普通外科

抗菌肽在胰腺疾病中的作用及相关研究进展

作者:佚名 来源:MedSci梅斯 日期:2022-11-16
导读

         固有免疫系统是机体抵御外来病原菌侵袭的第一道屏障,而抗菌肽则是固有免疫系统的重要组成部分。人体肠道内的抗菌肽与消化系统疾病密切相关,在炎症性肠病和胃肠道炎症过程中,抗菌肽有助于免疫细胞的募集和活化、细胞因子的产生以及炎症反应的调节。近年研究发现,抗菌肽在胰腺疾病的发生和发展中也有着举足轻重的作用,并有可能成为胰腺疾病治疗的突破口。本文就人体内常见抗菌肽在胰腺疾病中的作用以及相关治疗的研究进展做一

关键字:  胰腺疾病 

        固有免疫系统是机体抵御外来病原菌侵袭的第一道屏障,而抗菌肽则是固有免疫系统的重要组成部分。人体肠道内的抗菌肽与消化系统疾病密切相关,在炎症性肠病和胃肠道炎症过程中,抗菌肽有助于免疫细胞的募集和活化、细胞因子的产生以及炎症反应的调节。近年研究发现,抗菌肽在胰腺疾病的发生和发展中也有着举足轻重的作用,并有可能成为胰腺疾病治疗的突破口。本文就人体内常见抗菌肽在胰腺疾病中的作用以及相关治疗的研究进展做一综述。

        一、概述

        抗菌肽,又称为宿主防御肽,含12~50个氨基酸,分子质量为10 000,因带有精氨酸和赖氨酸残基而具有阳离子性。抗菌肽是固有免疫系统的重要组成部分,具有广谱抗菌作用,还能抑制真菌、寄生虫、病毒和肿瘤细胞的活动,且对多种耐药菌有效,不易产生耐药性。抗菌肽通常储存在大的细胞质颗粒中,之后释放到小肠隐窝腔内,并通过NF-κB、VDR、MAPK等多种信号通路发挥免疫调节作用,从而为宿主防御功能提供支持。人体内的抗菌肽根据其结构不同可分为数10种,其中最多见的是防御素和cathelicidin相关抗菌肽(cathelin-related antimicrobial peptide,CRAMP)。

        1.防御素:防御素最先由Ganz等于1980年分离、纯化、明确其基因序列。目前, 在不同种属的动物中发现了20余种结构类似物,这些结构类似物均富含半胱氨酸和半胱氨酸之间所形成的二硫键,被统称为防御素,根据其分子拓扑结构不同分为α、β和θ3类,人体内仅表达α-防御素和β-防御素。其中α防御素1、2、3主要由中性粒细胞分泌,故又称为人中性粒细胞肽,α-防御素5、6主要由小肠潘氏细胞分泌。人肠道中α-防御素5 mRNA含量约为α-防御素6的4倍。另有研究发现,α-防御素5 mRNA 表达水平从空肠到回肠有逐渐增加的趋势,并在回肠末端达到最高。α-防御素的抗菌活性主要通过穿透细菌和单细胞病原体的细胞膜引起病毒凝集、促进其吞噬作用而实现。β-防御素主要由上皮细胞和角质形成细胞产生,抗菌作用与α-防御素类似,可抑制细菌细胞壁合成,另外可以通过与病毒的直接相互作用以及与靶细胞的间接相互作用而发挥抗病毒活性。

        2.CRAMP:CRAMP是抗菌肽家族的另一个主要成员,最初在中性粒细胞中发现,后来发现在上皮细胞和角质形成细胞等多种细胞中均有表达。Cathelicidin基因编码的蛋白质为hCAP-18,LL-37是该蛋白C端的37个氨基酸片段,是hCAP-18经蛋白酶-3处理后的成熟形式。CRAMP的抗菌谱与防御素相似,并且还对多种宿主细胞尤其是上皮细胞和免疫细胞发挥一定的调节作用。

