防御素在口腔生态环境中的作用

　　作者：赵今,哈木拉提•吾甫尔,审校　　作者单位：新疆医科大学第一附属医院口腔科 新疆 乌鲁木齐

　　【关键词】 防御素 口腔生态环境

　　防御素是一种阳离子多肽因子，是肽抗生素中的一个家族，具有强大的抗微生物活性。人口腔中存在着大量的防御素，具有广谱抗菌、抗真菌和抗病毒及非特异性细胞毒作用，是机体重要的免疫因子，可以诱导获得性免疫功能。防御素可以将机体的先天免疫和获得性免疫相互联接起来，人类口腔中含有的防御素，对维持口腔生态平衡抵抗微生物感染起着重要的作用。本文就防御素在口腔生态平衡中的生物作用作一综述。

　　1 防御素的结构及基因定位

　　防御素为双歧性活性分子肽，带阳性电荷，pH呈中性，成熟的分子量大约为3～4 kD，含30～34个氨基酸。这些肽以9个高度保守的氨基酸为特征，包括6个恒定的半胱氨酸残基，半胱氨酸之间形成3个二硫键使其三级结构更稳定。 根据防御素二硫键的不同结合方式将人类防御素分为α-防御素和β-防御素两个家族。α-防御素家族有6个成员，其中4个为人中性粒细胞多肽(human neutrophil peptides, HNP)即HNP-1～HNP-4， 另2个为人防御素5(human defensins-5, HD-5)和人防御素6(human defensins-6, HD-6)。人类β-防御素有HBD-1、HBD-2和HBD-3 共3种。α-防御素家族中除了HNP-2外，所有的α-防御素基因都位于第8条染色体上的 P23区[1]。HNP-1～HNP-4是小分子带正电荷的富含精氨酸的多肽[1]，含有29 ～35个氨基酸残基。前3种防御素在结构上非常相似，差别仅在于N-末端的信号氨基酸有所不同，而HNP-4却与前3者在基因序列和氨基酸组成上存在明显差异，与前3者仅有32%的同源性[2]。在β-防御素中，HBD-1和HBD-2的基因也集中在第8条染色体的P23区[3]，HBD-1基因与其它哺乳动物的β-防御素基因具有高度的同源性。HBD-3的氨基酸序列与HBD-2约有43%的同源性[4]。 α-防御素与β防御素在基因水平、cDNA水平、前体多肽序列都有所不同，但真正区分二者的却是氨基酸序列中位置固定的6个半胱氨酸残基组成的3个二硫键的链接方式。

　　2 防御素在口腔组织的表达和分布

　　α-防御素在中性粒细胞分化成熟前即已合成，并储存于细胞浆颗粒中，生理情况下成熟的粒细胞HNP基因不能诱导表达，当机体遇到病原微生物感染时，即释放出来杀灭病原微生物。α-防御素在口腔主要存在于牙周结合上皮和龈沟液中，其在牙周结合上皮的浓度与HL-8之间有梯度关系， 在龈沟液中的大量存在发挥着杀灭外来微生物的功能，维持着牙龈上皮生理功能的完整性[5]。 研究发现HNP-1可广泛表达于正常的口腔粘膜、牙龈、舌和涎腺等组织，HD-5仅在少数口腔组织中微量表达，HD-6在口腔组织中无表达[6]。在口腔炎症状态时唾液中HNP-1的浓度明显高于健康对照者，且治疗前浓度高于治疗后。Mizukawa等[7]还在口腔鳞癌患者的唾液中检测出HNP-1，治疗前浓度高于治疗后。

　　β-防御素在人口腔牙龈、舌头、唾液腺及其它部位均有表达[8]。表达方式包括组成性表达和诱导性表达。研究表明HBD-1的表达是恒定持续的，属组成性表达，无论正常还是在感染状态下其表达水平无明显差异[8]。 这种表达可能与宿主维持正常微生态环境本身有关，同时又能杀灭外源性微生物。HBD-2在正常状态下表达甚少，只有当感染和炎症状态下大量表达，为诱导性表达，而且受许多因子如IL-1α、IL-1β、肿瘤坏死因子和细胞脂多糖等的影响[9]。Mathews 等[8]发现在唾液中同时存在着HBD-1和HBD-2，浓度约为150 ng/ml，该浓度足以杀灭口腔中某些有害微生物。体外培养细胞研究发现，在角化上皮、牙龈上皮和龈沟液中HBD-1和HBD-2可表达，而在牙龈成纤维细胞则不表达， 说明两者在维持牙龈上皮健康中的防御作用。Dale等[10]研究发现在牙龈结合上皮中没有HBD-1和HBD-2的表达，说明HBD可能没有参加牙龈结合上皮的防御作用。在口腔鳞癌标本中检测到HBD-1和HBD-2的表达，研究者认为HBD的表达下降可能使患者抗感染能力降低[11]。Krisanaprakornkit[11]在研究口腔牙龈上皮中HBD-2表达时发现，HBD-2可以在末被感染的牙龈上皮中表达，原因是其可被具核梭杆菌细胞提取物诱导表达，而不被牙龈卟啉单胞菌诱导，该菌对HBD-2诱导作用的缺失是致病菌逃避宿主防御机制的一种反映。该研究表明口腔牙龈黏膜组织与表皮不同，表皮在感染状态下表达HBD-2，而非感染状态的牙龈上皮中HBD-2的表达与共生菌密切相关。口腔中共生菌与致病菌对β-防御素的调控作用如何值得进一步研究。

