PEPTYDY ANTYDROBNOUSTROJOWE

Transkrypt

1 542 WIADOMOŚCI LEKARSKIE 2006, Nowotworowa LIX, Choroby Alergiczny I. 7 8 Lewy-Trenda Choroba D. niedrożność Dybowska układu nieżyt trzewna krążenia i wsp. nosa jelita grubego Nr 7 8 Barbara E. Wiechuła, Jerzy P. Tustanowski, Gayane Martirosian PEPTYDY ANTYDROBNOUSTROJOWE Z Katedry i Zakładu Mikrobiologii Lekarskiej Śląskiej Akademii Medycznej w Katowicach Przez wiele lat skupiano uwagę na swoistej odporności przeciwzakaźnej jako najważniejszym elemencie systemu obrony antydrobnoustrojowej. Odkrycie białek antydrobnoustrojowych zmieniło ten punkt widzenia. Ogólnie peptydy działają bezpośrednio antydrobnoustrojowo, przez niszczenie struktury błony cytoplazmatycznej drobnoustroju, i pośrednio, wpływając na przebieg procesów odpornościowych. W pracy przedstawiono niektóre naturalne białka antydrobnoustrojowe i ich możliwe zastosowanie kliniczne. [Wiad Lek 2006; 59(7 8): ] Słowa kluczowe: białka antydrobnoustrojowe, defensyny, protegryny, katelicydyny. Peptydy antydrobnoustrojowe (antimicrobial peptides AMP) zwane również antybiotykami peptydowymi lub peptydami kationowymi zostały opisane na początku lat 80. ubiegłego wieku u zranionych żab i ropuch. Bezpośrednio po zranieniu zaobserwowano u nich wydzielanie substancji zabijających drobnoustroje, które nazwano magaininami. Mechanizm działania polegał na przyłączaniu się cząsteczek magainin do drobnoustrojów i niszczeniu ich błon komórkowych [1]. Późniejsze odkrycie pokrewieństwa między magaininami a substancjami wykrytymi u innych gatunków (np. cekropiny u ciem, tachyplezyny u krabów, tioniny u roślin oraz defensyny u ssaków) doprowadziło do wysunięcia hipotezy, że białka antydrobnoustrojowe należą do najstarszych mechanizmów obronnych organizmów wszystkich królestw zarówno roślin, jak i zwierząt. Pojęcie peptyd antydrobnoustrojowy obejmuje wszystkie oligo- i polipeptydy, które zabijają drobnoustroje lub hamują ich wzrost, w tym peptydy, które powstały w wyniku oddzielenia się od większych białek, a także peptydy syntetyzowane nierybosomalnie. Niniejsze opracowanie przedstawia właściwości i praktyczne zastosowanie jedynie niektórych z olbrzymiego spektrum (800) peptydów, subiektywnie wybranych przez autorów. Klasyfikacja białek antydrobnoustrojowych Klasyfikacja ta jest niezwykle trudna ze względu na różnorodność budowy białek. Obecnie przyjmowany podział odróżnia peptydy z dominującą zawartością jednego lub kilku aminokwasów (często Pro, Trp, Arg, His), peptydy ze strukturą przeważnie β-płaszczyznową i wewnątrzcząsteczkowym wiązaniem dwusiarczkowym (defensyny i protegryny) oraz α-helikalne peptydy o właściwościach amfipatycznych (magaininy, cekropiny). Wyróżniono także inne klasy peptydów: o strukturze pętli z pojedynczym mostkiem dwusiarczkowym, fragmenty peptydów i peptydy anionowe, połączone czynnikami powierzchniowymi. Defensyny Defensyny to małe, obejmujące aminokwasów kationowe białka, o ciężarze cząsteczkowym 3,5 4,5 kda, zawierające 6 cystein związanych przez dwusiarczkowe mostki w potrójnie skręconej strukturze konformacji przestrzennej, o działaniu antydrobnoustrojowym w stosunku do bakterii, grzybów i wirusów osłonkowych. Występują w ziarnach azurofilnych neutrofilów, skąd przechodzą do tworzących się fagolizosomów [2,3]. Są ważnym elementem obrony przeciwzakaźnej nie tylko ssaków, ale i wielu innych organizmów żywych. U ludzi zidentyfikowano kilka defensyn, które zależnie od drobnych różnic w budowie dzieli się na 3 grupy: defensyny α, β i θ; ostatnia