        3.其他抗菌肽:除防御素和CRAMP外,人体内的抗菌肽还有铁调素、肝素结合蛋白、天蚕素、蛙皮素等。Silva-Vaz等发现,在AP症状出现48 h后,铁调素是比CRP更好的预后指标。Sjobeck等的前瞻性研究发现,肝素结合蛋白有望成为AP发展至严重败血症的早期预测指标。由此可见,虽然这些抗菌肽在人体内的表达量较少,但仍具有较高的临床价值。

        二、抗菌肽在胰腺组织中的表达

        抗菌肽在人体胰腺组织中的表达情况尚未完全明确。Stenwall等发现,在正常胰腺组织中β-防御素1、4表达阴性,α-防御素1、4,β-防御素2、3,糖蛋白2,cathelicidin,再生胰岛衍生蛋白3α(regenerating islet-derived protein 3-alpha, Reg3α)表达阳性,其中α-防御素1和糖蛋白2局限于胰腺外分泌组织中,α-防御素4和β-防御素3仅在胰岛组织中表达,其余在胰岛和外分泌组织中均有表达。同时,研究者发现胰腺炎症组织中的抗菌肽表达显著低于正常胰腺组织;β-防御素1在正常胰腺组织呈阴性表达,但在炎症细胞浸润的胰腺实质内呈阳性。另有学者通过蛋白质组学技术对胰腺癌患者的胰液蛋白质组进行了全面检测,发现患者胰液中抗菌肽Reg3α过表达,并发现了与Reg3α相同度高达85%的另一新型蛋白质,将其命名为胰腺炎相关蛋白2。

        三、抗菌肽在胰腺疾病中的作用

        Huang等发现,急性坏死性胰腺炎(acute necrotising pancreatitis, ANP)大鼠肠道微生物群紊乱,溶菌酶和α-防御素mRNA表达水平明显下降,而血浆和回肠远端TNF-α、IL-1β和IL-17A的表达增加,肠屏障功能受损,表明在ANP过程中肠道微生物群紊乱和α-防御素的减少可能是导致肠屏障功能障碍的原因之一。也有学者发现,α-防御素5的获得性缺陷可能是ANP过程中发生肠道细菌易位的重要原因。Deng等发现,较野生型小鼠,CRAMP基因缺陷型cnlp-/-ANP小鼠模型出现了更为严重的胰腺炎症反应。上述结果表明,无论是防御素还是CRAMP,抗菌肽在ANP的发生和发展中具有保护作用。Cunha等发现,ANP大鼠肠道内α-防御素5和α-防御素7表达均升高,且老龄大鼠的表达水平较低龄大鼠更高,这可能与老龄大鼠肠道屏障功能完整性存在缺陷,从而发生进一步细菌易位有关。同时还发现即使老龄大鼠和低龄大鼠之间的全身炎症反应相似,但老龄大鼠的末端回肠局部炎症更为严重,且预后更差,表明α-防御素可能在ANP病程发展中起着关键作用,且α-防御素的高表达在老龄大鼠中可能会介导发展为更严重的局部炎症。Tiszlavicz等研究发现,人β-防御素1和β-防御素2的基因变异可能是发生SAP的风险因素,而β-防御素4变异基因的高拷贝数可能预示着更为严重的预后,这一观点与上述的研究结果相符。显然,在SAP病程中抗菌肽具有非常有效的保护作用,但当抗菌肽编码基因突变时,可能会加重肠道局部损伤导致不良预后,因此抗菌肽对AP炎症过程的多重影响仍需进一步研究证实。

        抗菌肽在CP中也存在一定的作用。Pausch等研究发现,与正常胰腺组织相比,CP中α-防御素1升高,通过CD15免疫组织化学染色发现,α-防御素1的升高与组织局部的促炎细胞因子的表达相关,这表明α-防御素1可能与CP的病程及发展相关。

