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摘要：产生抗微生物肽（antimicrobial peptide）是真核生物宿主防御的一个重要途径。防御素(defensins)是重要的一类抗微生物肽，包括四个亚家族，即植物防御素、昆虫防御素、α-防御素和β-防御素。其中β-防御素主要分布在脊椎动物的皮肤、粘膜等上皮组织，构成机体抵御微生物侵袭的第一道化学屏障，在组织烧伤等创伤感染中发挥重要作用。本文主要对β-防御素的结构、功能、分布和作为抗生素肽的应用前景进行综述。
因感染而造成的烧伤病人死亡率一直居高不下，因此寻找新型的、无细菌耐药性的抗生素极其重要。近年研究发现，真核生物能够产生大量的抗微生物肽或蛋白，广泛参与抑制和杀灭外源致病微生物的侵袭，构成机体宿主防御的一个重要途径。因其为机体内的天然蛋白，无耐药性这虞，故有希望开发为新型的抗生素，解决临床上因传统抗生素耐药而出现的尴尬局面。本文讨论的主要是小分子的抗微生物肽（一般小于100个氨基酸），这些内源性的短肽分子能够破坏微生物细胞膜的结构和功能。人体内的防御素可分为α和β两种。两者分子结构相似，基因位于同一基因簇中，具有共同的进化起源。α-防御素主要由哺乳动物中性粒细胞和小肠Paneth细胞产生，也见于雌性动物的生殖上皮。α-防御素对革兰阳性菌、阴性菌、真菌、螺旋菌、分支杆菌、原生动物和包膜病毒具有广谱的杀伤作用。β-防御素由哺乳动物上皮细胞产生，分布在机体宿主-环境的界面位置，构成机体抵御外界微生物侵袭的第一道化学屏障。
1、β-防御素的结构
1.1基因定位 目前已恨现的人类β-防御素（humanbeta-defensin,hBD）有3种，即hBD-1，hBD-2和hBD-3。与其他防御素家族成员一样，其基因均定位于人第第8号染色体上8P22～8P23区间＜1Mb的范围内。各种防御素基因在染色体上最可能的排列顺序为：着丝粒hBD-2BD1-hNP1-端粒。由于hBD-2基因与其他基因之间的距离比其他基因之间典型的距离要长很多，所以怀疑hBD-2附近还存在新的防御素基因。Jia等分析了人第8号染色体8P22～8P23区间的基因组序列，发现了一个新的β-防御素成员——hBD-3。该基因位于hBD-2上游13kb的位置，并与hBD-2具有一致的转录方向。cDNA克隆及编码氨基酸序列分析表明其与Harder等新近从人牛皮癣病灶皮肤和上皮细胞培养上清中分离到的hBD-3相一致。进一步的分析发现，在hBD-3上游13kb处还有HE2(human epididymis secretory protein)基因。该基因的mRNA剪接形式之一HEbetal编码一个含有同样的半胱氨酸基元(consensus cysteine motif)的潜在的β-防御素成员。
与hBD-1不同，hBD-2基因上含有多个核因子κB（NF-κB）结合位点。NF-κB是TNF的作用元件，能够整合损伤或微生物侵袭时宿主固有的和获得性的免疫信号途径，参与LPS和前炎症细胞因子等引起的转录水平的宿主反应。hBD-1基因中缺乏类似的NF-κB元件，这或许可以解释为什么LPS和TNF不能诱导hBD-1表达。
1.2蛋白结构 人β-防御素hBD-1、hBD-2和hBD-3分别为36个氨基酸、65个氨基酸和45个氨基酸的短肽，其分子中都带有较多的正电荷，空间结构上分为疏水区和带电区；肽链折叠形成三束β-片结构。由6个半胱氨酸残基形成三个二硫键稳定其结构，分子中均富含精氨酸。其保守的6个半胱酸形成的三个链内二硫键的连接方式为：Cys-2与Cys-4、Cys-1与Cys-5和Cys-3与Cys-6相配对连接。此外，其分子中还有4个保守的残基，即甘氨酸、脯氨酸、苏氨酸和赖氨酸。
2、生物学活性
2.1抗微生物活性及其作用机制 β-防御素具有广谱的抗菌活性。在体外，hBD-1在毫摩尔浓度下对革兰阳性菌、革兰阴性菌、真菌、螺旋体、分析杆菌及有包膜病毒均具有杀灭作用。hBD-2对革兰阴性菌有高效的杀菌作用，在约10μg·ml-1的浓度下就可以达到90%的杀菌效果（LD90）；对酵母也有有效的杀伤作用，LD90为μg·ml-1；而对革兰阳性hBD-2的浓度要达到100μg·ml-1时才有抑菌作用。故hBD-2对革兰阴性菌的杀伤作用强于对革兰阳性菌的作用。hBD-3与hBD-1和hBD-2一样具有抗菌活性，尤其对革兰阳性菌具有强裂杀伤作用。微克级水平的hBD-3对金黄色葡萄球菌、酿脓链球菌等革兰阳性致病菌，革兰阴性的绿杆菌和大肠杆菌以及酵母都具有强烈的杀伤作用，并且对多药抗药性的金黄色葡萄球菌和抗万石霉素的粪肠球菌也可在较低浓度下发挥杀伤作用。
β-防御素的直接杀菌作用是由于β-防御素分子呈阳性，带正电荷，能够与带负电荷，呈阴性的细菌表面结合，结合后其分子中的疏水区可插入到细菌的胞膜，而其带电区（带正点荷）则与细菌胞膜上带负电荷的磷脂头部和水分子相互作用。在细胞膜上多个β-防御素分子聚集形成孔隙或通道，使得正常情况下处于胞外的离子、多肽等流入胞内，而胞内重要的盐类、大分子等泄漏到胞外，最终导致不可逆性的菌体死亡。β-防御素在细胞膜上的通道形成过程与膜的磷脂组成成分和所处的温度环境等因素有关。然而，一旦β-防御素在膜上行成了通道，上述因素便不会对其通道的活动构成本质的影响。另外，由于大多数真菌、支原体、螺旋体等致病微生物的胞膜也和细菌一样带负电荷，所以也是β-防御素的攻击的对象。β-防御素也可以通过产生单链断裂而诱导DNA损伤。高等动物的细胞则由于细胞膜中负电荷含量较低而免于受到攻击。
对hBD-2处理过的细菌菌体进行X光衍观察，其研究结果支持以上作用机制。扫描电镜观察发现，hBD-3也可在细菌胞壁形成孔道，但其确切的机制是否与hBD-2相同尚不清楚。
内源性抗微生物活性肽作为机体上皮组织抵御环境中微生物侵袭的第一道化学屏障，其动员比特异性抗体或细胞介导的免疫反应更加简单而快速。外来信号诱导其合成不需要细胞的增殖和分化，在几小时内人就能起作用，可在感染后短期内阻遏、延缓微生物的生长，或完全消除其感染，因此在机体的固有免疫（innate immunity）防御中发挥着重要作用。