grupa powstaje w wyniku cyklizacji dwóch defensyn α. Defensyny ludzkie wydzielane są przez neutrofile; stanowią około 50% białek ziaren azurofilnych i uczestniczą w niezależnym od tlenu zabijaniu sfagocytowanych drobnoustrojów [4]. Są wydzielane także przez jelitowe komórki Panetha i komórki nabłonkowe dróg moczowo-płciowych kobiet, gdzie współtworzą barierę ochronną przed zakażeniem drobnoustrojami [5,6]. Do grupy defensyn należą również γ-tioniny wyizolowane z jęczmienia i pszenicy, bójcze dla komórek bakteryjnych, grzybiczych, roślinnych i zwierzęcych, oraz białko przeciwgrzybicze drozomycyna, wyizolowane u Drosophila melanogaster [5]. Defensyny owadów i roślin mają inne właściwości strukturalne niż defensyny kręgowców. Oprócz działania przeciwbakteryjnego, przeciwgrzybiczego i przeciwpasożytniczego defensyny wykazują wiele innych właściwości, np. hamowanie produkcji kortyzolu stymulowanej ACTH (adrenocorticotropic hormone), hamowanie fibrynolizy, mitogenne działanie na fibroblasty (indukcję interleukiny 8 IL-8, i wydzielanie SLPI secretory leucoprotase inhibitor przez komórki nabłonkowe oskrzeli) [7,8]. Opisano również działanie chemotaktyczne hbd1-3 (human β-defensins) na niedojrzałe komórki dendrytyczne i komórki pamięci T (41; 42), co może mieć istotne znaczenie w łączeniu mechanizmów odporności wrodzonej z odpornością nabytą. Defensyny hbd-3 i -4 działają chemotaktycznie na monocyty [9]. Ludzkie białka neutrofilne (human neutrophil peptides HNP) mogą modulować procesy

2 Nr 7 8 Peptydy antydrobnoustrojowe 543 zapalne wpływając na ekspresję cytokin i cząsteczek adhezyjnych [10], mają właściwości chemotaktyczne wobec komórek CD8+ i niedojrzałych komórek dendrytycznych. Uczestniczą również w regulacji aktywacji dopełniacza [9], wzmagają proliferację limfocytów, wiązanie i neutralizację endotoksyny. Hamują wydzielanie fibrynolizyny, pobudzają gojenie się ran, powodują degranulację komórek tucznych, oddziałują na ludzkie limfocyty T CD8+ (limfocyty T CD8+ pacjentów z długoterminowym niepostępującym zakażeniem HIV human immunodeficiency virus wydzielają α-defensynę-1, -2 i -3 po stymulacji [5]). Oczyszczone i syntetyczne α-defensyny hamują replikację HIV in vitro oraz wykazują działanie przeciwnowotworowe [5]. Defensyny α Do α-defensyn należą HNP (zlokalizowane w ich ziarnistościach azurofilnych) -1, -2, -3, i -4 oraz wytwarzane przez komórki Panetha w kryptach jelita cienkiego ludzkie defensyny (human defensins HD) -5 i -6 [11], zwane kryptydynami [4]. Mają długość aminokwasów, zawierają 3 mostki dwusiarczkowe w pozycjach C1-C6, C2-C4 i C3-C5. Pierwszą ludzką defensynę wyizolowano z neutrofilów w 1985 r. [4]. Defensyny wytwarzane są nie tylko w jelitach, występują też obficie w innych ludzkich komórkach i tkankach, m.in. w wydzielinie dróg rodnych kobiet wykrywana jest HNP-3, której stężenie w minimalnym stopniu zależy od fazy cyklu menstruacyjnego [12]. Hein i wsp. w czopach śluzowych pochodzących z dróg rodnych kobiet wykryli HNP-1 i -3 [13]. W ludzkich neutrofilach występują 4 α-defensyny blisko związane z HD-5 [11] (defensyna powodująca wzrost odporności na zakażenia jelitowe pałeczkami z gatunku Salmonella typhimurium). Stężenie defensyn w granulocytach obojętnochłonnych, w komórkach nabłonka dróg oddechowych i w wydzielinie dróg oddechowych zmienia się wyraźnie w ostrych stanach zapalnych, zwłaszcza w plwocinie pacjentów z mukowiscydozą [14]. Defensyny β Do β-defensyn należą hbd-1 wytwarzana przez komórki nabłonkowe (m.in. oskrzeli, języka, szyjki