抗菌肽与肠道健康研究新进展

抗菌肽与肠道健康研究新进展刘伟、皮雄娥、王欣*浙江省农业科学院植物保护与微生物研究所、浙江杭州310021摘要：抗菌肽是生物体内诱导的具有抗菌作用的生物活性肽，在机体抵御病原入侵中起着重要作用。 近年来，肠道微生态研究热，抗菌肽和肠道健康研究广泛。 相关研究结果表明，抗菌肽表达水平的高低可以评价活体肠道的健康状况，因此可以监测抗菌肽的表达水平，建立疾病防治过程中的辅助诊断手段。 本文综述分析了抗菌肽对肠道菌群结构和免疫影响的最新研究进展，旨在为临床诊断和治疗提供参考。 关键词抗菌肽，肠道稳定，肠道微生物细胞数占人细胞的70%-90%，其基因数是人基因的1000倍以上1 . 人体与外界接触面积最大的消化道器官肠道，寄生微生物数约为人细胞数的10倍，其基因总数约为人基因数的100倍2 . 防止多数微生物感染肠道的重要防御机制之一是肠道分泌的抗菌肽。 抗菌肽作为天然免疫系统的重要组成部分，对抗感染和炎症起着重要作用。 此外，抗菌肽还具有维持菌群稳定、促进血管新生和免疫调节等多种生理功能(图1 )。 抗菌肽是最能代替抗生素的候选物质之一，各国科学家和制药公司投入资金开始大规模的研究开发。 世界卫生组织预计未来几年天然抗菌剂产值将达到25亿美元。 截止到2016年3月，美国已经推出了2种新的抗菌肽，是RXGeneric drugs公司生产的多肽和Trimeris公司生产的恩布肽。 此外，诱导内源抗菌肽表达的诱导剂如维生素D3、异亮氨酸和丁酸钠也在进行期临床试验。 潘氏细胞和肠细胞是人体肠道生产抗菌肽的主要场所，是肠黏膜屏障的重要组成基础。 作为肠道天然黏膜免疫屏障的重要细胞分子组成成分，与肠道共生细菌一起维持肠道菌群的稳定。 Donia等人预测人体微生物中有3000多种候选的生物合成基因簇，含有大量编码抗菌肽的基因3。 微生物学报actamicrobiiologicasinica2016， 56 (10 ) :1537-1543 doi :13343/ki.wsxb.201601 mini-review小型综合基金项目：浙江省公益性项目(2014C32G4010031 )国家“863计划”(2015AA020701 )浙江省植物有害生物防治Tel: 86-571-86404066； 传真： 86-571-86417303； 电子邮件： xxw w 101 收到日期： 2016-03-18； 修复日期： 2016-05-13网络出版日期： 2016-05-23防御素作为最重要的抗菌肽，在肠黏膜抗微生物中的作用受到关注，抗菌谱广泛，不易产生耐药性，不影响肠道微生态平衡。 防御素主要由半胱氨酸残基组成，通常具有二硫键的反式片结构。 防御素可分为防御素、防御素和防御素。 防御素在所有脊椎动物中均分泌为角化细胞和上皮细胞，二硫键形成部位在1-5、2-4和3-6位置5，存在于大多数哺乳动物中，二硫键形成部位在1-6、2-4和3-5位置6，仅存在于灵长类7 . 目前人类已发现6种防御素8和39种防御素9。 在牛和猪的基因组中发现了至少57个编码防御素和29个编码防御素的基因，鸡的基因组中含有14种防御素，但在这些动物中没有发现防御素10-11。 防御素HBD1-4一般存在于中性粒细胞中，其馀2种防御素(HD5和HD6)存在于小肠的面包细胞中7。除防御素外，肠细胞还分泌其他类型的抗菌肽catelicidins(ll-37 )、c型凝集素(REG蛋白家族)、RNase和s10100 (钙蛋白等)，在细菌、真菌和病毒入侵过程中保护宿主，稳定肠内微生物菌群，在肠内引起细菌感染和炎症反应图1 .抗菌肽具有多功能作用4 figure1. multifunctionalrolesofantimicrobialpeptides 4.1538 weiliuetal.