苏 庆，黄凯悦

（1.重庆市合川区渭沱镇畜牧兽医站，重庆 401557；2.西南大学 动物医学院，重庆 402460）

防御素是一种具有广谱、高效、特殊免疫作用的抗菌肽，按照二硫键的位置差异，可将其分为三个不同的亚家族：α、β、θ。其中β防御素含有3对二硫键，其在分子链上的位置连接为Cys1-Cys5、Cys2-Cys4、Cys3-Cys6。β防御素不仅仅在皮肤、呼吸道、消化道、泌尿生殖道等部位中存在，其在结膜、胎盘、淋巴器官、骨髓、中性粒细胞、异嗜性白细胞等其他生物构成中也发挥着宿主防御作用（见表1）。有关报道证明，β防御素不仅对念珠菌、白色念珠菌、肺炎克雷伯菌、痤疮丙酸杆菌、大肠杆菌、沙门氏杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌等具有较好的抗菌效果，同时在抗伪狂犬病病毒、单纯疱疹病毒、逆转录病毒等病毒方面表现出强大能力，且对膀胱癌细胞等肿瘤细胞也有抑制作用（见表2）。总的来说，β防御素作为生物机体免疫功能发挥的重要蛋白肽，其抗菌、抗病毒、抗肿瘤功能及先天免疫效能在科学研究及生产利用上都占有极其重要的地位。

表1 防御素分布部位及生物活性

表2 β-防御素对细菌、真菌和肿瘤细胞的作用机理

防御素家族系列成员均为带有阳离子的多肽物质，具有独特的特征性片状结构。由六个半胱氨酸残基依靠分子内部的三个二硫键相互连接组成，残基之间的键合模式为C1–C5，C2–C4，C3–C6。此系列抗微生物肽均由三条反向平行链构成，各条平行链以“反式”排列的形态与二硫键相互连接，并以此维持肽链的结构性稳定。通过各种试验发现，肽链间二硫键对防御素发挥抗微生物活性的作用并不大，但若将其去除则会引起非结构化肽水解，导致防御素的稳定性降低。β防御素及其独特的一个特征是可以通过折叠产生如α螺旋、β结构、延伸、转角等二级结构以及其他排列方式。天然存在的防御素具有不稳定且半衰期较短的不利特性，但若是经过化学修饰则能够弥补该缺点，且修饰后的防御素在高温条件下仍能保持性质稳定，并保持抗菌等生物活性不受影响，为生产利用提供可能。

通常防御素在生物体内的合成与释放可以由细胞因子、发育信号、微生物信号及部分神经内分泌信号以组织特异性的方式进行调节。β防御素完成合成的位置一般在生物体的上皮细胞内。绝大多数β防御素均有两个外显子基因，一个主要作用是编码前原肽（含较多疏水性亮氨酸的信号序列），另一个主要作用是为成熟肽编码。在生物体内防御素含有的两个外显子基因转录为各自对应的mRNA时，一个外显子形成5′UTR区及含有编码信号肽的mRNA片段，另一个外显子则形成3′UTR区及含有为成熟肽编码的mRNA片段，该成熟肽是由对前体片段进行分割产生。β防御素最早是从牛中性粒细胞以及上皮细胞中发现，之后陆续在各个种类的脊椎动物体内均有分离得到。成年动物身体内的中性粒细胞主要由骨髓生产，骨髓中β防御素的mRNA合成方式大体与中性粒细胞内α防御素的基因转录模式类似，合成后的β防御素主要存储在已经与吞噬泡发生融合的中性粒细胞致密颗粒当中。在牛中性粒细胞致密颗粒中储存的主要有BNBD-4、BNBD-12以及BNBD-13三种典型β防御素，上述三种β-防御素的mRNA含量最多的部位为骨髓，在骨髓生成的早期完成BNBD-4的合成，但是BNBD-12则只存在于新产生的致密颗粒当中，伴随着组织蛋白酶前体同时分泌。β防御素初级翻译产物能够迅速转化为成熟的β防御素，其前体在生物体内的半衰期十分短。中性粒细胞在骨髓中成熟的同时停止颗粒合成，然后汇聚形成颗粒库，初级颗粒与吞噬泡发生融合释放防御素，并在吞噬泡中蓄积较高浓度的防御素，从而在吞噬泡被释放到外周血液循环之中时已经完成β防御素的合成。