　　3 防御素的生物学作用

　　在口腔中细菌之间的微生态平衡对维持口腔正常功能起着重要作用，口腔微生态系统是指生理状态下，口腔正常微生物群与口腔微环境在长期进化过程中形成的能独立进行物质、能量及基因相互交流的统一生物系统。在维护口腔微生态平衡的过程中防御素提供了抵抗病原微生物的第一道防线，可以快速的非特异的杀灭侵入的病原体，如细菌、真菌、病毒，此外防御素还具有细胞毒性和启动获得性免疫系统等作用。

　　3.1 防御素的抗细菌作用 α-防御素对G-、G+菌和分枝杆菌有强大的杀灭作用，与其它宿主防御分子如溶菌酶和乳铁传递蛋白表现协同效应[12]。由于中性粒细胞内α-防御素极为丰富，并且在吞噬中浓度可高达mg/ml水平，因此α-防御素是重要的抗感染物质。β-防御素的抗菌活性主要针对数种G-和G+菌 [13]，且HBD-2的效力要比HBD-1强10倍，HBD-3则表现出有效而广泛的抗菌性能，可对抗金黄色葡萄球菌和耐万古霉素的类肠球菌。防御素的作用机制可能是阳离子的防御素与细菌阴离子的细胞膜之间静电吸引，破坏细胞膜的正常屏障，细菌膜形成电压依赖的膜离子通道，破坏了膜的完整性，使细菌解体[14]。

　　3.2 防御素的抗真菌和抗病毒作用 防御素在微摩尔浓度下就能够抑制大量真菌生长，对哺乳动物细胞和人细胞没有毒性作用[15]，可能作用机制是防御素与细胞膜受体结合，限定内源性信号与传导成分活性，反过来影响内源性离子通道或离子转运的活性，来杀灭病原体[12]。防御素对一些有包壳的病毒(如HIV、疱疹病毒、水泡型口炎病毒等)有杀灭作用。此作用与其分子内二硫键的紧密程度、防御素的浓度、pH和温度等因素有关[16]。

　　3.3 防御素的细胞毒性作用 在鳞状细胞癌患者的唾液中发现了HBD-1，与肿瘤组织相毗邻的朗氏细胞内也发现防御素，这些都可能与肿瘤免疫有关。最新研究表明在人舌鳞状细胞癌中HNT-1～HNT-3过度表达，提示α-防御素在肿瘤免疫中的作用[17]。防御素对正常和恶性细胞都表现了非特异的细胞毒作用，在急性炎症部位，中性粒细胞释放防御素，损伤周围的组织细胞，即其细胞毒性作用是非肿瘤细胞特异的。

　　3.4 防御素的先天性免疫和获得性免疫作用 侵入口腔的微生物在得不到先天性免疫系统的快速清除时，可以激活巨噬细胞、树突状细胞和气管上皮细胞上的受体，启动获得性免疫系统。β-防御素可通过CCR6受体，吸引不成熟的树突状细胞和记忆T细胞到炎症部位，激活细胞免疫和体液免疫，杀灭和清除细菌[18]。最近研究表明α-防御素也具有吸引T细胞的作用，在黏膜和气道表面，α-防御素在浓度很低情况下，本身不具有杀菌能力，而只起到免疫监视作用，将先天性免疫和获得性免疫联系在一起[19]。

　　综上，防御素的各种生物学特性，展示了它不仅在抵御病原微生物入侵的天然免疫和获得性免疫反应中发挥作用，而且也在口腔炎症性疾病及维持口腔生态平衡中发挥重要作用。对防御素的深入研究，有助于阐明某些疾病的发病机制，并为开发新的天然药物提供理想的分子骨架和模板，为治疗口腔一些顽固感染疾病带来新的希望。

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