β-防御素2研究进展

姜敏敏&nbsp,雷撼(通讯作者)&nbsp,

[关键词]防御素人β防御素-2诱导表达抗菌活性

DOI:10.3760/cma.j.issn.0376-2491.2015.44.024

作者单位：姜敏敏，徐晓雯，韩志青，徐锦，200090，上海，同济大学附属杨浦医院；雷撼，200120，上海，同济大学附属东方医院。

CurrentDevelopmentofHumanβ-defensin-2

JiangMinmin，LeiHan，XuXiaowen，HanZhiqing，XuJin

Abstract:Defensinsareatypeofsmallmolecularanti-bacterialpeptideswithbroadspectrumofactivity.Humanβ-defensin-2(hBD-2)representsthefirsthumandefensinthatcouldbeproducedfollowingstimulationofepithelialcellsbycontactingwithinflammatoryfactorsorcytokines.Itplaysanimportantroleinprotectingtheepitheliumandlungmucosa.ThisreviewsummarizescurrentknowledgeofHBD-2aboutitsmolecularstructure,geneexpressionandregulation,biosynthesisandtheregulationinhumanlungdiseases。

Keywords:Defensins;Humanβ-defensin-2;inducedexpression;antimicrobialactivity

内源性抗菌肽是自然界中各类生物都具备的内在防御系统,是在其体内发现的一类具有广谱抗菌作用的短链多肽,统称为抗菌肽。防御素是一类分子量约在4kD左右的阳离子抗菌肽,普遍分布于哺乳动物、昆虫及植物体内。它们通常含有6个或8个半胱氨酸残基,形成3个或4个分子内二硫键,是极为重要的一类内源性抗生素。人类防御素根据半胱氨酸残基位置及二硫键连接方式的不同,可将其分为α和β防御素两类10种[1]。人β-防御素2(HBD-2)分子量约为413kD,最初在1997年由Schr、Harder等[2]从银屑病患者皮肤中分离纯化出来,在包皮、肺及气管中有较强的表达。其主要功能与其他抗菌肽类似，可以消灭体表的细菌和真菌，而在高等脊椎动物中，可以杀死吞噬细胞的溶酶体中被吞噬的微生物[1,3,4]。众所周知，人类嗜中性粒细胞含有a-防御素，但最近的研究发现，人类上皮细胞能够生产某些抗菌肽，如HBD-2等，是目前在基因特性、分子结构、表达调控、生物学活性、与皮肤、肺部疾病发生发展相关性等方面的研究最为深入的防御素。本文就hBD-2其分子结构、基因表达和调控、生物学效应、以及与临床疾病的关系等方面做初步的介绍。

1分子结构和基因结构

目前仅在哺乳动物和鸟类中发现β-防御素家族。类似于a-防御素，β-防御素含有6个半胱氨酸，但因其序列排布有所不同，故形成一种新的防御素家族。目前已成功分离鉴定出来两种亚型，及HBD-1和HBD-2。它们是4-5kDa分子量大小的多肽，含有38-47个氨基酸残基，在中型环境中富含抗菌活性。从牛HBD-2的三维结构研究发现，其亲水性的反平行β结构连接成环反折形成β发夹结构[5]。成熟的HBD-2由41个氨基酸组成，分子内含三对二硫键，形成方式为1—5、2-4和3—6。HBD-2的三级结构为三条反向平行的p片层，并通过二硫键稳定此结构[6]。兼具亲水性和疏水性被认为是防御素具有抗菌活性的重要因素。

编码HBD-2的基因位于8p22~p23．1区域内，这一区域也包含了编码人HBD-1-6以及a一防御素3—4的基因。最近的研究表明HBD-2基因存在拷贝数多态性[7-9]。HBD-2基因含2个外显子，其中外显子1编码5’端未翻译区、信号肽和前导肽区；外显子2编码部分前导肽，成熟肽和3端未翻译区。原始多肽由基因转录翻译后，经酶切产生成熟肽。

2基因表达与调控

由于HBD-2是最早被发现的呈现诱导性表达的防御素，人们对它的表达调控机制研究得最为详细。体内外的研究表明，感染和炎症细胞因子如细菌、真菌、IL-1、TNF以及LPS等的刺激可明显诱导或增强HBD-2的表达水平。这种诱导表达与HBD-2基因启动子区域NF-KB的结合位点密切相关，其中位于转录启始位点上游-204与-186之间的NF-KB的结合位点对HBD-2基因的转录调控最为重要[10-14]。

有关报告基因的研究结果表明，当此位点突变后，HBD-2基因启动子的活性恢复至基础水平，即未被刺激时的水平[9]。进一步的研究表明，这种NF-KB依赖性的转录调控机制与TLR介导的胞内信号传导途径息息相关。TLR2、TLR4、TLR9与各自相应的配体或配体复合物(如LPS+LBP+CD14复合物)结合后，通过级联反应，分别激活NF～KB通路和MAPK通路，并最终活化NF-KB.

