LL37的来源、结构、生物活性和应用

1、LL37的结构、作用与研究进展汇报人：孙梓桉2013年6月23日目录1234LL37LL37的来源的来源LL37LL37的结构特点的结构特点LL37在肺部疾病中的研究进展在肺部疾病中的研究进展LL37的主要生物活性的主要生物活性n LL37 LL37是是CathelicidinCathelicidin蛋白蛋白N N端的端的3737个氨基酸，因其开始的氨个氨基酸，因其开始的氨基酸分别为基酸分别为L-LL-L而得名。它是而得名。它是CathelicidinCathelicidin家族家族中唯一存在于人中唯一存在于人体的体的抗菌肽抗菌肽。n LL37 LL37是中性粒细胞特殊颗粒中的主要蛋白质，广泛

2、存在于骨是中性粒细胞特殊颗粒中的主要蛋白质，广泛存在于骨髓、睾丸、中性粒细胞、单核细胞、舌、食管、子宫颈及阴道髓、睾丸、中性粒细胞、单核细胞、舌、食管、子宫颈及阴道鳞状上皮细胞中。鳞状上皮细胞中。n LL37 LL37在中性粒细胞中以失活前体蛋白的形式合成与储存，前在中性粒细胞中以失活前体蛋白的形式合成与储存，前体蛋白含一个信号肽、体蛋白含一个信号肽、cathelincathelin保守区域和保守区域和3737个氨基酸残基的个氨基酸残基的活性肽，分子量为活性肽，分子量为19.3KD19.3KD。n 细胞被激活后通过丝氨酸蛋白酶细胞被激活后通过丝氨酸蛋白酶-3-3和其他蛋白水解酶的作用和其他蛋白

3、水解酶的作用剪切信号肽，释放出有活性的剪切信号肽，释放出有活性的LL37LL37，除去信号肽后的表观分子，除去信号肽后的表观分子量为量为18KD18KD，称为，称为hCAP-18hCAP-18。(hCAP-18/LL37)(hCAP-18/LL37)来源来源CathelicidinCathelicidin家族家族是哺乳动物防御系统的主要成员，是哺乳动物防御系统的主要成员，是一类结构多变的抗菌肽，因在表达的信号肽与成是一类结构多变的抗菌肽，因在表达的信号肽与成熟肽之间含有一高度保守的熟肽之间含有一高度保守的cathelincathelin肽段而自成一肽段而自成一家族。最初从猪白细胞中分离出来，因

4、结构与一种家族。最初从猪白细胞中分离出来，因结构与一种组织蛋白酶组织蛋白酶L L抑制剂相似而命名。在抑制剂相似而命名。在N N末端由末端由100100个氨个氨基酸残基构成，含有高度保守的基酸残基构成，含有高度保守的cathelincathelin结构域，结构域，而而C C末端含有抗菌活性域。末端含有抗菌活性域。抗菌肽（抗菌肽（antibacterial peptidesantibacterial peptides）是由基因编码、具有抵御是由基因编码、具有抵御外界微生物侵害，清除体内突变细胞的一类小分子多肽，是生外界微生物侵害，清除体内突变细胞的一类小分子多肽，是生物体内天然免疫系统的重要组成部

5、分。物体内天然免疫系统的重要组成部分。抗菌肽抗菌肽阴离子抗菌肽阴离子抗菌肽阳离子抗菌肽阳离子抗菌肽具有具有螺旋结构，无螺旋结构，无半胱氨酸半胱氨酸含含2 2个或个或3 3个二硫键的个二硫键的片层片层富含特定氨基酸，无富含特定氨基酸，无半胱氨酸的延伸肽半胱氨酸的延伸肽含有含有1 1个二硫键的抗菌个二硫键的抗菌肽（位置常在肽（位置常在C C末端）末端）LL37LL37结构结构LL 37 LLGDFFRKSKEKIGKEFKRIVQRIKDFLRNLVPRTES Human E，BC结构结构 n LL-37LL-37由由 37 37 个个 氨氨 基基 酸酸 组组 成成 ， 氨氨 基基 酸酸 序序 列

6、列 LLGDFFRKSKEKIGKEFKRlVQRIKLLGDFFRKSKEKIGKEFKRlVQRIKDFLRNLVPTESDFLRNLVPTES，分子量为，分子量为 4.5kD4.5kDn N-N-末端疏水性高，分子的末端疏水性高，分子的中央部氨基酸残基中央部氨基酸残基(13-34)(13-34)形形成一个典型的双亲螺旋结构，成一个典型的双亲螺旋结构，此结构与抗菌活性有关此结构与抗菌活性有关氨基酸氨基酸 n LL-37 5LL-37 5端上游启动子端上游启动子区域区域- 28 - 28 位点，有一位点，有一 TAAA TAAA 序列，可能有序列，可能有 TATA TATA 盒功能。盒功能。

