《Research》:Antimicrobial Peptides as Cross-Seeding Modulators at the Neurodegenerative–Infectious Interface
在生命科學(xué)領(lǐng)域,一個(gè)長期被忽視的橋梁正在被重新發(fā)現(xiàn):那就是連接我們身體防御系統(tǒng)的“士兵”——抗菌肽,與導(dǎo)致神經(jīng)元死亡的“毒蛋白”——淀粉樣蛋白之間的隱秘對話。這篇綜述將帶領(lǐng)我們深入這個(gè)激動人心的交叉前沿。
交叉播種:連接神經(jīng)退行性與感染性病理的核心機(jī)制
神經(jīng)退行性疾病與微生物感染,曾被認(rèn)為是截然不同的病理過程,如今被發(fā)現(xiàn)共享著某些趨同的分子機(jī)制。其中最關(guān)鍵的交匯點(diǎn)便是“交叉播種”現(xiàn)象——即結(jié)構(gòu)兼容的肽能夠通過特異性相互作用(尤其是基于β-片層的結(jié)合)來引發(fā)或調(diào)控彼此的聚集。這為理解免疫反應(yīng)與蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊如何在機(jī)制上相互關(guān)聯(lián)提供了強(qiáng)大的概念框架,特別是在帕金森病(PD)的腸-腦軸連接,以及阿爾茨海默病(AD)與2型糖尿病(T2D)之間日益增加的共病性等復(fù)雜疾病軸中。這些觀察表明,包括抗菌肽與淀粉樣蛋白肽(AMP–AMY)之間的跨類別分子識別,可能代表了看似無關(guān)的疾病之間一個(gè)更廣泛的致病原理。
同源與異源淀粉樣蛋白播種
從淀粉樣蛋白播種作為蛋白質(zhì)聚集的基本機(jī)制開始,這一過程在病理學(xué)上與一大類蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊疾病(PMDs)相關(guān)。許多同源淀粉樣蛋白肽,包括AD中的β-淀粉樣蛋白(Aβ)、T2D中的人胰島淀粉樣多肽(hIAPP)以及PD中的α-突觸核蛋白,都具有通過成核依賴性聚合自組裝成富含β-片層纖維結(jié)構(gòu)的固有能力。
超越同源播種,越來越多的證據(jù)表明,與不同PMDs相關(guān)的異源淀粉樣蛋白(AMYs)可以“交叉播種”——即通過β-片層介導(dǎo)的分子識別來啟動或加速彼此的聚集。這種異源淀粉樣蛋白交叉播種有助于病理傳播,使錯(cuò)誤折疊的淀粉樣蛋白物質(zhì)能在細(xì)胞和組織間傳遞。在毒性方面,由Aβ和hIAPP形成的雜交β-桶狀寡聚體表現(xiàn)出協(xié)同的膜破壞作用。臨床上,交叉播種已被提出為共病的分子驅(qū)動因素:流行病學(xué)數(shù)據(jù)顯示,T2D患者患AD的風(fēng)險(xiǎn)增加2至3倍,這可能與hIAPP和Aβ在大腦-胰腺軸上的運(yùn)輸和相互作用有關(guān)。
AMP與AMY的結(jié)構(gòu)與功能趨同:跨類別交叉播種的分子基礎(chǔ)
AMPs和AMYs在歷史上因其不同的生物學(xué)功能而被區(qū)分:宿主防御與蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊。然而,一些AMPs和AMYs在結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)特性上有著驚人的相似性,挑戰(zhàn)了這種傳統(tǒng)的二分法。AMYs如Aβ、hIAPP、α-突觸核蛋白和血清淀粉樣蛋白A(SAA)已知可形成富含β-片層的纖維聚集體。AMPs雖然通常更短、兩親性且?guī)д姾桑脖蛔C明可以形成β-發(fā)卡或β-片層結(jié)構(gòu)。