HBD-2是第一种通过炎症刺激合成的人类防御素。通过敏感RT-PCR技术可在正常皮肤组织中检测到HBD-2mRNA，但其HBD-2水平并不具有抗菌活性，因此可以推测在正常情况下，HBD-2的体内合成速率非常低。但当角质细胞接触细菌后，如大肠杆菌或者绿脓杆菌，便会合成大量HBD-2并迅速释放。这种快速合成释放的机制可能与上皮细胞的抗原识别受体（PPRRS）,CD14以及细菌脂多糖有关，如同TAP的诱导合成[13]。

在新鲜分离的包皮，肺和支气管组织能够检测到基础hD-2mRNA表达，但在肾脏组织，唾液腺，小肠和肝组织中则没[13]。这种表达方式和牛TAPmRNA体内器官分布的模式相似，与hBD-1则截然相反。采用原位杂交技术检测的肺组织β-防御素能分析hBD-2和hBD-1mRNA在支气管上皮和粘膜下腺体中的表达。其结果表明气道上皮细胞在液-气界面生长时无需刺激也能分泌hBD-2，相反即使有刺激也不分泌hBD-1[13]。其他相关研究也证实hBD-1主要在泌尿道组织中表达而hBD-2主要在皮肤和呼吸系统上皮细胞中表达。

3生物学效应

对于革兰氏阳性和阴性细菌，真菌以及包膜包裹的病毒，防御素都有较好的抗菌活性，目前认为防御素通过激活白细胞而杀灭被吞噬的微生物。而hBD-2似乎通过其他途径来杀灭微生物，其由角质形成细胞和其他上皮细胞合成分泌，在直接暴露于不同微生物的器官表面直接发挥其保护作用[1,13]。体内HBD-2的杀菌活力（LD-90）对于大肠杆菌、铜绿假单胞菌和白色念珠菌的敏感浓度分别为10ug/ml和25ug/ml。而大于100ug/ml浓度的HBD-2似乎对于金黄色葡萄球菌仅具有抑菌效应。因此HBD-2被认为是一种对于革兰氏阴性细菌和真菌的选择性抗菌肽[15]。目前关于防御素抗微生物作用机理的研究表明，微生物细胞膜上孔道的形成是防御素抗微生物作用的关键环节[2,6]。但防御素在细菌胞膜上的特异排列方式有待于进一步研究。因为大多数真菌、胞膜病毒及结核杆菌等病原微生物的胞

膜和细菌一样带负电荷，所以防御素同样对它们起杀伤作用。而正常的真核细胞由于细胞骨架系统高度发达，且细胞膜中胆固醇含量较高，致负电荷较少，因而不与防御素发生作用。

4HBD-2与皮肤疾病

HBD-2最先是在银屑病患者的上皮细胞中被发现的。研究表明，这些患者的上皮细胞中HBD-2的表达水平显著增强，而在遗传性过敏性皮炎患者的上皮细胞中HBD-2的表达水平明显下降[1]。HBD-2在这两种患者中的不同表达水平明显影响了疾病的临床表现和过程，可能与其抗微生物活性和免疫调节功能密切相关。对于许多后天获得性免疫缺陷症的患者而言，其皮肤细菌或者真菌感染反复发作，推测原因之一可能是免疫功能抑制使得HBD-2表达减少有关[2]。

5HBD-2与肺部疾病

由于HBD-2在肺组织的丰富表达，以及其在炎症反应过程中的重要作用，使得不同学者越来越重视HBD-2在肺部疾病中的作用。HBD-2的不表达或低水平表达被证实与肺囊性纤维化患者的高感染率密切相关，进一步研究发现由于氯离子通道功能障碍，肺腺上皮细胞NaCL浓度上升，抑制了HBD-2抗菌活性及表达[14]。石卓等[15]以大鼠呼吸道直接感染或盲肠结扎穿孔引起肺组织损伤复制ALI模型，采用基因治疗的方法研究HBD-2在ALI／ARDS发生发展中的作用。在HBD-2重组腺病毒转染的大鼠肺组织中，肺间质水肿明显减轻，中性粒细胞浸润明显减少，ICAM一1的表达明显降低，炎症反应显著减轻。同时，徐笑益等[16]观察到，HBD-2多肽预处理能抑制脓毒症肺组织的细胞凋亡。由此可见，HBD-2能保护大鼠肺损伤和肺部炎症反应。肺部结核杆菌感染能引起HBD-2表达上调，一些研究也发现HBD-2对于结核杆菌有杀菌和抑菌作用[17,18]。KISICH等采转染HBD-2mRNA进入吞噬结核杆菌的人单核细胞源巨噬细胞，结果发现能有效抑制结核杆菌生长，在最初24小时后结核杆菌数量减少了54%[17]。

近年来HBD-2与慢性阻塞性肺疾病的关系（COPD）的关系越来越受到重视。有研究[17]发现，HBD-2的表达主要集中在远端支气管上皮细胞周围肺组织，COPD患者中HBD-2的mRNA和蛋白表达明显升高，mRNA表达程度和肺功能呈负相关。HBD-2的水平在COPD患者中，吸烟人群较非吸烟人群明显升高，COPD

患者周围肺组织的IL-8mRNA的表达也升高，其表达水平与HBD-2mRNA的表达水平正相关。这些结果表明，先天宿主防御系统和HBD-2参与COPD的发病机制，吸烟会影响COPD患者中HBD-2的表达[19]。另一项研究则发现，在COPD患者中，HBD-2表达在中央气道减少而在远端气道中表达增多，同时其表达程度于气道的阻塞程度以及是否吸烟密切相关[20]。

6小结

HBD-2不仅是新型高效的抗菌多肽，而且能调节机体免疫应答和炎症反应，调节组织创伤修复。有关其生物学效应、基因表达和调控、以及与临床疾病的关系目前仍处于进一步探索当中，需要更加深入的研究其在疾病机制中的作用，从而为不同疾病的治疗提供新的方向。

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（收稿日期：2015-09-18）

（本文编辑：李群）