7、n 启动子区域还含有一个启动子区域还含有一个 NF-IL6 NF-IL6 结合位点、三个急结合位点、三个急性期反应因子性期反应因子(APRF) (APRF) 结合结合位点位点,APRF ,APRF 又称信号传导和又称信号传导和转录活化因子转录活化因子( STAT) 3( STAT) 3，参与急性期反应炎症和造血。参与急性期反应炎症和造血。编码基因编码基因生物活性生物活性抗细菌作用抗细菌作用抗内毒素作用抗内毒素作用具有趋化作用具有趋化作用抗肿瘤作用抗肿瘤作用LL371 1、抗细菌作用、抗细菌作用n hCAP-18/LL-37 hCAP-18/LL-37 具有广谱抗菌作用，对具有广谱抗菌作用，对

8、G+ G+菌、菌、G-G-菌均菌均有杀灭作用，其抗菌活性有杀灭作用，其抗菌活性( (最小抑菌浓度最小抑菌浓度MIC)MIC)多在微摩尔多在微摩尔水平水平。n 已经明确证实已经明确证实LL-37LL-37在骨髓以及附睾的头部和尾部为固在骨髓以及附睾的头部和尾部为固有表达有表达, ,而在上皮细胞包括角质细胞而在上皮细胞包括角质细胞, ,非角质细胞如口腔非角质细胞如口腔黏膜、舌、食管、宫颈、阴道、肺腺上皮、肺泡巨噬细黏膜、舌、食管、宫颈、阴道、肺腺上皮、肺泡巨噬细胞内诱导表达。胞内诱导表达。n LL-37LL-37在人体内广泛存在表明其在抗微生物侵袭中起到在人体内广泛存在表明其在抗微生物侵袭中起到重

9、要作用。重要作用。n LL-37LL-37在呼吸道上皮高度表达可保护肺部免受许多病原在呼吸道上皮高度表达可保护肺部免受许多病原微生物的侵袭。微生物的侵袭。LL-37/hCAP-18LL-37/hCAP-18体外体外可杀灭金黄色葡萄球可杀灭金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌和菌、铜绿假单胞菌和肠球菌肠球菌; ;其杀菌活性其杀菌活性与气道的其它抗微生与气道的其它抗微生物蛋白如溶菌酶、乳物蛋白如溶菌酶、乳铁蛋白等有协同作用铁蛋白等有协同作用。LLLL37 37 可能通过多聚体的可能通过多聚体的 N N 端与双亲性磷脂分子相端与双亲性磷脂分子相互作用，扰乱膜脂分子排互作用，扰乱膜脂分子排列，影响细胞膜的结构

10、和列，影响细胞膜的结构和功能，从而起到杀菌功能，从而起到杀菌作作用，用，即所谓的即所谓的“地毯式地毯式”模型模型。1 1、抗细菌作用、抗细菌作用抗菌谱较广、抗菌活性一般抗菌谱较广、抗菌活性一般抗菌作用具有构象依赖性抗菌作用具有构象依赖性抗菌作用抗菌作用与与肽链中正电荷密切相关肽链中正电荷密切相关抗菌活性可因血浆蛋白存在而降低抗菌活性可因血浆蛋白存在而降低对细胞膜的损害是非特异的对细胞膜的损害是非特异的LL37LL37抗菌抗菌作用特点作用特点2 2、抗内毒素作用、抗内毒素作用细菌细胞壁的脂多糖细菌细胞壁的脂多糖(LPS)(LPS)是内毒素的主是内毒素的主要成分要成分,LPS,LPS与血中与血中L

11、BP(LPS-binding LBP(LPS-binding protein)protein)作用作用,LBP,LBP可介导可介导LPSLPS与与CD14CD14的结的结合形成合形成LPS-CD14LPS-CD14复合物复合物, ,该复合物可通过该复合物可通过细胞膜的细胞膜的TollToll受体受体TLRs(Tol-l like TLRs(Tol-l like receptors)receptors)信号系统信号系统, ,激活激活NF-JBNF-JB转录因子转录因子和胞外信号调节激酶和胞外信号调节激酶, ,从而诱导炎症细胞从而诱导炎症细胞因子的产生因子的产生, ,其中其中TNFTNF是一个主要

12、的分子。是一个主要的分子。LL-37LL-37可以显著抑制可以显著抑制LPSLPS和和LBPLBP的结合的结合, ,从而抑制从而抑制LPSLPS与与CD14CD14的结合的结合; ;此外此外,LL-37,LL-37也也能结合到能结合到CD14CD14分子上而抑制分子上而抑制LPSLPS与与CD14CD14的结合的结合。LL-37LL-37的的- -螺旋构象和碱性氨基酸所带的螺旋构象和碱性氨基酸所带的正电荷与抗正电荷与抗LPSLPS作用有关。作用有关。LL-37LL-37的的N N末端末端3232个氨基酸序列对抗个氨基酸序列对抗LPSLPS的作用最强的作用最强, ,带阳带阳离子的抗生素如多黏菌素

