Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.

Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.

"Child`s Health" 1 (36) 2012

Back to issue

Катионные антимикробные пептиды системы неспецифической защиты респираторного тракта: дефензины и кателицидины. Дефензины — молекулы, переживающие ренессанс (часть 3)

Authors: Абатуров А.Е. Днепропетровская государственная медицинская академия

Categories: Pediatrics/Neonatology

Sections: Specialist manual

print version


Summary

В обзоре показано, что дефензины обладают широким спектром антибактериальной, противовирусной и противогрибковой активности, которую они проявляют в первые часы после инфицирования организма. Представлены молекулярные механизмы бактерицидного, вирулицидного и фунгицидного действия дефензинов.

Summary. The review showed that defensins have a broad spectrum of antibacterial, antiviral and antifungal activity manifesting in the first hours after infection of the organism. The molecular mechanisms of bactericidal, antiviral and fungicidal action of defensins have been considered.

Резюме. В огляді показано, що дефензини мають широкий спектр антибактеріальної, противірусної та протигрибкової активності, яку вони проявляють у перші години після інфікування організму. Наведені молекулярні механізми бактерицидної, віруліцидної та фунгіцидної дії дефензинів.


Keywords

Респираторный тракт, неспецифическая защита, антимикробные пептиды, дефензины.

Key words: respiratory tract, non-specific protection, antimicrobial peptides, defensins.

Ключові слова: респіраторний тракт, неспецифічний захист, антимікробні пептиди, дефензини.

Сокращения: HBD (human b­defensins) — человеческий b­дефензин; HD (human defensin) — человеческий a­дефензин клеток Панета; HNP (human neutrophils peptide) — человеческий нейтрофильный пептид.

Бактерицидная, вирулицидная и фунгицидная активность дефензинов

Дефензины обладают широким спектром антибактериальной, противовирусной и противогрибковой активности [250].

Бактерицидная активность дефензинов

Дефензины проявляют выраженную бактерицидную активность по отношению как к грамотрицательным, так и к грамположительным бактериям. Бактерицидное действие дефензинов проявляется через 3–4 часа от момента инфицирования и реализуется в виде многоступенчатого процесса, который включает в себя непосредственное взаимодействие дефензинов с инфекционным агентом, порообразование в клеточной мембране бактерий, интернализацию молекул дефензина с последующим антиметаболическим эффектом (рис. 1). Первичное взаимодействие дефензинов с инфекционными агентами обусловлено электростатическими силами (пептиды несут положительный, а поверхность бактериальной мембраны — отрицательный заряд) и специфическим взаимодействием дефензиновых пептидов с определенными молекулярными детерминантами бактериальной мембраны. Бактерицидность практически всех дефензинов, исключая HBD­3, зависит от концентрации NaCl. При концентрации NaCl выше 150 мкмоль/л происходит достоверное снижение активности дефензинов [83, 92, 108, 155, 233].

Дефензины отличаются по силе бактерицидной активности к различным группам патогенных бактерий (табл. 1). Практически уже в первых исследованиях, посвященных изучению биологических свойств дефензинов, было установлено, что пептиды HNP­1, HNP­2, HNP­3, HD­5, HBD­1, HBD­2 и HBD­3 обладают высокой бактерицидной активностью против широкого круга грамположительных, грамотрицательных бактерий [47, 91, 192]. Особо высокая бактерицидная активность характерна для b­дефензинов с единственной дисульфидной связью в С­терминальном регионе — HBD­1 (ACPIFTKIQGTYRGKAKCK), HBD­2 (FCPRRYKQIGTGLPGTKCK) и HBD­3 (SCLPKEEQIGKSTRGRKCRRKK) [159].

Миелоидные a­дефензины проявляют выраженную бактерицидную активность по отношению к Haemophilus influenzae, Moraxella catarrhalis, Staphylococcus aureus и некоторым другим бактериальным инфектам [34]. Максимальный бактерицидный эффект у HNP отмечается при значениях pH среды от 7 до 8 [217]. По всей вероятности, pH среды влияет на взаимодействие пептида с клеткой­мишенью, изменяя конформацию молекулы пептида или молекулярных структур поверхности стенки бактерии [24]. На основании сравнительного анализа результатов кинетического турбидиметрического метода исследования шести человеческих a­дефензинов Bryan Ericksen и соавт. [70] показали, что миелоидные a­дефензины располагаются в последовательности HNP­2 > HNP­1 > HNP­3 > HNP­4 по уровню активности против Staphylococcus aureus; и в последовательности HNP­4 > HNP­2 > HNP­1 = HNP­3 по силе активности против Escherichia coli. Бактерицидная активность пептида HD­5 против Staphylococcus aureus сравнима с эффективностью HNP­2, а против грамотрицательных бактерий — с эффективностью HNP­4.

