防御素在先天性抗病毒中免疫中的作用1

摘要：防御素是通过粒细胞和上皮细胞中小分子抗微生物肽的衍生物，在天然免疫中具有重要的作用。防御素在抗病毒机制中具有双重的作用：抗病毒和防御的作用，它可以直接作用于病毒粒细胞和宿主细胞。这篇综述主要是抗病毒活性和哺乳动物防御素机制的作用，这些活性具有临床意义。在先天性免疫中防御素复杂的功能在抗病毒感染中对于病毒疾病的预防和治疗具有意义。在适应性免疫形成之前，先天性免疫在抵御广泛微生物成为第一道防线。Toll受体是模式识别受体，在先天性免疫反应中具有重要的作用。假如宿主能构够识别与分子模式相关的病原[1]，Toll受体可以启动先天性免疫反应。相反，抗微生物肽的机制可作为先天性免疫重要的效应器[2]。在控制病毒感染中，先天性免疫的两个突变体的作用最才被公认[3-4]。在这些考察中，我们讨论抗微生物天的抗病毒作用。抗微生物肽如防御素和cathelicidins(BOX1)主要是通过粒细胞和上皮细胞产生的小分子。这些肽在抵抗微生物中具有广谱性，包括革兰氏阳性菌，革兰氏阴性菌，真菌和病毒[5-8]。尽管防御素抗病毒活性在1986[9]第一次报道，最近的报道显示防御素在抑制病毒感染中具有多重复杂的机制。防御素通过直接作用于病毒粒止而阻病毒感染，或影响靶细胞而间接的阻止病毒感染。通过细胞因子和TLR激活作用可以诱导防御素的产生，防御素可以调节适应性免疫反应。本综述主要讲动物防御素抗病毒的功能，我们了解分子的最新进展，其抗病毒活性的分子机制和与临床相关的潜在功能。哺乳动物防御素的概况合成的A防御素作为前多元肽，含有氨基端的信号肽、阳离子前片段和羧基端大约有30aa的成熟肽。人类a防御素1、2、3和4被指定为人类中性粒白细胞肽（HNP1,HNP2,HNP3andHNP4），因为它们主要在中性粒细胞中表达。HNP1,HNP2和HNP3是通过早幼粒细胞合成的，早幼粒细胞是骨髓中粒细胞的前体，成熟肽储存在初期的粒细胞粒中[12]。不像被释放的HNP,人a防御素5（HD5）作为细胞外处理的前肽[13-14]。θ-防御素是由两个α防御素组成的，类似于从头到尾翻译的9个aa的前肽[11，15，16]。依赖于防御素的机能，防御素的结构对于不同防御素的功能可能有所不同，例如，HNP1、HBD3和鼠的隐窝防御肽在抗菌机能中不需要二硫键[17-19]。然而正确的二硫键结合点对于趋化性活性是重要的，趋化性的活性已经属于HBD3[18].当二硫键类似于防御素时，α-防御素HNP1或θ-防御素在病毒粒上的直接作用被消除。其他的抗微生物肽也具有光谱性，在抵抗病毒的外壳和非外壳中有不同的活性。抗微生物活性是多重复杂的，包括直接作用于病毒、对靶细胞的影响和先天性及适应性免疫。Cathelicidins是哺乳动物抗微生肽的另外一个重要的家族。人类Cathelicidins的LL37在中心粒细胞和许多粘膜上皮细胞等类型中具有高的表达量。组成和诱导表达的LL37对炎症刺激有反应。类似于防御素，LL37有趋化活性，而其它的活性是通过受体介导细胞信号介导的。LL37和小鼠是同一家族，Cathelicidins与抗菌肽有关，研究显示他可以抑制牛痘病毒的复制【107】.LL37在抵抗牛痘病毒时，其活性不依赖盐离子浓度。牛痘病毒用LL37处理后能改变它的形态学，说明LL37可能对病毒粒有直接的影响。重要的是，Cathelicidins的生理学作用在缺乏CPAMP的小鼠中已经证明了。与野生型小鼠相比，当小鼠接触牛痘病毒时，能增加小鼠的发病率或是死亡率。】从其他物种得到的另外抗微生物肽反HIV的活性已经在探索。高浓度的阳离子肽（indolicidin），牛的Cathelicidins在体内对HIV有直接的抑制作用。外骨骼S4，caerin1.1，caeri,1.9和斑点1.1是从两栖动物的皮肤中分理处的抗微生物肽，阻止病毒的感染，阻止病毒的进入和破坏病毒粒子。另外，这些两栖类抗微生物肽在反向的T细胞中可以抑制来自树突状细胞介导感染的单核细胞。