13、离子的抗生素如多黏菌素B B可以中和某些可以中和某些类型的类型的LPS,LPS,但由于其毒性大而限制了临床但由于其毒性大而限制了临床应用。应用。对内毒素的作用既有直接作用也有间对内毒素的作用既有直接作用也有间接作用接作用, ,体外研究表明体外研究表明LL-37LL-37可以和内可以和内毒素直接结合而中和其毒性。但毒素直接结合而中和其毒性。但LL-LL-3737抗内毒素作用主要还是抑制内毒素抗内毒素作用主要还是抑制内毒素引起的细胞因子或炎症介质的释放引起的细胞因子或炎症介质的释放, ,如如TNFTNF及自由基的释放。及自由基的释放。3 3、趋化作用、趋化作用说明说明机制机制意义意义研究表明研究表

14、明LL-37LL-37作为作为天然免疫的一个重天然免疫的一个重要分子具有一定的要分子具有一定的趋化活性趋化活性, ,可使循环可使循环血中的中性粒细胞、血中的中性粒细胞、单核细胞以及单核细胞以及T T淋巴淋巴细胞向炎症部位聚细胞向炎症部位聚集。集。通过于通过于FPRL1FPRL1受体结受体结合实现的。是一种合实现的。是一种趋化受体趋化受体, ,表达与单表达与单核细胞和噬中性粒核细胞和噬中性粒细胞表面细胞表面, ,当当FPRLFPRL受受体被激活后体被激活后, ,可使可使G G蛋白介导的信号传蛋白介导的信号传导系统放大导系统放大, ,结果使结果使白细胞的黏附性、白细胞的黏附性、吞噬性、杀菌活性吞噬

15、性、杀菌活性增加。增加。LL-37LL-37的趋化活的趋化活性说明性说明LL-37LL-37不不仅是作为机体仅是作为机体抗感染的分子抗感染的分子, ,也是免疫反应也是免疫反应以及炎症反应以及炎症反应效应细胞之间效应细胞之间早期的联系分早期的联系分子子。4 4、抗肿瘤作用、抗肿瘤作用抗肿瘤细胞作用与抗菌类似，抗肿瘤细胞作用与抗菌类似，主要通过损伤细胞膜起作用。主要通过损伤细胞膜起作用。在肿瘤细胞膜上形成孔洞，使在肿瘤细胞膜上形成孔洞，使内容物外泄；线粒体肿胀、空内容物外泄；线粒体肿胀、空泡化；核膜界限模糊不清；抑泡化；核膜界限模糊不清；抑制染色体制染色体 DNA DNA 的合成；细胞的合成；细胞

16、骨架也受到一定程度损伤。骨架也受到一定程度损伤。对肿瘤细胞的影响还表现在能够对肿瘤细胞的影响还表现在能够调节肿瘤细胞某些细胞因子的分调节肿瘤细胞某些细胞因子的分泌。泌。现有的研究表明抗菌肽抗肿瘤作用表现现有的研究表明抗菌肽抗肿瘤作用表现在接触性抑制上，主要从攻击细胞膜、在接触性抑制上，主要从攻击细胞膜、细胞器、细胞核膜和染色体细胞器、细胞核膜和染色体 DNA DNA 细胞骨细胞骨架、诱导细胞凋亡等几个方面杀伤肿瘤架、诱导细胞凋亡等几个方面杀伤肿瘤细胞细胞。同时还能通过调动机体的体液免同时还能通过调动机体的体液免疫，促进白细胞的增殖来抑制肿瘤的侵疫，促进白细胞的增殖来抑制肿瘤的侵蚀。蚀。思考思考

17、LL37LL37是否有是否有其他生物活其他生物活性作用？性作用？LL37LL37在肺部疾病中的研究进展在肺部疾病中的研究进展LL37肺部肺部感染感染支气支气管哮管哮喘喘慢性阻慢性阻塞性肺塞性肺病病肺癌肺癌1 1、损伤细胞、损伤细胞膜膜2 2、调动机体、调动机体的体液免疫来的体液免疫来对抗肿瘤对抗肿瘤LL37LL37参与肺非特异性参与肺非特异性防御机制，可协同气防御机制，可协同气道内其他抗微生物蛋道内其他抗微生物蛋白杀灭白杀灭SAUSAU、P.aeruginasaP.aeruginasa，等。，等。总结总结v抗菌肽与传统抗生素相比，其可以抗菌肽与传统抗生素相比，其可以杀灭耐药病原菌杀灭耐药病原菌及不易产及不易产生耐药突变株的特性具有明显的优势，可作为新型抗微生物生耐药突变株的特性具有明显的优势，可作为新型抗微生物制剂的基础。同时，人源性抗菌肽制剂的基础。同时，人源性抗菌肽LL37由机体自身基因编码，由机体自身基因编码，是固有免疫系统的正常组成部分，是固有免疫系统的正常组成部分，对自身细胞不易产生排斥对自身细胞不易产生排斥或毒害或毒害。v尽管已有初步人体试验证实其可以用于局部治疗，已有部分尽管已有初步人体试验证实其可以用于局部治疗，已有部分应用于全身治疗的临床应用于全身治疗的临床期、期、期试验期试验，作为药物开发的基作为药物开发的基因编码的抗菌肽包括人源性抗菌肽因编码的抗菌肽包