這種結(jié)構(gòu)上的重疊也反映在功能的趨同上。幾種AMPs在生理或應(yīng)激條件下表現(xiàn)出淀粉樣蛋白樣的自組裝。反過來,多種AMYs——如Aβ、hIAPP和α-突觸核蛋白——已證明具有廣譜抗菌活性。這種雙向模擬——即AMPs表現(xiàn)出淀粉樣蛋白形成特性,而AMYs獲得抗菌功能——定義了一個(gè)共享的結(jié)構(gòu)-功能界面,支持了兩類肽之間的分子識別和聚集。
基于這些觀察,近期研究(包括我們自己的工作)已證明,AMPs與AMYs之間的跨類別交叉播種不僅是合理的,而且得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。根據(jù)結(jié)構(gòu)兼容性和環(huán)境背景,AMPs可以通過特異性的β-片層相互作用抑制或促進(jìn)淀粉樣蛋白聚集。例如,Protegrin-1(PG-1)以低微摩爾親和力結(jié)合Aβ“種子”,有效阻斷纖維形成、解聚成熟纖維并降低Aβ誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性,同時(shí)保留其廣譜抗菌活性。然而,交叉播種并不總是抑制性的。相反,我們發(fā)現(xiàn)來自Litoria aurea的13個(gè)殘基的AMP——aurein,通過β-片層與預(yù)先存在的hIAPP種子對齊,促進(jìn)了hIAPP的纖維化。然而,這種聚集的增強(qiáng)卻矛盾地與細(xì)胞毒性的降低同時(shí)發(fā)生,表明構(gòu)象兼容性可以支持毒性或保護(hù)性的聚集途徑,這取決于序列特征和濃度比例。
從現(xiàn)象學(xué)角度看,AMP-淀粉樣蛋白相互作用主要分為三種機(jī)制模式。
- 1.
解聚/重塑模式:AMPs作為分子去垢劑或末端封端劑,結(jié)合預(yù)先存在的寡聚體或纖維,并將其轉(zhuǎn)化為替代性組裝體。
- 2.
直接膜相關(guān)毒性模式:AMPs和淀粉樣蛋白物質(zhì)獨(dú)立或協(xié)同地破壞細(xì)胞膜。
- 3.
交叉播種/共組裝模式(本綜述的重點(diǎn)):AMPs和淀粉樣蛋白在結(jié)構(gòu)上整合到聯(lián)合的、異質(zhì)寡聚體或纖維中,而不是簡單地抑制或溶解彼此。
交叉播種的核心機(jī)制
結(jié)構(gòu)有序的肽之間的交叉播種——無論是同源淀粉樣蛋白之間、異源淀粉樣蛋白之間,還是不同功能類別(如AMPs和AMYs)之間——可以通過多種機(jī)制途徑進(jìn)行。這些機(jī)制在分子細(xì)節(jié)上有所不同,但匯聚于一個(gè)共同原則:通過物理化學(xué)互補(bǔ)性,結(jié)構(gòu)上預(yù)先組織好的蛋白質(zhì)聚集體可以引發(fā)或加速其他肽的錯(cuò)誤折疊和組裝。三種通用機(jī)制尤其相關(guān):結(jié)構(gòu)兼容性、方向不對稱性和表面介導(dǎo)的催化。
結(jié)構(gòu)兼容性通常是最直接的機(jī)制,其中交叉播種效率由“種子”與進(jìn)入的單體之間的構(gòu)象對齊決定。即使在沒有強(qiáng)序列相似性的情況下,共享的β-片層基序或超分子折疊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的共組裝。
方向不對稱性是交叉播種的另一個(gè)定義性特征。一些肽對顯示雙向播種,而另一些則表現(xiàn)出單向影響。這些例子強(qiáng)調(diào)了聚集狀態(tài)特異性——單體、寡聚體或纖維——作為播種潛力的決定因素的重要性。
