Prado Montes de Oca E.Antimicrobial peptide elicitors:new hope for the post-antibiotic era[J].Innate Immun,2013,19(3):227-

241.

[33]Tomioka H,Nakagami H,Tenma A,etal.Novel anti-microbial peptide SR-0379 accelerates wound healing via the PI3 kinase/Akt/mTOR pathway[J].PLoS One,2014,9(3):e92597.

[34]Fox MA,Thwaite JE,Ulaeto DO,etal.Design and characterization of novel hybrid antimicrobial peptides based on cecropin A,LL-37 and magainin II[J].Peptides,2012,33(2):197-205.

The Current Research Status of Human Anti-microbial Peptide LL-37 and Cardiovascular Diseases

NIELi,ZHAOHan-jun.

(StateKeyLaboratoryofCardiovascularDisease,FuwaiHospital,NationalCenterforCardiovascularDiseases,ChineseAcademyofMedicalSciencesandPekingUnionMedicalCollege,Beijing100037,China)

Abstract:The human anti-microbial peptide LL-37 has multiple bioactivities.It was much more intensively investigated in the field of inflammation and immunity.LL-37 and its derivatives was also expected as hopeful antibiotics.Recent and growing evidence suggests LL-37 is related to the pathophysiology of cardiovascular diseases.LL-37 may be involved in the pathogenesis of atherosclerosis by modulating the function of macrophages,neutrophils,endothelial cells and vascular smooth muscle cells.Animal experiments indicated that LL-37 has the effect of inhibiting stent restenosis.It may also contribute to angiogenesis and myocardial remodeling.The prognostic and therapeutic values of LL-37 and its derivatives for cardiovascular diseases are intriguing and should be further investigated.

Key words:LL-37; Atherosclerosis; Endothelial function; Angiogenesis; Biomarker

收稿日期：2014-07-03修回日期：2014-10-10编辑：郑雪

基金项目：中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金/院所青年科学基金(2012-F25)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.07.005

中图分类号：R541.4

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)07-1163-04