通过减少二硫苏糖醇和碘乙酰胺镣铐被破坏。鼠防御素4（cryptdin）的诱变物与本地鼠防御素4（cryptdin）相比，鼠防御素4（cryptdin）的诱变物是双硫键，半胱氨酸突变为丙氨酸，在金属蛋白酶存在下蛋白极易水解，这就说明二硫化物可能保护蛋白水解中具有重要的作用。二硫键在防御素的靶细胞中的抗病毒功能仍需要探索研究。细胞起源于组织的分布粒细胞和上皮细胞仍然是哺乳动物防御素的主要起源。到目前为止，六个人类的a防御素已经被鉴定，HNP1,HNP2andHNP3，他们之间的区别在于第一个氨基酸不同，估计是总中心粒蛋白的5-7%。HNP4与HNP1，HNP2和HNP3序列相比只有一个氨基酸不同，在中心粒细胞中组成包括不到2%的总防御素。HNP2被认为是HNP1and/orHNP3的水解产物，因为没有找到编码HNP2的基因。尽管在粒细胞中发现HNP的表达量很高，HNPs在其他免疫细胞可以找到，如粘膜表面和不同的组织中。另外，细胞能吸收和结合HNPs，然而，目前尚不清楚是否吸收防御所需的防御功能，包括抗病毒药活动。尽管白细胞防御素在进化中是保守的，这些白细胞防御素是从许多物种中分离出的，包括人类，兔子，几内亚猪，仓鼠和缺乏a防御素的小鼠通过中心粒细胞表达的白细胞防御素。鼠能表达许多肠道A防御素，众所周知的是在小肠潘氏细胞中的cryptdins。类似的，HD5和HD6主要是通过小肠潘氏细胞产生的，但在其他的组织中也存在，列如，唾液腺，雌性生殖道和炎性多的肠道中。额外，在淋球菌和衣原体感然的男性尿道的分泌物中HD5的浓度有所增加。尽管28个人类B防御素已经被鉴定，六个人类B防御素（HBD1,-2,-3,-4,-5and-6）主要在上皮细胞中表达。然而，HBD1在上皮细胞中表达，HBD2和HBD3是通过病毒、细菌、微生物和促炎反应因子如（TNF和IL-1）诱导表达的。HBD1、HBD2和HBD3在不同的上皮细胞组织中可以检测到，虽然微生物产品，诱导其表达的机制已被证明是各自的有不同。HBD1和HBD2的表达在单核细胞、巨噬细胞和单核细胞中衍生出的树突状细胞中可以检测到，指出HBD1和HBD2在上皮细胞中不表达。人类α–和β–防御素在乳汁已经被发现了。说明防御素在保护婴儿感染中具有重要的作用。HBD4的组成表达似乎受到睾丸和胃窦的限制，即使人的呼吸上皮细胞在接触PMA或者在体内经细菌感染后HBD4才表达，HBD5和HBD6在人的附睾中特异性的表达。三个θ-防御素已经在恒河侯的粒细胞中发现了，分别是RTD1,RTD2和RTD3。虽然在人骨髓中发现RNA转录与恒河侯的DEFT基因具有同源性。转录产物包括在上游信号序列的一个早熟的终止密码子，他可以终止后来的翻译。Retrocyclin是以编码人类θ-防御素假基因的成熟肽为基础人工合成的环状肽，说明Retrocyclin在体内具有活性。防御素对病毒感染的应答防御素诱导表达：在病毒感染的应答中，靶细胞会产生细胞因子、化学成分和其他的抗病毒因子，从而能控制病毒的复制。类似的方式，细胞因子诱导早期先天性免疫中，对病毒感染有应答，HIV-1能诱导HBD2和HBD3的mRNA的表达，但是在正常的人类口腔上皮细胞中HBD1是没有的，在HIV-1中没有他的复制。这些细胞缺乏HIV进入CD4、CCR5、XCR4或者是半乳糖基神经酰胺胞表面表达的受体，病毒与细胞之间的相互作用不清楚，而细胞主要负责β-防御素的诱导表达。HBD2和HBD3是在支气管上皮细胞进过诱导表达，他们属于人类鼻病毒属，而HBD1没有表达。与HIV介导诱导的HBD基因的表达相比，鼻病毒复制的活性对HBD基因诱导表达是需要的。HBD2基因表达对鼻病毒感染的应答是依赖于核因子KB的活性，而不依赖于IL-1，而且，人工合成的HBD基因表达对次黄核苷酸酶多聚胞(嘧啶核)苷酸有应答，TLR3的一个配体，说明在鼻病毒复制之中产生了细胞内双股RNA的中间产物，鼻病毒复制可能与HBD2和HBD3表达上调有关，HBD1和HBD2在子宫上皮细胞中表达。