表面介導(dǎo)的催化在許多交叉播種場景中——特別是那些涉及無關(guān)或結(jié)構(gòu)不匹配的肽的場景——成為一種主導(dǎo)途徑。通常,聚集是由小的、易于聚集的核或可溶性寡聚體啟動的,它們作為最早的納米級“種子”,濃縮單體底物,局部對齊它們,或擾動周圍的水合殼和靜電場——共同降低了成核的能壘。
除了這些主要途徑外,靜電模板、疏水性對接和通過膜破壞進(jìn)行的共組裝代表了調(diào)節(jié)交叉播種效率的輔助機(jī)制。帶電肽可以進(jìn)行靜電預(yù)對齊,為β-片層“拉鏈”結(jié)合創(chuàng)造一個(gè)能量上有利的界面。在AMP-AMY系統(tǒng)中,這些電荷介導(dǎo)的接觸通常先于β-結(jié)構(gòu)插入。
AMP-淀粉樣蛋白交叉播種的病理和生理意義
AMPs與淀粉樣蛋白之間的交叉播種引入了一種復(fù)雜的雙重性,其中相同的分子相互作用可能加劇疾病病理,也可能有助于宿主防御。AMPs的雙重功能——作為宿主防御分子和潛在的淀粉樣蛋白形成劑——強(qiáng)調(diào)了免疫與蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊之間的關(guān)鍵界面。
炎癥誘導(dǎo)的AMP表達(dá)與病理性淀粉樣蛋白交叉播種
在炎癥環(huán)境中,宿主組織會上調(diào)AMPs作為先天免疫反應(yīng)的一部分。然而,在易發(fā)生淀粉樣蛋白聚集的環(huán)境(如大腦或胰腺)中,AMP水平升高可能無意中通過交叉播種促進(jìn)淀粉樣蛋白生成。例如,在神經(jīng)炎癥期間,人類抗菌肽LL-37顯著上調(diào),并以高特異性結(jié)合Aβ。雖然LL-37可以通過干擾β-片層的形成來抑制纖維形成,從而減少阿爾茨海默病斑塊特征性的長纖維聚集體,但它矛盾地穩(wěn)定了可溶性Aβ寡聚體。這些寡聚體具有高度神經(jīng)毒性。類似的機(jī)制在T2D中也有觀察到。
新興證據(jù)還將其他細(xì)菌淀粉樣蛋白牽連到這種交叉播種級聯(lián)反應(yīng)中。例如,與PD相關(guān)的α-突觸核蛋白,可以被大腸桿菌產(chǎn)生的卷曲纖維等細(xì)菌淀粉樣蛋白交叉播種。這些相互作用促進(jìn)了α-突觸核蛋白的聚集,從而導(dǎo)致神經(jīng)退行性變。這些相互作用創(chuàng)造了一個(gè)致病性反饋循環(huán),其中炎癥增強(qiáng)了AMP的表達(dá),而AMP反過來又促進(jìn)了蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊和聚集,進(jìn)一步維持了局部炎癥損傷。
宿主防御與蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài):AMP-淀粉樣蛋白相互作用的雙重作用
除了病理學(xué)意義,AMP-淀粉樣蛋白相互作用可能代表了一種進(jìn)化上保守的宿主防御策略。幾種AMPs可以形成類似纖維的組裝體,捕獲細(xì)菌或病毒成分,通過空間隔離或膜破壞來中和病原體。這些功能性淀粉樣蛋白通過充當(dāng)物理屏障或免疫激活劑來促進(jìn)蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)和免疫防御,這表明交叉播種并非天生有害。相反,它可能反映了抗菌效力與蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)之間微妙的平衡。