macicy, okrężnicy [15], dróg moczowych), a także neutrofile i leukocyty oraz hbd-2 i hbd-3, wytwarzane przez keratynocyty (w reakcjach zapalnych, głównie w łuszczycy [16,17]). Defensyna hbd-4 została zidentyfikowana wyłącznie przez badaczy genomowych baz danych; wykazuje działanie antydrobnoustrojowe w stosunku do różnych bakterii i drożdży oraz pobudza migrację monocytów [18]. Przegląd istniejących baz danych umożliwia wykrycie dalszych β-defensyn tak ludzkich, jak i zwierzęcych. Defensynę β po raz pierwszy wyizolowano z języka krowy w 1991 r., nazwano ją TAP (tracheal antimicrobial peptide). Zawierała 6 cystein związanych 3 mostkami dwusiarczkowymi o innym rozmieszczeniu niż w α-defensynach. Defensyny β wyizolowane z neutrofilów wołów okazały się homologiczne do wcześniej wyizolowanego peptydu TAP [19]. Defensyny β mają długość aminokwasów, a ich mostki dwusiarczkowe rozmieszczone są w pozycjach C1-C5, C2-C4, C3-C6. Co najmniej 3 β-defensyny wydzielane są przez nerki do moczu, wytwarzane przez zakażone komórki skóry lub znajdowane w innych wydzielinach. Tylko w wydzielinie pochwy kobiet stwierdzono produkcję 2 defensyn hbd-1 i hbd-2, których stężenie jest w małym stopniu uzależnione od fazy cyklu menstruacyjnego [12]. Badania czopów śluzowych przeprowadzone przez Hein i wsp. wykazały obecność defensyny hbd-1, natomiast nie stwierdzono hbd-2 [13]. Valore i wsp. [20] wykazali obecność mrna hbd-1 w komórkach nabłonka pochwy, tarczy i kanału szyjki macicy, endometrium i jajowodów. Midorikawa i wsp. [21] badając działania defensyny hbd-3 na kliniczne izolaty szczepów ziarenkowców z gatunku Staphylococcus aureus (S. aureus) stwierdzili, że MRSA (methicillin-resistant Staphylococcus aureus) wykazują większą oporność na działanie tych peptydów. Indukcja ekspresji hbd-2 i względna tolerancja umożliwiają ziarenkowcom z gatunku Staphylococcus epidermidis przetrwanie na powierzchni skóry i modulowanie ekspresji hbd-2, wówczas gdy zniszczona jest warstwa zrogowaciała skóry. Streptococcus pyogenes nie pobudza ekspresji hbd-2 i w ten sposób może unikać wrodzonych mechanizmów odpornościowych i powodować zakażenia skóry. Badania roli hbd-2 w obrębie pełniącego ochronną funkcję naskórka gospodarza wykazały, że bakterie Gram-ujemne mogą indukować ekspresję hbd-2 i jednocześnie są wrażliwe na ich działanie antydrobnoustrojowe. Możliwe, że jest to jedna z przyczyn rzadszych zakażeń skóry wywoływanych przez bakterie Gram-ujemne [22]. Warto zaznaczyć, że lipopolisacharyd LPS Escherichia coli jest słabym induktorem mrna hbd-2, jednak sygnał indukcyjny wzmacniany jest przez IL-1, wytwarzaną przez komórki MoDeC (monocyte-derived cells). Prowadzi to do selektywnego wzrostu syntezy hbd-2 [23]. Defensyny θ (minidefensyny) Ta grupa defensyn została wyizolowana z granulocytów obojętnochłonnych małp Rhesus (w ponad 90% o różnokształtnych jądrach polymorphonuclear leukocytes, PMN) za pomocą chromatografii cieczowej (high-performance liquid chromatography HPLC). Należą do niej: rtd (rhesus theta defensin)-1, -2 i -3. Defensyny θ zbudowane z 18 aminokwasów mają kolistą strukturę cząsteczkową, zawierają 6 cystein i 3 międzycząsteczkowe mostki dwusiarczkowe. Defensyny rtd-1 wykazują największe działanie antybakteryjne z wszystkich wyizolowanych defensyn [2]. Wykorzystując ludzki pseudogen szpikowy zsyntetyzowano retro-