| actiamicrobiologicasinica， 2016 56(10) actamicro 1抗菌肽是机体免疫调节重要的抗菌肽，在机体免疫调节重要的小肠粘膜上扎根的微生物约有10 14种，这些共生细菌对人体有益，参与营养物的消化吸收，合成人体生长发育所需的维生素，合成限制病原菌生长的物质13 在稳定状态下，共生细菌对宿主有益。 肠道上皮细胞主要以识别受体和微生物相关分子模式的2种方式监视肠道微生物。 模式识别受体激活后，可刺激上皮细胞抗菌肽和粘液的合成和释放14-15。 肠道菌群紊乱或平衡微生物菌群崩溃，会干扰肠道上皮细胞，引起炎症反应。 克罗恩病(Crohns disease，CD )患者中发现共生细菌可以提高宿主的免疫系统活性。 特别是CD疾病患者慢性炎症性肠病表1 .肠道抗菌肽的分类及感染和炎症过程中含量的变化12 . table1. classicationofintestinalantimicrobialpeptides和他们的表达式是infectionandintestinalinflammation 12 classnamesspeciesproductingcellsexpressiondurinfection- defensesinshd-5 HD-6 h.s.panethcellssalmonella CDUC cryptdinlm.m.panethcellssalmonella sm.m.panethcells - defensishbd1h.s.enterocytesshigellaCDUChbd2h.s.enterocytesepecs.typhimurium UCCD hbd 3，hbd4h.s.enterrocytessepec hbd6h.s.enterocytes-mbd1m.m.enterocytesc.rod entium mbd3m.m.enterocytesc.rod entium DSSmbd2、mBD4、mbd5m.m.enterocytes-catelicide hcap 18 h.s.icesslellaUC crampm.m.ice SDSS l.monocytogenesotherampregiiior hip/paph.s.panethcells-regiiim.m.panethcellsc.rod entium regiiim.m.panethcellssalmonella c.rod entium spl a 2人panethcells-clc20/MIP m.m.icesiecsepec UC CD lysozyme ch.s.panethcells-lysozymectypepm.m.panethcellss.typhimuriumUC bpim.m.ice succ CD bpih.s.ices-an M.m. Mus musculus .刘伟等人|微生物学报，2016，56 (10 ) 1539 (inflammatoryboweldisease，IBD )发现抗菌肽数减少，炎症加重16。 周期性牵引可引起抗菌肽的降低表达，诱发炎症免疫反应，增加感染和严重败血症的风险17。 Clay等学者认为肠道菌群与免疫系统的相互作用可能影响I型糖尿病的发展，微生物、细菌产物、抗菌肽和微生物代谢物可能直接促进炎症1 . 孙嘉等人的研究表明，胰岛细胞能表达CRAMP。 这种抗菌肽在I型糖尿病发病过程中缺失，补充外源性CRAMP可通过调节胰岛炎促进型免疫细胞表型、炎症因子表达等机制对抗I型糖尿病。 进一步的研究表明，木霉素类抗菌肽的产生受肠道菌群代谢产物短链脂肪酸的调控，该研究证实了木霉素抗菌肽与自身免疫性糖尿病的关系，从分子水平上揭示了I型糖尿病的发病机制，为I型糖尿病的防治提供了新的思路18。