這種雙重性高度依賴于環(huán)境。在生理濃度下,LL-37可以通過穩(wěn)定非聚集中間體來抑制纖維形成并中和Aβ和hIAPP的細(xì)胞毒性。然而,在慢性炎癥條件下,LL-37的表達(dá)變得失調(diào),導(dǎo)致超生理濃度。在這種環(huán)境中,LL-37反而可以促進(jìn)無定形聚集體的形成或穩(wěn)定破壞膜的寡聚體,將平衡轉(zhuǎn)向細(xì)胞毒性結(jié)果。
體內(nèi)交叉播種證據(jù)與生理限制
盡管有越來越多的機(jī)制性證據(jù),但AMP-淀粉樣蛋白交叉播種的真正體內(nèi)證據(jù)仍然稀少。大多數(shù)反應(yīng)是在體外使用簡化緩沖液和微摩爾肽濃度定義的。相比之下,臨床腦脊液(CSF)和腦組織研究表明,在基礎(chǔ)條件下,經(jīng)典AMPs如LL-37、β-防御素和肝臟表達(dá)的AMP 2在中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)中以低納摩爾到亞微摩爾水平存在。在AD中,β-防御素-1的免疫反應(yīng)性在海馬神經(jīng)元和脈絡(luò)叢上皮中增強(qiáng),LL-37在人和小鼠AD腦中的表達(dá)增加,過量的LL-37驅(qū)動小膠質(zhì)細(xì)胞活化,促進(jìn)Aβ和tau蛋白沉積,并加重認(rèn)知能力下降。
此外,AMPs在CNS中的藥代動力學(xué)對任何試圖在體內(nèi)轉(zhuǎn)化交叉播種概念的嘗試都構(gòu)成了重要的限制。許多帶正電荷的AMPs是短的、蛋白酶敏感的肽,會迅速被細(xì)胞外肽酶降解,吸附在細(xì)胞表面和細(xì)胞外基質(zhì)上,或通過CSF周轉(zhuǎn)和小膠質(zhì)細(xì)胞攝取被清除,這使得維持體外常用的長時(shí)間微摩爾暴露水平具有挑戰(zhàn)性。
微生物誘導(dǎo)的淀粉樣變性:病原體-淀粉樣蛋白雙向循環(huán)
新興證據(jù)表明,微生物感染與淀粉樣蛋白生成途徑之間存在動態(tài)的、互惠的關(guān)系,暗示微生物成分不僅是淀粉樣蛋白形成的被動旁觀者,而且是主動調(diào)節(jié)者。這種不斷演變的范式引入了“病原體-淀粉樣蛋白雙向循環(huán)”的概念,其中微生物成分加速淀粉樣蛋白聚集,而聚集的淀粉樣蛋白反過來又放大抗菌反應(yīng)和神經(jīng)炎癥。
微生物觸發(fā)的淀粉樣蛋白聚集
微生物因子,包括細(xì)菌和病毒,越來越多地被認(rèn)為不僅是炎癥的有效誘導(dǎo)劑,而且是淀粉樣蛋白生成的直接調(diào)節(jié)劑。結(jié)構(gòu)成分如脂多糖、外膜囊泡和病毒蛋白可以作為外源性成核位點(diǎn)或破壞宿主蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài),從而促進(jìn)內(nèi)源性淀粉樣蛋白(如Aβ、α-突觸核蛋白、tau和hIAPP)的聚集。這一過程中的一個(gè)關(guān)鍵參與者是宿主的AMP反應(yīng),它通常在感染或炎癥期間上調(diào)。
感染誘導(dǎo)的AMP-淀粉樣蛋白串?dāng)_
細(xì)菌感染已知會上調(diào)炎癥部位的AMP表達(dá)。除了LL-37,幾種中性粒細(xì)胞衍生肽——包括CAP37、中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶(NE)和組織蛋白酶G——已證明具有不同的抗淀粉樣蛋白活性。從機(jī)制上講,這些在微生物浸潤期間大量釋放的AMPs,似乎通過穩(wěn)定單體或早期寡聚體中間體,將淀粉樣蛋白肽從形成纖維的途徑中轉(zhuǎn)移開。
微生物淀粉樣蛋白與宿主蛋白的交叉播種