另外依照β防御素在细胞膜上配体的不同，其免疫作用可通过激活许多不同的信号通路而发挥。重组鼠BD123可以抑制Mapk通路（LPS介导）中P38蛋白的磷酸化，从而降低TNF-a因子的分泌。重组猪BD3则能够对ERK1、2蛋白的磷酸化产生诱导，继而促进母猪卵巢的颗粒细胞产生增殖并进行迁移。同时据试验反馈，细胞膜具有的KV3.1通道和人类的BD2结合，可对钾离子通道的活性产生抑制作用，从而下调外周单核细胞IL-2以及Jur-kat细胞的表达；另外人类的BD2与Thp-1细胞膜具有的CCR2受体相互连接还可以激活NOD2信号通路，从而诱导Ifn-β产生表达。人类的 BD3可以和细胞内膜具有的磷酸肌醇4，5二磷酸盐产生互动，从而激活P13k-Akt-Nf-kb信号通路，使TNF以及IL-6产生表达。人类的BD3同样可以和CCR6受体相互作用以激活Smad3、Caspases1、Caspases4、NF-kB和MAPKs等不同的信号通路，从而对皮肤角质细胞具有的IL-37表达产生增长作用。人β防御素2、3可以加强吸收细胞内的Cpg-DNA，以增加树突状细胞对IL-6、IFN-a 等多种因子的合成总量。同时人β防御素2、3还可通过C-FOS及EGR蛋白含量的下调来抑制巨噬细胞自噬功能，以加大对细菌的清除效率。人β防御素2、3、4即可以诱导Mapk通路ERk1、2蛋白以及P38蛋白的磷酸化来促进IL-18细胞因子的分泌；又可以通过诱导STAT1、STAT3以及EGFR的磷酸化，来增加单核细胞趋化蛋白I、IL-6、IL-10的表达。

CpG ODN刺激可以促进A549细胞内磷酸化p38 MAPK含量的增加，活化p38 MAPK途径，从而诱导hBD-2的表达。肺炎克雷伯菌毒力因子夹膜多糖可诱导生物体肺部的上皮细胞分泌hBD-3，而且实验证明hBD-3的分泌对多糖浓度剂量具有极大的依赖性。在肺炎克雷伯菌CPS的刺激下，肺部上皮细胞分泌的hBD-3量可以比普通状态增长20倍左右，肺炎克雷伯菌CPS可以极大增加hBD-3的生成。mPGES-1是生物机体内PGES的一种，而PGES则是PGE2合成过程中的末端限速酶，其可以限制或催化PGH2转化产生PGE2。相关实验结果表明，HBD-2的表达与PGE2的分泌显着相关；在胎膜早破患者中胎膜组织hBD3、TLR2蛋白表达阳性率均明显高于正常健康产妇胎膜组织，且二者呈强烈正相关性，结合该研究结果，推测hBD3与TLR2蛋白可能存在某种关联。雌激素可以促进绵羊输卵管上皮细胞大量增殖，同时可以诱导绵羊输卵管上皮细胞分泌SBD1，有试验证明雌激素最佳的添加剂量为10-8M，而SBD1表达最高量的出现时间节点在添加后的3.5h。17-β雌二醇诱导SBD1表达的过程需要PKA、PKC以及NF-KB三条信号通路的同时与，并且在前期需要通过由GPR30所介导的非基因组途径实现，后期过程则需要通过雌激素受体所介导的基因组途径实现。17-β雌二醇诱导绵羊输卵管上皮细胞SBD1基因表达（经NF-KB信号通路）的作用机制如下：处于静息状态下的NF-KB和抑制蛋白家族的IKB蛋白相互结合形成无活性复合体并游离于上皮细胞胞浆内，而作为外界刺激因子加入的E2则和GPR30结合并产生一系列的级联反应；0.5h后IKB蛋白发生磷酸化形成p-IKB蛋白，然后p-IKB蛋白经过泛素化降解，游离的NF-KB蛋白被转运到细胞核内，1h后入核的NF-KB蛋白和SBDI开始子结合并激活SBD1的转录；随着细胞质当中IKB蛋白浓度的降低，细胞内出现新生成的IKB蛋白且其在添加的17-β雌二醇刺激下发生磷酸化。但是高表达的SBD1会产生细胞毒性，导致细胞将通过负反馈机制调节终止NF-KB信号通路，从而通过细胞内部磷酸化、泛素化、脱磷酸化等一系列过程使细胞内蛋白达到稳定状态。

综上所述，β防御素既可以直接对抗细菌、病毒实现免疫功能，也能够通过不同的信号通路产生免疫调节作用，从而参与到动物机体的免疫系统运转中。通过不断的深入研究，其在应用领域的作用必将被不断开发。