3 544 B. Wiechuła i wsp. Nr 7 8 cyklinę minidefensynę znacząco hamującą tworzenie prowirusowego DNA HIV oraz wykazującą działanie antydrobnoustrojowe [24]. Katelicydyny Katelicydyny są peptydami kationowymi o działaniu podobnym do działania defensyn. Wykazują wysoki poziom ekspresji w peroksydazoujemnych ziarnistościach neutrofilów oraz w komórkach naskórka i mogą spełniać funkcje naturalnego antybiotyku z uwagi na bójcze właściwości wobec szerokiego spektrum drobnoustrojów [25,26]. U człowieka wykazano dotychczas tylko jedną katelicydynę hcap-18. Pod wpływem proteazy serynowej 3 z katelicydyny hcap-18 uwalniany jest aktywny peptyd LL-37 o własnościach bakteriobójczych [17,27], syntetyzowany przez szpik kostny, keratynocyty zakażonej skóry oraz nabłonek dróg oddechowych [6]. Katelicydyna hcap-18 jest głównym białkiem w specjalnych ziarnistościach neutrofilów, ale występuje także w limfocytach i monocytach, w komórkach złuszczającego się nabłonka, najądrzach i plazmie nasiennej, w płucach i w keratynocytach w przebiegu stanów zapalnych skóry. Plazma zawiera wysokie stężenie lipoprotein związanych z hcap-18. Biologiczne funkcje zlokalizowane są w C-końcu, aktywowanym przez rozszczepianie do holoprotein. C-koniec hcap-18, LL-37, wykazuje szerokie działanie przeciwbakteryjne wobec bakterii Gram-ujemnych i Gram-dodatnich, oddziałuje synergistycznie przeciwbakteryjnie z defensynami oraz jest czynnikiem chemotaktycznym dla neutrofilów, monocytów i komórek T, a ponadto może wiązać LPS [28]. Katelicydyny odgrywają rolę jako mediatory zapalne wywierające wpływ na takie procesy, jak proliferacja komórek i ich migracja, procesy immunomodulacji, gojenia się ran, angiogenezy, uwalniania cytokin i histaminy [29]. Stwierdzono, że LL-37 wykazuje działanie cytotoksyczne w stosunku do normalnych komórek ssaków [30]. Wołowe i wieprzowe katelicydyny rozszczepiane są przez elastazę z ziarnistości azurofilnych dostarczających aktywnych białek przeciwdrobnoustrojowych. Wśród katelicydyn tylko pochodne peptydu CAP-18 (ludzka i królicza) i CAP-11 mają zdolność wiązania i neutralizowania LPS [28]. Protegryny Protegryny pochodzą z leukocytów wieprzowych i należą do rodziny katelicydyn. Są to kationowe, bogate w cysteinę białka, zbudowane z aminokwasów, zawierające 2 wiązania dwusiarczkowe [2], w roztworze przyjmujące strukturę β [31]. Szczegółowe badania budowy i funkcji PG-1 wykazały, że amfipatyczna centralna β-płaszczyzna PG-1 jest niezbędna do ich działania bakteriobójczego [31]. Niektóre protegryny hamują in vitro działanie Chlamydia trachomatis (Ch. trachomatis) serowarów L2, D i H, defensyny ludzkie i królicze są mniej skuteczne [3,32,33]. Najsilniejszym białkiem o właściwościach przeciwbakteryjnych jest protegryna-1 hamująca rozwój zakażenia dwoinką Neisseria gonorrhoeae [2,31], Ch. trachomatis serowarem L2 oraz serowarami E i MoPn [3]. Próby leczniczego wykorzystania AMP Wiele organizmów wykorzystuje naturalne białka do walki z drobnoustrojami, ale synteza podobnych cząsteczek dla celów terapeutycznych nastręcza wiele trudności. Pojawienie się wieloopornych szpitalnych szczepów, takich jak S. aureus, Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa), Enterococcus faecium i innych sprawiło, że wzrasta zapotrzebowanie na nowe leki skuteczne w leczeniu zakażeń o tej etiologii. Antybiotyki peptydowe podzielono na 2 klasy: peptydy syntetyzowane nierybosomalnie (gramicydyny, polimyksyna, bacytracyna, glikopeptydy itp.) oraz peptydy syntetyzowane rybosomalnie (naturalne). Pierwsze wytwarzane są głównie przez bakterie, a następnie modyfikowane, podczas gdy drugie występują u wszystkich żyjących gatunków (włączając bakterie) jako