除了誘導(dǎo)AMP反應(yīng)外,許多細(xì)菌還產(chǎn)生自己的功能性淀粉樣蛋白,其中大腸桿菌的卷曲纖維是一個(gè)典型例子。由富含β-片層的亞基CsgA組成的卷曲纖維已被證明在體外系統(tǒng)和動物模型中都能交叉播種人類淀粉樣蛋白(包括α-突觸核蛋白和Aβ)的聚集。這種跨物種相互作用受到宿主AMPs的影響,根據(jù)序列兼容性和結(jié)構(gòu)背景,宿主AMPs可以促進(jìn)或抑制雜合聚集體的形成。
微生物菌群失調(diào)與腸-腦軸中的AMP改變
胃腸道是一個(gè)動態(tài)界面,宿主AMPs和腸道菌群共同調(diào)節(jié)免疫穩(wěn)態(tài)和神經(jīng)健康。在菌群失調(diào)或慢性炎癥期間,這種調(diào)節(jié)平衡被破壞,導(dǎo)致AMP表達(dá)譜改變和粘膜防御受損。同時(shí),某些細(xì)菌群體(如大腸桿菌和沙門氏菌)可能過度產(chǎn)生功能性淀粉樣蛋白(如卷曲纖維),這些淀粉樣蛋白能夠穿過上皮屏障并與宿主蛋白質(zhì)相互作用。微生物淀粉樣蛋白與神經(jīng)元蛋白(如α-突觸核蛋白)之間的結(jié)構(gòu)模擬,促進(jìn)了交叉播種事件,這與腸神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)α-突觸核蛋白聚集的啟動有關(guān)。
病毒蛋白與淀粉樣蛋白擴(kuò)增
病毒感染,雖然通常是急性的,但可以通過引入易于聚集的蛋白質(zhì)和改變免疫調(diào)節(jié)途徑對宿主蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生持久影響。在生理環(huán)境中,病毒感染可以失調(diào)宿主源性AMPs的表達(dá),特別是嗜酸性粒細(xì)胞陽離子蛋白(ECP)。其與宿主淀粉樣蛋白相互作用并破壞細(xì)胞膜的潛力,暗示了持續(xù)性感染、局部炎癥和特定部位淀粉樣蛋白病理之間的機(jī)制聯(lián)系。
非哺乳動物AMP與淀粉樣蛋白的相互作用
來自非哺乳動物物種的AMPs為了解易于形成淀粉樣蛋白的結(jié)構(gòu)和感染適應(yīng)性組裝提供了額外的見解。其中幾種肽在酸性或應(yīng)激反應(yīng)下自組裝成淀粉樣蛋白樣結(jié)構(gòu),表明感染適應(yīng)性聚集可能服務(wù)于細(xì)胞毒性之外的功能性角色。除了結(jié)構(gòu)自關(guān)聯(lián)外,一些非哺乳動物AMPs可以與宿主淀粉樣蛋白協(xié)同相互作用。
炎癥-聚集反饋循環(huán):一個(gè)雙向軸
在一系列淀粉樣蛋白相關(guān)疾病中,越來越多的證據(jù)支持慢性炎癥與蛋白質(zhì)聚集之間的雙向關(guān)系。炎癥信號不僅是對錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)積累的反應(yīng),而且主動促進(jìn)淀粉樣蛋白生成,形成一個(gè)自我強(qiáng)化的循環(huán),推動疾病進(jìn)展。
淀粉樣蛋白聚集觸發(fā)炎癥
隨著衰老,中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)元逐漸積累細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)聚集體。現(xiàn)在有越來越多的證據(jù)支持,這些錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)聚集體不僅僅是衰老或疾病的被動副產(chǎn)品,而且是先天免疫激活的主動煽動者。Aβ、α-突觸核蛋白和tau的聚集體作為內(nèi)源性危險(xiǎn)相關(guān)分子模式(DAMPs),被小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞和外周免疫細(xì)胞上表達(dá)的模式識別受體(PRRs)檢測到。由此產(chǎn)生的神經(jīng)炎癥環(huán)境不僅招募額外的免疫細(xì)胞,而且擾亂細(xì)胞間信號傳導(dǎo),破壞神經(jīng)元功能,并加速神經(jīng)退行性變。