Пептид HBD­1 преимущественно проявляет активность по отношению к Moraxella catarrhalis, Streptococcus pneumoniae. В то время как HBD­2 практически не оказывает бактерицидного действия на грамположительные бактерии, но высоко активен по отношению к грамотрицательным бактериям (Acinetobacter baumannii, Escherichia coli, Enterococcus faecium, Pseudomonasa eruginosa) и грибам (Candida albicans) [98, 133].

HBD­1 играет особое значение в предотвращении перехода комменсальных бактерий в оппортунистические патогены [1].

Согласно мнению многих исследователей, самым мощным антимикробным пептидом из субсемейства b­дефензинов является HBD­3. Пептид HBD­3 даже в микромолярных концентрациях проявляет выраженную бактерицидную активность против Staphylococcus aureus, Enterococcus faecium, Pseudomonasa eruginosa, Stenotrophomonas maltophilia, Acinetobacter baumannii [127, 134, 170]. В отличие от других b­дефензинов бактерицидная активность к грамположительным бактериям HBD­3 не зависит от концентрации NaCl [14, 98].

HBD­4 бактерициден по отношению к Staphylococcusc arnosus, Pseudomonasa eruginosa, Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae, Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumoniaeи Burkholderia cepacia [124, 195, 234].

Показано, что устойчивые к действию a­ и b­дефензинов штаммы Staphylococcus aureus продуцируют стафилокиназу, которая нарушает вторичную структуру дефензинов [98, 224, 225].

Bruno Rivas­Santiago и соавт. [109] показали, что после инфицирования Mycobacterium tuberculosis в эпителиальных альвеолярных клетках линии А549 происходит индукция экспрессии мРНК HBD­2. Большинство человеческих дефензинов обладают достаточно выраженной бактерицидной активностью против Mycobacterium tuberculosis. Пептид HNP­1 увеличивает скорость эрадикации Mycobacterium tuberculosis H37Rv из организма мышей [219].

Противовирусная активность дефензинов

Дефензины проявляют выраженное противовирусное действие по отношению к оболочечным и безоболочечным, к РНК­ и ДНК­содержащим вирусам (табл. 2).

Вирулицидное действие дефензины проявляют во вне­ и внутриклеточном пространстве.

Пептиды во внеклеточном пространстве HNP и HBD­2 могут индуцировать агрегацию вирусов, в частности вирусов гриппа, и увеличивать активность их поглощения нейтрофилами, а также взаимодействовать с белком сурфактанта D (SP­D), присутствие которого характерно для альвеолярного эпителия, усиливая его противовирусную активность [247].

Было продемонстрировано, что для обеспечения защиты от внутриклеточных инфекционных агентов HNP­1 и HD­5 обладают способностью накапливаться в цитоплазме синтезирующих и несинтезирующих дефензины клеток. Механизмы кумуляции a­дефензинов к настоящему времени практически не изучены. Ehsan Hazrati и соавт. [115] предполагают, что дефензины проникают в клетку путем рецептор­зависимого, рецептор­независимого эндоцитоза или за счет трансмембранного транспорта через неопределенные каналы.

Дефензины нейтрализуют потенции вирусных агентов, непосредственно связываясь с белками капсида, или блокируют проникновение вирусов в клетку (вирусов иммунодефицита человека и вирусов простого герпеса), взаимодействуя со специфическими клеточными рецепторами [65, 115, 221]. В частности, показано, что дефензины оказывают противовирусное действие, ингибируя:

1) экспрессию вирусных рецепторов (например, HBD­3 подавляет экспрессию CXCR4, который является рецептором для вируса иммунодефицита человека 1 [75]; a­дефензины модулируют экспрессию рецептора CD4, взаимодействующего с гликопротеином gp120 вируса иммунодефицита человека 1) [10];

2) функционирование вирусных эндосом (вирусов гриппа, аденовирусов, папилломавирусов);

3) активность протеинкиназы С (PKC), которая необходима для репликации вируса гриппа [9];

4) активность вирусных ДНК и РНК, связываясь непосредственно с нуклеиновыми кислотами [44, 62, 173].

