抗菌肽对新生儿感染的保护作用

孙亚洲 张毓静 唐成和 曹银利 宋琛

新生儿感染是引起新生儿死亡的主要原因，全球每年约有700 万新生儿感染，其中70 万因感染而死亡，约占5 岁以下死亡儿童的40%[1]。研究表明，在2016 年全球共有60 万新生儿因败血症、脑膜炎和肺炎死亡[2]。由于新生儿免疫系统发育相对不成熟，因此更容易受到细菌、病毒和真菌等病原体的感染[3]。此外，在分娩过程中新生儿以及早产儿长期住院均易感染多重耐药菌，预计至2050 年每年将有数百万新生儿因抗生素耐药而死亡[4]，这是新生儿重症监护病房面临的一个严重挑战。这可能导致受感染的新生儿面临无药可治的风险[5]。

抗菌肽也叫宿主防御肽，是生物体应对外界病原体而产生的一类免疫应答反应产物。到目前为止，已经发现并分离了5 000 多种抗菌肽[6]，大部分来源于动植物，一部分来源于细菌、真菌、原生生物等，具有多种生物活性，例如抗菌、抗病毒、抗真菌、选择性抗肿瘤细胞等，所以抗菌肽被认为是具有开发潜力的新型抗菌药物[7]。同时，它们对多种耐药菌也表现出活性，包括新生儿重症监护病房（NICU）常见的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）、耐万古霉素屎肠球菌（VRE）和多重耐药的铜绿假单胞菌等[5，7～9]。除了具有直接灭菌活性外，一部分抗菌肽还可通过免疫调节来抵御微生物感染。这些多肽可通过减轻毒素反应，增强吞噬作用，激活免疫细胞活性，增加或减少不同免疫细胞趋化因子或细胞因子的分泌[10]来保护机体。现就抗菌肽对新生儿感染保护的方式、抗菌机制及对新生儿感染常见病原体灭活作用展开论述。

1 抗菌肽对新生儿感染保护方式

过去认为胎儿出生前处于一个无菌环境，未接触过病原体，这种观点逐渐受到质疑。越来越多的证据表明，病原菌可通过上行感染或血行感染导致围产儿感染[11]。为了防止这些病原体的入侵，胎儿在母体内必须具有较强的防御机制，其中抗菌肽是重要角色之一。研究表明，孕妇胎盘和胎膜上提取的人β 防御素1（hBD-1）和人β 防御素3（hBD-3）具有较强的抗菌活性[12]；内脂多糖（LPS）和蛋白聚糖刺激后的羊膜上皮细胞可以分泌较多的hBD-3[13]，这说明当宫内存在感染时，hBD-3 起到保护作用。研究发现抗菌肽存在于孕妇宫腔内多个部位，例如，在胎盘[12]、脐带[14]和子宫内膜[12]中均可检测到hBD 的各种亚型。此外，人中性粒细胞防御素1-3（HNP1-3）和白细胞介素-37（IL-37）在羊水中浓度较高[15]。这些研究结果均提示抗菌肽在宫内已经开始对胎儿起到保护作用。

新生儿出生后，免疫系统逐渐完善和成熟进而抵御微生物的入侵，抗菌肽通过预防感染、调控免疫系统以及调节微生物定植等多种方式发挥作用。研究发现，新生儿出生后的首次大便中有多种抗菌肽的表达，包括IL-37、人防御素5（HD-5）、溶菌酶以及HNP。而且这些抗菌肽在新生儿出生1 周后大便中的含量明显高于首次大便[16]，其机制可能是母乳中碳水化合物的介入，母乳中的乳糖和半乳糖能够诱导阳离子抗菌肽（CAMP）基因的表达，例如结肠上皮细胞中IL-37 的表达[17]。

成人皮肤中的抗菌肽IL-37 和hBD-2 处于较低水平。已有研究发现，当出现感染或损伤时，表皮角质细胞会迅速产生IL-37 和hBD-2[18]，提示抗菌肽的产生是免疫防御中的基本因素。新生儿皮肤容易受到感染，研究发现，新生小鼠皮肤中抗菌肽IL-37 和其同源抗菌肽含量均较成年小鼠高，说明在新生儿时期这部分免疫功能是增强的[19]。