炎癥促進(jìn)蛋白質(zhì)聚集
慢性炎癥越來越被認(rèn)為不僅是蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊的下游后果,而且是淀粉樣蛋白聚集的有效上游驅(qū)動因素。一旦先天免疫細(xì)胞(如小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞)被淀粉樣蛋白肽(如Aβ)激活,它們本身就可以成為促聚集刺激的來源。炎癥還損害負(fù)責(zé)降解錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)的蛋白水解清除機(jī)制。慢性細(xì)胞因子暴露會抑制自噬和溶酶體功能,導(dǎo)致tau、α-突觸核蛋白和Aβ寡聚體在細(xì)胞內(nèi)滯留。
這些機(jī)制并不僅限于中樞神經(jīng)系統(tǒng)。在系統(tǒng)性淀粉樣蛋白疾病(如AA淀粉樣變性)中,炎癥誘導(dǎo)的SAA過度產(chǎn)生導(dǎo)致其在周圍組織中聚集和沉積。SAA的積累不僅反映了持續(xù)的炎癥,而且主動促進(jìn)細(xì)胞因子產(chǎn)生、免疫細(xì)胞募集和膜破壞,進(jìn)一步延續(xù)了炎癥環(huán)境。
臨床證據(jù):人類淀粉樣蛋白病理中的AMPs
雖然體外和動物模型確立了AMP-淀粉樣蛋白交叉播種的機(jī)制可能性,但這些相互作用的臨床相關(guān)性最終必須基于人類樣本。組織病理學(xué)和生物標(biāo)志物研究開始提供此類證據(jù),盡管覆蓋范圍在不同疾病和隊(duì)列中仍不均衡。
在AD中,神經(jīng)炎癥與蛋白質(zhì)聚集之間的相互作用已有充分記載。神經(jīng)病理學(xué)分析顯示,與年齡匹配的對照組相比,抗菌肽和β-防御素的轉(zhuǎn)錄本和蛋白質(zhì)在活躍病理區(qū)域(包括脈絡(luò)叢上皮、海馬神經(jīng)元和斑塊鄰近的膠質(zhì)細(xì)胞)中富集。這些發(fā)現(xiàn)尚未證明體內(nèi)直接的AMP-淀粉樣蛋白交叉播種,但它們支持了一種場景,即經(jīng)典AMPs在疾病相關(guān)濃度下與Aβ和tau占據(jù)相同的解剖學(xué)區(qū)間。
對于PD及相關(guān)突觸核蛋白病,臨床證據(jù)更為零散,但指向類似的方向。蛋白質(zhì)組學(xué)和免疫測定研究已鑒定出α-防御素和其他中性粒細(xì)胞衍生肽作為患者亞群中腦脊液或血漿的候選生物標(biāo)志物,并且防御素以及LL-37在容易發(fā)生α-突觸核蛋白聚集的腸道和腦組織中組成型表達(dá)。
除了經(jīng)典的神經(jīng)退行性疾病,系統(tǒng)性淀粉樣蛋白疾病也提供了AMP樣分子嵌入人類聚集體的例子。在T2D中,雖然它被正式歸類為代謝性疾病,但我們在這里主要將其視為一種系統(tǒng)性淀粉樣蛋白疾病,其中激素胰島淀粉樣多肽(IAPP/amylin)聚集并與大腦淀粉樣蛋白發(fā)生串?dāng)_。
AMPs的雙重調(diào)節(jié)作用
