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1、防御素的研究进展王天航,刘汉林,谷兴光（北京联合大学生物化学工程学院，北京100023）摘要:防御素(defensins)是一类富含半胱氨酸和精氨酸的阳离子低分子内源性抗微生物短肽,主要以颗粒形式存在于吞噬细胞(粒细胞和巨噬细胞)和位于小肠隐窝的分泌细胞-潘氏细胞的细胞器内,具有广泛的杀菌活性、细胞毒性和免疫趋化作用,是机体天然免疫系统的重要组成部分,本文介绍了防御素的种类、基本结构、作用机理，并阐述了其应用。关键词:防御素;种类；基本结构;作用机制;应用1前言：抗菌肽是自然界中各类生物都具有其内在的防御系
2、统,当机体受到外界微生物侵染时,该系统便会产生一类防御性的肽类活性物质。防御素不同于其他的抗菌肽，一般抗菌肽作用于病原体的酶但防御素是直接作用于病原体的细胞膜,因此靶细胞不会对其产生抗性。所以防御素具有高效、广谱抗菌作用,且不会像抗生素那样产生抗药性和毒副作用,因此防御素具有很大的药用价值,同时防御素也可以作为免疫调节剂来调节机体的免疫系统。因此对防御素的研究非常有意义。2防御素的分类与基本结构[1]防御素是1种小的阳离子肽,是天然宿主识别微生物的基础。截止目前研究发现防御素的种类有:哺乳动物防御素、昆虫防
3、御素和植物防御素,而在哺乳动物体内又发现3种防御素亚家族,即α-防御素、β-防御素和θ-防御素。2.1哺乳动物类防御素防御素是动物体内防御系统的主要成分,大多由29个～42个氨基酸残基组成,含3对分子内二硫键,相对分子质量为2ku～6ku,根据其二硫键位置的不同可分为α-防御素、β-防御素、θ-防御素3类。α-防御素是于1980年美国Lehrer实验室从兔肺巨噬细胞中首先分离得到的、阳离子性极强的小分子抗菌肽,称为defensin,后被归为α-防御素;主要分布于人类、兔子、猪、鼠类的嗜中性粒细胞、兔子的齿槽
4、巨嗜细胞及人类和啮齿动物的小肠潘氏细胞。α-防御素分子链内二硫键的连接位置分别为Cys1-Cys6、Cys2-Cys4、Cys3-Cys5。其中Cys1-Cys6连接N端和C端,形成分子大环。β-防御素是Diamond等(1991)首先在牛的气管黏膜上皮细胞中发现的,后又在牛粒性白细胞中发现了13种与其序列高度相似,但其共有序与α-防御素不同,故被命名为β-防御素;主要分布于牛的骨髓和人及多种动物(牛、羊、猪、骆驼、驯鹿、小鼠、大鼠)的胃肠道、呼吸道、舌、牙龈、肾、皮肤的上皮中[2-3],近来在梅花鹿的舌粘
5、膜的上皮细胞内也发现了该短肽。单核细胞和巨噬细胞通常缺乏防御素,但是他们可以释放诱导上皮细胞合成β-防御素的信使。β-防御素分子链内二硫键的连接位置分别为Cys1-Cys5、Cys2-Cys4、Cys3-Cys6。θ-防御素是于2002年Trabi等用反向高效液相层析色谱法从猕猴的白细胞中分离出来的1种成环状结构分子,又被称为猕猴θ型防御素-1(RTD-1),4主要分布于巨嗜细胞内。θ-防御素的结构不同于α和β-防御素,其前体(已经发现3种)是α-防御素类似物,由1个终止密码子从α-防御素3个半胱氨酸碳骨架
6、的第4个残基处截断,从截短的α-防御素前体切掉1个9个氨基酸的片段,然后从头到尾进行剪切,直到其他的相同或相似的九肽出现。成熟的θ-防御素是2个半防御素的修饰与结合的产物,它的前体(称之为半防御素)是变异的α-防御素基因和1个未成熟的终止密码子的编码产物,导致每1个前体仅仅包含3个半胱氨酸残基。θ-防御素分子链内二硫键的连接位置分别为Cys1-Cys4、Cys2-Cys5、Cys3-Cys6,连接形成环状结构。2.2 昆虫类防御素[4]在1988年由Masturyama在1种半翅目昆虫肉蝇中发现了第1种昆虫
7、防御素。后来Dimarcq等先从果蝇中分离到1种病原菌诱导的抗菌肽,发现果蝇的防御素基因是单拷贝且无内含子,据此推测昆虫的防御素是独立进化而来的。后来经研究发现,昆虫防御素与哺乳动物防御素在二硫键的连接方式以及三维空间构型上是截然不同的,从而证明了昆虫防御素和哺乳动物防御素不具同源性。绝大多数昆虫的防御素带1个净正电荷,分子量为4.0ku左右,由34个～51个氨基酸组成,氨基酸序列中都含有6个保守半胱氨酸,3个分子内二硫键形成β片装结构和1个α螺旋结构,二硫键以Cys1-Cys4、Cys2-Cys5、Cys
8、3-Cys6连接。2.3植物类防御素在1990年由Mendez等从小麦、大麦种子首先分离得到植物防御素r1-P和r1-H,用NMR光谱法测定其三维结构,发现与哺乳动物和昆虫防御素相似。最近Thevissen也通过比较植物和昆虫防御素与真菌的葡糖苷鞘氨醇的相互作用,得知它们是由同一个前体细胞祖先进化而来的。植物防御素的分子质量小于5ku,由45个～54个氨基酸组成,3个分子内二硫键形成1个反向的β片装结构和1个α螺