2抗菌肽形成肠道菌群结构的重抗菌肽形成肠道菌群结构的重要性近期研究表明，成年小鼠对白念珠菌的定殖具有一定的抵抗性，结果表明，肠道菌群中的厚壁菌门和伪菌门细菌起着重要作用19。 本文指出棒状杆菌增加缺氧诱导因子HIF-1A，增加LL-37-CRAMP的分泌，激活宿主自身免疫，减少其生根。 添加链霉素后，小鼠肠道菌群减少0.5个数量水平。 添加青霉素后，肠道菌群减少到34个数量水平。 抗生素处理清除厌氧菌后，特别是芽孢杆菌(Bacteroides thetaiotamicron )是念珠菌属细菌感染小鼠肠道。 同属两种菌对念珠菌生根的影响也不同。 b .希塔可以减少定植，但B. fragilis不同。 其原因是细菌对宿主的免疫应答不同，b .西塔可以刺激其他类型的抗菌肽，如RegIII的产生，它们具有杀真菌的效果。 缺陷型小鼠模型研究结果表明，抗菌肽CRAMP基因敲除小鼠后，结肠出现肠炎症状，随后用葡聚糖硫酸钠(Dextran sodium sulfate，DSS )处理后，病情进一步加重20。 将野生小鼠骨髓细胞移植到剔除小鼠，可缓解结肠炎的症状。 口服沙门氏菌攻击后，HD-5转基因小鼠对沙门氏菌的排斥能力增加21。 相反，基质金属蛋白酶MMP7缺失的小鼠丧失了具有生物活性的肠防御素，丧失了清除肠道病原菌的能力22。 两组互补小鼠模型的比较表明，肠道菌群结构同时发生了戏剧性变化。 在含有HD-5转基因小鼠的小肠中，与含有厚壁菌门细菌数少、疑似菌门细菌数增加的MMP7缺陷的小鼠相反，过量表达HD-5时，小肠末端的丝状菌显着减少和固有层Th17细胞数减少23。 最终结果表明肠道抗菌肽是微生物组成和形成胃肠炎的重要因素。 3抗菌肽影响家畜动物健康的抗菌肽影响家畜动物健康的研究强调，直接饲养抗菌肽对猪的生长、肠道形态和免疫状态有良好的效果。 断奶仔猪采食过程中添加大肠杆菌产生细菌素大肠杆菌e1、4d后的实验组与对照组相比，体重和饲料转化效率有显着改善。 含有大肠菌素E1的饲料也能减少粪便和回肠的大肠菌滴度，同时减少腹泻的发病率，改善腹泻的严重程度。 另外，给予大肠菌素E1后，降低了猪回肠中炎性细胞因子(IL- 1和TNF-)的表达水平24。 连续6天给予营养重组家蚕A/D效果相同：提高了生长率和饲料利用率，降低了腹泻的发生率。 肠结构形态及氮能力利用率无明显影响。 经过21日的牛奶铁蛋白抗菌肽饲养，提高了仔猪的生长性能，降低了仔猪的腹泻率。 仔猪断奶后连续饲养4周，直接加入人工合成的抗菌肽(AMP-A3或P5)不仅可提高营养消化性能，改善肠道形态和生长性能，血清中IgA，1540 weiliuetal.| actiamicrobiologicasinica，2016，56 (16 ) 另外，AMP-3和P5可以减少潜在有害细菌梭的数量或回肠、盲肠、粪便中的大肠菌群的数量。 同样，肉鸡饲养实验也取得了良好效果。 饲料中添加AMP-3可增加肉鸡的体重和饲料转化率，肉鸡小肠中绒毛高度和绒毛高度与腺窝深度之比增加26。 添加含重组家蚕的酵母培养基有提高鸡生长性能的效果，可以减少空肠和盲肠嗜氧菌的数量27。 以上动物实验表明添加抗菌肽对动物有益，在促进生长和控制疾病方面可作为抗生素的替代药物。4抗菌肽对肠道健康的前景和展望抗菌肽对肠道健康的前景，由于抗菌肽具有易酶解、产量低、纯化困难、合成价格高等问题，抗菌肽的研究和应用受到限制。 研究表明，小分子化合物丁酸能诱导防御素的合成，提高肠道中病原菌的去除率，不发生炎症反应。 该诱导剂或含有该诱导剂的不同形式的化合物作为抗生素的替代物，在经济上是有效的。 虽然这些化合物促进了生长、肠道健康、微生物菌群的平衡，但动物实验尚未进行。 揭示这些问题有助于更清楚、全面地分析疾病、肠道菌群与抗菌肽三者之间的相关性。 近年来，肠道微生态与健康的研究受到各国科学家的重视，一些研究结果表明肠道微生物与癌症、肥胖、神经变性疾病的