AMPs作為先天免疫系統(tǒng)的關(guān)鍵效應(yīng)物,在宿主防御和蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)的交匯處表現(xiàn)出顯著的雙重調(diào)節(jié)功能。傳統(tǒng)上因其廣譜抗菌活性(包括膜破壞和免疫信號調(diào)節(jié))而被認(rèn)可,AMPs最近更多地成為淀粉樣蛋白生成過程的調(diào)節(jié)劑。除了其殺菌和免疫調(diào)節(jié)作用外,幾種AMPs直接與淀粉樣蛋白(如Aβ、tau、α-突觸核蛋白和hIAPP)相互作用,要么抑制,要么在某些情況下促進(jìn)聚集。這種雙重性凸顯了它們的結(jié)構(gòu)多功能性和進(jìn)化適應(yīng)性,以應(yīng)對微生物威脅和蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊。
LL-37:一個(gè)典型的雙重調(diào)節(jié)劑
LL-37,唯一的人類抗菌肽,是AMPs雙重調(diào)節(jié)作用的例證。LL-37通過其兩親性α-螺旋構(gòu)象發(fā)揮有效的抗菌作用。此外,LL-37在免疫調(diào)節(jié)中發(fā)揮著重要作用,中和細(xì)菌內(nèi)毒素,招募免疫細(xì)胞,并調(diào)節(jié)細(xì)胞因子產(chǎn)生。最近的證據(jù)進(jìn)一步凸顯了LL-37作為淀粉樣蛋白生成途徑直接調(diào)節(jié)劑的能力。它與Aβ肽通過特異性疏水和靜電相互作用,有效抑制纖維形成,并在體外和轉(zhuǎn)基因小鼠模型中減輕相關(guān)的神經(jīng)毒性。此外,LL-37有效抵消微生物誘導(dǎo)的淀粉樣蛋白聚集,破壞連接微生物感染與神經(jīng)退行性變的病理級聯(lián)反應(yīng)。這些多方面的作用使LL-37成為一個(gè)有前途的雙重功能治療候選物,連接先天免疫和淀粉樣蛋白調(diào)節(jié),可能改善感染性和淀粉樣蛋白相關(guān)疾病。
防御素:位于免疫和淀粉樣蛋白調(diào)節(jié)界面的多功能肽
防御素是基于二硫鍵連接性和組織定位分為α-和β-防御素的進(jìn)化上保守的陽離子肽。這兩種亞型都在先天免疫中發(fā)揮核心作用,并且越來越多地因其調(diào)節(jié)淀粉樣蛋白生成過程的能力而被認(rèn)識。
α-防御素,如人中性粒細(xì)胞肽(HNPs),是主要在中性粒細(xì)胞中表達(dá)并儲存在嗜天青顆粒中的陽離子宿主防御肽。其抗菌活性主要是通過與細(xì)菌膜的靜電相互作用介導(dǎo)的,導(dǎo)致孔形成和細(xì)胞裂解。然而,很少有研究調(diào)查它們在調(diào)節(jié)淀粉樣蛋白聚集中的潛在作用。最近的一項(xiàng)研究引入了“抗淀粉樣蛋白和抗菌假說”,證明HNP-1和兔NP-3A對多種淀粉樣蛋白(包括Aβ、hIAPP和hCT)具有普遍的、序列非依賴性的抑制活性。這些富含β-片層結(jié)構(gòu)的防御素與淀粉樣蛋白單體和寡聚體相互作用,即使在亞化學(xué)計(jì)量濃度下也能防止其向毒性纖維轉(zhuǎn)化。重要的是,這些肽在與淀粉樣蛋白物質(zhì)復(fù)合時(shí)保留了其固有的抗菌活性,支持它們作為多功能藥物的潛力,能夠同時(shí)減輕微生物感染和淀粉樣蛋白相關(guān)毒性。
β-防御素在上皮和粘膜組織中響應(yīng)微生物刺激而表達(dá),并表現(xiàn)出廣泛的抗菌活性。特別是HBD-1,與AD病理生理學(xué)有關(guān)。在AD患者的脈絡(luò)叢和海馬神經(jīng)元中觀察到HBD-1水平升高,它定位于顆粒空泡變性結(jié)構(gòu)。基于這些觀察,傳統(tǒng)上因其在粘膜免疫中的抗菌作用而被認(rèn)識的H