用肽聚糖和LPS刺激TLR2和TLR4可诱到胶质细胞和阴道上皮细胞产生HBD2。相比较，细菌蛋白的识别，列如，来自克雷伯氏菌属外膜蛋白A，来自大肠杆菌的肺炎和鞭毛蛋白能穿过TLR2和TLR5，TLR2和TLR5分别诱导CD3+、CD56+成熟自杀T细胞释放HNP1、HNP2和HNP3.防御素最为趋化因子α和β防御素对T细胞、单核细胞和未成熟的DCs有趋化活性。α和β防御素能诱导单核细胞核上皮细胞产生细胞因子。因此，防御素在调节免疫反应中可能会控制病毒的复制，从而激活下游的信号。列如，HBD1、HBD2和HBD3对记忆性T细胞核未成熟的DCs细胞的介导是通过与CCR6的结合来实现的，CCR6是含有CC-趋化因子配体20的一个受体。另外，HBD2在宿主细胞上有复杂的活性，包括诱导宿主细胞的迁移，脱粒和前列腺D2的产生。这些活性嫩共阻止百日咳毒素和抑制磷光体C，说明Giα蛋白相关的受体与磷脂酶C信号通路有关。鼠类β-防御素2能招募骨髓，而骨髓是通过CCR6未成熟的DCs和通过TLR4诱导DC成熟D的衍生物。尽管这些特殊的受体负责HNP1的趋化活性，但是HNP2和HNP3没有被鉴定，百日咳毒素能阻止他们的趋化活性，说明与Giα蛋白受体有关。一些研究表明HNPs其他生物学功能与一个特殊的受体有关。例如，HNPs结合到低密度的脂蛋白相关的受体上，与蛋白激酶Cα(PKCα)andPKCβ相互作用，导致在苯肾上腺素上减少平滑肌的收缩。HNPs与肾上腺皮质类固醇激素相互作用，类肝素磷酸糖蛋白（HSPGs）调节其他的生物学活性。HNP1已被证明在无细胞系统中抑制传统的PKC的活性。PKC的抑制活性对于在早期的CD4+T细胞中HNP1介导的抑制HIV复制是重要的。一些研究指出α和β防御素的一些生物学功能可能是通过与受体相互作用和后续的调节的细胞信号通路有关。然而，在防御素中这些受体的相互作用和信号通路能介导抗病毒的活性。特殊的抗病毒效应防御素在抗病毒活性中具有双重作用。一方面，抗病毒活性与病毒外壳直接相互作用，类似与防御素的抗菌活性，另一方面，通过与潜在靶细胞相互作用而间接的发挥抗病毒活性。这些防御素与细胞之间的相互作用是复杂的恶，可能是通过与细胞表面的糖蛋白相互作用而介导的，或者阻止病毒复制所需要的细胞信号通路。TABLE2概述了防御素活性和病毒复制中的抗菌肽。在病毒粒中的直接效应HNP1是最早报道的与许多病毒外壳有直接的作用，在对病毒外壳的检测中，HNP1对单纯疱疹病毒1型（HSV-1）和HSV-2有直接的影响，对泡状口炎病毒（VSV）和流感病毒的影响适中，对重组巨噬细胞病毒影响较少。HNP1特定的抑制效应能抵抗不同的病毒外壳，可能是由于不同病毒的病毒外壳脂质成分的变异产生的，细菌膜上的脂质成分已经证明兔的粒细胞防御素能改变膜的通透性。防御素对病毒粒的直接作用的具体机制仍然不清楚。目前流行的模式包括病毒膜的破裂或者与病毒糖蛋白的结合，到那仍需要进一步的研究。因子列如血清和盐可以改变机体内防御素的功能。因此，防御素不同的抗病毒机制可能操作于粘膜表面。而不是血液，主要依赖于盐浓度或者是血清的状态。这似乎是直接的抗病毒作用。血清可以减少防御素在病毒粒中的直接作用。在没有血清的情况下高浓度的防御素能引起细胞毒性反应。改变细胞膜的通透性，方式类似于防御素的抗菌活性。血清会停止细胞毒性反应，防御素介导的细胞毒性可能是局部的抗病毒作用。此外，在盐浓度较低的情况下，防御素有直接抗菌活性。然而，最适防御素的活性依赖于防御素特殊的功能。列如，既不是低浓度的盐业不是缺乏血清，而是需要防御素的化学成分。因次，当检测防御素抗病毒活性时，实验条件是很重要的。热灭火苗1993年首次报道合成豚鼠，兔和大鼠的α-防御素抑制艾滋病毒复制。证明这些肽能抑制体内HIV-1的感染，在血清小村子啊存在下，病毒进入后，能改变CD4+T细胞。HNP1,HNP2和HNP3的抗病毒活性已经在研究。HNP