ważny składnik odporności wrodzonej gospodarza [34]. Podstawowym problemem w syntetyzowaniu nowych chemioterapeutyków jest ich swoistość, skuteczność oraz przenikalność. Peptydy antydrobnoustrojowe są aktywne wobec bakterii Gram-dodatnich, Gram-ujemnych, grzybów i wirusów osłonkowych. Mechanizm działania antybiotyków peptydowych polega na dezintegracji (uszkadzaniu i wytwarzaniu kanałów) ściany komórkowej drobnoustrojów, wobec których są aktywne, nie działają natomiast na błonę komórkową gospodarza. To efekt kationowego charakteru tych białek, który umożliwia interakcje z ujemnie naładowaną powierzchnią ściany bakterii. Sugeruje się istnienie kilku mechanizmów przenikania AMP przez błonę cytoplazmatyczną. Pierwszy z nich mechanizm klepek beczki polega na kumulacji peptydów na kształt klepek beczki, gdzie niepolarne części wyścielają lipidy błony, a hydrofilowa wewnętrzna powierzchnia tworzy szczeliny. Kolejny to mechanizm łączących się kanałów, gdzie po połączeniu się z błoną AMP tworzą skupiska, a następnie wytwarzają szczeliny w błonie wnikając do wnętrza komórki. Z kolei w mechanizmie dywanowym białka pokrywają szczelnie powierzchnię błony wywierając nacisk, czego efektem jest załamanie się konstrukcji błony [35,36]. Istnieje również hipoteza robakowatego zagięcia błony zewnętrznej ściany komórkowej, gdzie powierzchnia błony zgina się charakterystycznie w tył za siebie, na kształt wnętrza wału, formując tym samym szczelinę, co powoduje rozszerzenie się w regionie głównych grup dwuwarstwy lipidowej [37]. Krokiem naprzód w syntetyzowaniu nowych antybiotyków peptydowych mogłoby być ukształtowanie pierścienia białkowego w taki sposób, aby mógł przecho-

4 Nr 7 8 Peptydy antydrobnoustrojowe 545 dzić przez ścianę komórkową bakterii. Fernandez-Lopez i wsp. [38] opisali projekt oraz wstępne badania nowego preparatu opartego na białkach o budowie cyklicznej, wybiórczo niszczących błonę komórkową drobnoustroju. Naturalne białka antydrobnoustrojowe często mogą pełnić swoją funkcję dzięki lokalizacji wewnątrzleukocytarnej lub wewnątrznabłonkowej. Komórki te albo przyciągane są do miejsca infekcji, albo też bodziec zakaźny stymuluje ekspresję AMP w nabłonkach. Chemicznie syntetyzowana wersja tego samego białka, jeżeli podana jest dożylnie, musiałaby rozprzestrzeniać się przez zdrowe tkanki docierając do miejsca zakażenia. Zsyntetyzowane peptydy są stosunkowo wielkimi i często silnie dodatnio naładowanymi strukturami antydrobnoustrojowymi, co powoduje ich powolne przenikanie do tkanek, a ich produkcja jest bardzo droga. Podawanie tak spreparowanych AMP w większości badań ogranicza się więc do stosowania miejscowego (kremy, maści i preparaty do płukania ust) [39]. Dalsze doskonalenie tych antybiotyków jest możliwe, ale ich racjonalne projektowanie jest trudne ze względu na komplikacje wynikające z ich wzajemnych oddziaływań, a także interakcji z komórkami eukariotycznymi. Poszukiwania poszerzono więc o zmodyfikowane postaci białek występujących w naturze. W żyjących organizmach L-izoformy aminokwasów są strukturą bloków, które uzupełniają białka i proteiny, a ich odzwierciedleniem są D-aminokwasy występujące rzadko, szczególnie w białkach pochodzenia zwierzęcego. Wcześniejsze badania opierały się na syntetyzowaniu pierścienia składającego się z 6 albo 8 następujących kolejno D- i L-aminokwasów; pierścienie te włączały 3 kolejne reszty hydrofilowe aminokwasów L-tryptofan i D-leucynę. Cylindryczna struktura białek błonowych umożliwiała, przez tworzenie kanalików, wzrost