        一些研究表明抗菌肽具有抗肿瘤作用。α-防御素1、2、3可以作为肿瘤标志物,小剂量的α-防御素可以促进肿瘤的增长,而大剂量的α-防御素却可以裂解并杀死肿瘤细胞。然而不同的研究发现同一基因编码的不同种类的抗菌肽对胰腺癌表现出不一样的作用。王雪等对cathelicidin基因编码的多肽BF-30在鼠源胰腺癌细胞Panc02的体外抗肿瘤作用中的活性进行了研究,发现BF-30可穿透细胞膜,进而结合基因组DNA,并抑制Panc02细胞迁移和增殖。但Sainz等的研究却发现,cathelicidin基因编码的hCAP-18/LL-37能促进胰腺肿瘤的发生和发展,hCAP-18/LL-37在晚期原发性和继发性胰腺导管腺癌的肿瘤基质中强烈表达,重组LL-37通过甲酰肽受体2(formyl peptide receptor, FPR2)和P2X嘌呤受体7受体(P2X purinoceptor 7 recombinant protein, P2X7R)依赖性地增强胰腺肿瘤干细胞相关基因的表达、自我更新、侵袭和致瘤性。而通过敲除小鼠的cathelicidin基因或通过药理学抑制FPR2和P2X7R受体则可以抑制肿瘤的发生

        四、抗菌肽在胰腺疾病治疗中的应用

        围绕调控肠道抗菌肽的相关通路有学者做了进一步研究,发现应用MAPK抑制剂的干预组大鼠体内α-防御素7的表达水平较ANP组高,且干预组大鼠的胰腺组织病理学评分较ANP组明显下降,表明p38MAPK信号通路调控α-防御素7的表达减少可能与ANP的病情进展有关。α-防御素7表达减少可导致组织炎症性损伤,继而破坏肠道免疫屏障,引发肠道感染,甚至可能出现胰腺坏死以及全身炎症反应综合征,造成器官功能衰竭等不良结局。可见,阻断p38MAPK信号通路从而调控α-防御素7的表达水平可能成为SAP治疗的突破口。

        随着AP发病率的升高,便捷可行的预防措施越来越受到患者的关注。Xiong等研究发现,补充秋葵果胶(okra pectin, OP)或粗秋葵果胶(crude okra pectin, COP)能抑制胰腺促炎细胞因子的产生,并能上调β-防御素1和CRAMP,结肠组织学检查也证实OP或COP可以有效维持肠道屏障功能。另有研究发现低甲氧果胶(low-methoxyl pectin, LMP)也可以发挥类似作用。这些研究表明,膳食OP、LMP补充剂均可以上调肠道抗菌肽,有效改善肠道损伤并减轻由AP引发的炎症反应,二者可作为AP和相关肠损伤的有效营养干预措施。另有学者发现膳食补充杆菌肽酶能有效预防CP,枯草芽孢杆菌所分泌的杆菌肽酶可上调肠道中的抗菌肽,并可降低胰腺中的炎症细胞因子(干扰素γ,IL-2、4、5、10、13)和免疫球蛋白,保护胰腺和肠道区域,并帮助其恢复功能,因而通过膳食补充杆菌肽酶调节肠道抗菌肽和炎症细胞因子可能会成为维持胰腺健康和预防CP的有效方法。

        已有研究发现K-ras突变型胰腺癌细胞可显示出强烈的巨胞饮作用,该胞饮过程可用于抗癌靶向疗法的设计中。Du等的研究发现,定制包含β-防御素2和人血清白蛋白的重组防御素对K-ras突变型细胞的细胞毒性强于对野生型细胞的细胞毒性,且该重组防御素能抑制癌细胞增殖并诱导线粒体途径凋亡。刘文娟等制备的包含α-防御素5、利达霉素辅基蛋白(lidamycin apoprotein,LDP)和表皮生长因子受体配体寡肽(EGFR-directing ligand peptide, Ec)的防御素融合蛋白Ec-LDP-D5可以与高表达EGFR的PNAC1和ASPC胰腺癌细胞相结合,从而对胰腺癌细胞产生强烈的杀伤活性和诱导凋亡能力。提示上述重组类防御素可能在胰腺癌靶向治疗中发挥积极作用,这也为未来胰腺癌的治疗提供了新思路。

        综上所述,抗菌肽是广泛存在于人体内的多肽类物质,是固有免疫系统中的重要组成部分,具有广谱杀菌作用和抑制真菌、寄生虫、病毒和肿瘤细胞等多种生物学活性。在胰腺疾病中抗菌肽的表达量出现变化提示其在胰腺疾病的进展中发挥一定的作用,但其中的多重影响仍不明确,需更多的基础与临床研究进一步探讨。

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