Дефензины обладают противовирусным действием по отношению к респираторно­синцитиальному вирусу, вирусам гриппа A, вирусам парагриппа 3­го типа, риновирусам, аденовирусам, аденоассоциированным вирусам (ААВ), вирусам папилломы человека, но особо активны по отношению к вирусам простого герпеса 1­го и 2­го типа [117, 141].

Kathleen A. Daher и соавт. [42] показали, что нейтрофильный пептид человека HNP­1 непосредственно инактивирует вирус простого герпеса 1­го и 2­го типа, цитомегаловирус. Ehsan Hazrati и соавт. [115], исследуя действие дефензинов при инфицировании герпесвирусом, установили, что все a­дефензины тормозят поражение клетки вирусом. Причем четыре a­дефензина (HNP­1, HNP­2, HNP­3 и HD­5) с высокой степенью аффинитета связываются с гликопротеином B герпесвируса, HNP­4 и HD­6 взаимодействуют с гепарансульфат­протеогликанами поверхности цитоплазматической мембраны клетки; а HBD­3 связывается как с гликопротеином B герпесвируса, так и с гепарансульфат­протеогликанами мембраны клетки.

Согласно данным исследования Mona Doss и соавт. [142], пептиды HNP­1,HNP­2, HNP­3, аминокислотные последовательности которых отличаются друг от друга всего на один аминокислотный остаток, существенно различаются по уровню противовирусной активности по отношению к вирусу гриппа. Так, HNP­1, HNP­2 превосходят по противовирусной активности HNP­3, а пептид HNP­4, аминокислотная последовательность которого существенно отличается от других миелоидных дефензинов, проявляет достоверно менее выраженную нейтрализующую активность по отношению к вирусу гриппа A, чем HNP­1, HNP­2, HNP­3. Миелоидные a­дефензины характеризуются достоверно более высокой вирулицидной активностью против вируса гриппа А (A/PR/8/34/H1N1) по сравнению с противовирусным действием b­дефензинов — HBD‑1 и HBD­2. Однако при достаточно высоком уровне концентрации b­дефензиновых пептидов на слизистой оболочке респираторного тракта их противовирусное действие является саногенетически значимым во время инфекционного процесса, вызванного вирусом гриппа А.

Пептиды HNP­1 и HD­5 при микромолярных концентрациях ингибируют активность аденовирусов (HAdV­5). Jason G. Smith и соавт. [141] показали, что дефензины стабилизируют капсидные белки вируса и высвобождение эндоплазматического протеина VI, тем самым блокируя проникновение вируса в клетку (рис. 2). Пептид HBD­3 также проявляет способность ингибировать жизнедеятельность аденовируса Ad5.F5, в то время как HBD­2 не обладает активностью против данного вируса [221].

В то же время такие безоболочечные вирусы, как ЕСНО­вирус 11­го типа и реовирус 3­го типа, устойчивы к действию дефензинов.

Противогрибковая активность дефензинов

Миелоидные a­дефензины [34] и b­дефензины HBD­2, HBD­3 [19, 146] обладают достаточно выраженной противогрибковой активностью (табл. 3).

Показано, что рекомбинантный HBD­2 практически в 10 раз более фунгициден, чем HBD­3 [243].

Одним из наиболее активных противогрибковых АМП считается представитель семейства обогащенных гистидином белков — гистатин­5 слюны. Гистатин­5 связывается с протеином Ssa на поверхности стенки клетки Candida albicans и транспортируется во внутриклеточное пространство гриба. Интернализированный гистатин­5, активируя транспортер калия Trk1p, обусловливает высвобождение АТФ из внутриклеточного пространства, что приводит к гибели грибковой клетки (рис. 3). Учитывая данные Slavena Vylkova и соавт. [243], которые продемонстрировали наличие специфического взаимодействия пептида HBD­3 с белком теплового шока 70 семейства Ssa1p клеточной мембраны Candida albicans, можно предположить, что по механизму фунгицидного действия HBD­3 подобен гистатину­5 слюны.

Миелоидные a­дефензины оказывают фунгицидное действие независимо от активности транспортера калия TRK1 [158, 165].

Установлено, что дефензины принимают участие в патогенезе аспергиллеза. Людмила Алексеева и соавт. [137] в эксперименте показали, что в ответ на инфицирование Aspergillus fumigatus человеческие бронхиальные эпителиальные клетки (16HBE) и пневмоциты (A549) индуцибельно продуцируют HBD­2 и HBD­9.


Bibliography

Список литературы находится в редакции


Back to issue