胎脂是人类所特有的来自母体的第一道防护，除了具有保湿皮肤、屏障保护、抗氧化和pH 缓冲作用外，其抗感染作用也越来越被重视。胎脂含有大量的抗菌肽，例如IL-37、溶菌酶、HNP1-3 以及钙卫蛋白等[20]，所以目前建议早期新生儿保留胎脂从而预防感染的发生，但具体机制还需要进一步探索。

研究表明，母乳喂养可有效降低新生儿感染性疾病的发生率和死亡率，其中有多种生物活性抗菌肽发挥重要作用[21～23]。母乳中hBD-2 具有广谱的高抗菌活性，能够抑制大肠杆菌和沙门氏菌增殖[24]；来自Cathelicidin 抗菌肽可通过抑制细菌增殖提高败血症小鼠模型的存活率[25]；乳铁蛋白来源肽可通过破坏细菌细胞膜直接对霍乱弧菌、艰难梭状芽胞杆菌和幽门螺杆菌起到抗菌作用[26]。母乳中的抗菌肽不但能直接抑制细菌生长，也通过调控免疫系统、调节胃肠道微生物群等机制保护新生儿。此外母乳中的抗菌肽种类和含量会随着母亲和新生儿的状况发生改变，进而改善早产、巨大儿和早发型败血症等新生儿的先天不足情况。另外，早产儿母乳中绝大多数抗菌肽的含量在第7 天较第21 天高[27]。出现这些变化的机制可能是母乳中蛋白质合成和分泌的改变以及蛋白质和酶活性的差异导致母乳中多肽谱发生改变。

2 抗菌肽的抗菌机制

抗菌肽因组成成分、结构和功能存在差异，所以具有不同的抗菌机制。从作用模式上主要分为直接致死和免疫调节两种方式。直接致死机制又分为膜损伤机制和非膜损伤机制。

2.1 膜损伤机制抗菌肽的脂水两亲性结构能够选择性地结合于细菌细胞膜形成膜孔道，破坏其胞膜完整性而发挥杀菌作用。抗菌肽破坏细胞膜又分为跨膜孔模型和非孔模型两种作用模型，跨膜孔模型包括“桶板”模型和“环形孔”（虫孔）模型；非孔模型包括“毯式”模型[28]。除以上模型外，Sinha 等[29]提出“凝聚”模型，即阳离子肽与磷脂分子形成类似胶束状的复合物，以凝聚物形式跨越细胞膜，形成穿孔。

2.2 非膜损伤机制非膜损伤机制包括抑制或破坏细胞壁形成以及影响胞内大分子作用两种机制。抗菌肽可以通过与细胞壁合成所需要的前体分子脂质Ⅱ、Ⅲ以及Ⅳ之间的相互作用来直接抑制细胞壁的形成，同时还可以通过引发细胞释放自溶酶，裂解肽聚糖从而破坏细胞壁[28]。随着对抗菌肽的深入研究，目前已经证实一些抗菌肽具有细胞内靶点，这些抗菌肽先与胞质膜相互作用，然后在细胞内积累，影响胞内DNA、RNA 和蛋白质的合成，抑制酶活性，破坏细胞器，产生氧化应激反应[29，30]。

2.3 免疫调节机制部分抗菌肽通过免疫调节方式发挥抗菌活性。虽然不能直接杀死细菌，但可减轻内毒素诱导的炎症反应、诱导促炎因子合成、调节适应性免疫、并招募巨噬细胞来提高机体抗感染能力[31]。

3 抗菌肽与新生儿感染常见病原微生物

3.1 单纯疱疹病毒感染新生儿单纯疱疹病毒（Herpes simplex virus，HSV）感染在新生儿期较少见，但是如果不及时治疗，病死率可高达60%，幸存患儿中神经系统后遗症的发生率为60%[32，33]。因此为了减少新生儿病死率和后遗症发生率，需要一种有效的防治单纯疱疹病毒感染的方法。乳铁蛋白是肽类抗菌剂设计中很有前途的一种抗菌肽，因其对宿主具有广谱活性而无毒性。乳铁蛋白是一种天然活性糖蛋白，是人乳清中含量最高的蛋白质之一，尤其在初乳中浓度可高达6～14g/L[34]。在母乳喂养的新生儿中，乳铁蛋白提供了一种天然保护屏障。乳铁蛋白会在胃肠道或感染部位被蛋白酶降解为不同种类抗菌肽。体外研究证实乳铁蛋白对HSV 具有杀伤作用，最近几年研究同样发现乳铁蛋白对HSV 感染的小鼠也具有保护作用[35]。

3.2 B 族链球菌感染新生儿早发型败血症（EOS）是一种常见的、危及生命的新生儿疾病，一般发病时间≤3 日龄，尽管在普遍筛查和分娩期间给予抗生素预防，但B 族链球菌（GBS）仍然是常见的早发型败血症的原因，其次是大肠杆菌。GBS 对青霉素敏感，对于青霉素过敏的患儿，可给予红霉素和克林霉素治疗，但是越来越多的证据表明GBS 对这些抗生素耐药性越来越强[36]。研究发现，GBS 刺激体外培养的胎盘组织可引起抗菌肽hBD-2 的过表达[37，38]；在另外一项体外培养GBS 的研究中，当hBD-2 浓度为10μg/mL 时，GBS 的生长被完全抑制[39]。这些实验结果表明hBD-2 有进一步治疗或预防新生儿感染的潜力。

3.3 李斯特菌感染李斯特菌是一种革兰氏阳性菌，人类李斯特菌主要易感免疫力低下人群，如老人、孕妇及新生儿。对于新生儿群体，早产儿是李斯特菌的最易感染对象，感染患儿病情较重，进展较快。尽管体外药敏试验证实李斯特菌对青霉素、氨苄青霉素、庆大霉素等多种抗生素敏感，但患儿病死率仍较高[40]。研究发现，较低浓度的阳离子抗菌肽GBP 可通过破坏李斯特菌菌膜和影响代谢通路来抑制其生长[41]；米糠蛋白酶解产物食源性抗菌肽Alpep7 在体外对李斯特菌也表现出较好的抗菌活性[42]；较低浓度的抗菌肽Brevilaterin B（0.1μg/mL）也可通过破坏李斯特菌菌膜完整性来抑制其生长[43]。

3.4 多重耐药菌近年来因医院耐药菌的出现，给临床抗感染治疗带来了新的挑战。目前已有研究发现，部分天然或人工合成的抗菌肽能够对抗重症监护病房的几种常见多重耐药细菌。从眼镜蛇体内提取的由34 个氨基酸组成的抗菌肽OHCATH30 对包括耐药的鲍曼不动杆菌、铜绿假单胞杆菌、耐甲氧西林金葡萄球菌和大肠杆菌具有较好的抗菌活性[44]。目前正在临床试验的抗菌肽Ci-MAM-A24 在较低的浓度下（MIC＜10μg/mL）就能够抑制包括耐甲氧西林金葡萄球菌、耐万古霉素屎肠球菌、多重耐药铜绿假单胞菌、产志贺毒素大肠埃希菌在内的医院多重耐药菌[45]。目前随着对抗菌肽研究的深入，出现一类新的高效抗菌肽STAMPs，其在不伤害正常菌群情况下，增加对目标病原体的敏感性，增强灭菌效果。Oritavancin 是一种目前正在开发的STAMPs，据报道其能够高效、准确地抑制多种多重耐药菌，例如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、耐万古霉素金黄色葡萄球菌等[46]。

4 小结

新生儿感染是引起新生儿死亡的重要原因，传统抗菌药物在新生儿感染中发挥着重要作用，但是随着多重耐药菌的出现，新生儿感染的防治面临更大的挑战。抗菌肽具有广谱抗菌性、不易产生耐药，可通过广谱灭菌、免疫调节等作用降低新生儿感染风险。然而，抗菌肽在临床应用时可能存在一定毒性和不稳定性，将抗菌肽药物应用于临床治疗是以后继续探讨的方向。