przepuszczalności tych błon dla cząsteczek o masie mniejszej niż 10 kda. Następnie obserwowano, który z pierścieni białka działa antydrobnoustrojowo w stosunku do najbardziej rozpowszechnionych bakterii. Rozpoczynając od białka, którego pierścień wykazywał najbardziej uniwersalną aktywność antydrobnoustrojową, systematycznie zastępowano 3 aminokwasy hydrofilowe wydłużając je różnymi aminokwasami. Modyfikacje te zmieniały działanie tego białka in vitro wobec S. aureus i innych powszechnie spotykanych bakterii patogennych. Kolejnym etapem badań były próby na myszach zakażanych S. aureus. Do tego etapu wybrano 3 białka, które okazały się bardzo skuteczne i nie wykazywały istotnych toksycznych skutków ubocznych. Pierścień białkowy stosowanych peptydów był o wiele mniejszy niż α-helisa i zwiększał ich zdolność przenikania do tkanek, lecz ujemną stroną była obecność D-aminokwasów zapobiegających produkcji tych białek dostępnymi biosyntetycznymi metodami, co zwiększa koszt chemicznej syntezy [38]. Wiele dużych firm farmaceutycznych prowadzi intensywne badania nad zastosowaniem peptydów antydrobnoustrojowych w terapii różnych schorzeń. Najbardziej zaawansowane badania (II i III faza badań klinicznych) prowadzi się nad preparatem o roboczej nazwie MBI-594AN [40]) w leczeniu poważnych zakażeń trądzikowych oraz nad preparatem MBI-226 w zakażeniach związanych ze stosowaniem cewników [41]. Daleko posunięte są również badania nad zastosowaniem preparatu Cytolex (MSI-78) [42] do leczenia wielobakteryjnych zakażeń stopy cukrzycowej; glikolipidu daptomycyny, który może mieć zastosowanie w terapii zakażeń skóry, układu moczowego, w zapaleniach wsierdzia i sepsach wywołanych przez bakterie Gram-dodatnie oraz [43] Fuzeonu (enfuvirtide, T-20) do leczenia zakażeń wywołanych wirusem HIV [44]. We wstępnej fazie badań są preparaty Ambicin (Nisin) antybiotyk stosowany w leczeniu choroby wrzodowej żołądka wywołanej przez Helicobacter pylori [45], Iseganan (IB-367) protegryna stosowana w terapii stanów zapalnych śluzówki jamy ustnej [46] oraz jej postać aerozolowa z wykorzystaniem w mukowiscydozie, w przewlekłych zakażeniach płuc, których czynnikiem etiologicznym jest P. aeruginosa [47]. Prowadzone są również badania nad D2A21, preparatem stosowanym w leczeniu zakażonych ran, głównie oparzeniowych [48], P-113 stosowanym w kandydozie jamy ustnej [49] oraz Lactoferricin-B wykorzystywanym jako środek przeciwgrzybiczy [50]. Niezależnie od bezpośredniego działania antydrobnoustrojowego AMP pełnią ważną rolę modulującą układ odpornościowy zarówno w fazie nieswoistej, jak i swoistej. Interferencja ze szlakami sygnałowymi receptorów typu Toll, a także stymulacja ekspresji cząstek adhezyjnych i cytokin muszą być uważnie śledzone w fazie przygotowywania nowych leków opartych na naturalnych strukturach AMP. Na podobną uwagę zasługuje również zdolność niektórych AMP do neutralizowania czynników wyzwalających objawy wstrząsu toksycznego, a także regulowania jego przebiegu. Peptydy antydrobnoustrojowe mogą hamować reakcję między LPS a LBP (nie rozbijają jednak już istniejących kompleksów), mają selektywny wpływ na indukowanie ekspresji genów w makrofagach (hamują wydzielanie TNF, IL-6 i MIP-1α), mogą również regulować dodatnio ekspresję genów czynników transkrypcyjnych, kinaz i regulatorów cyklu komórkowego. Wielu badaczy uważa, że AMP pełnią w odpowiedzi odpornościowej nieswoistej (wrodzonej) równie istotną rolę jak przeciwciała w odpowiedzi adaptacyjnej (swoistej).

5 546 B. Wiechuła i wsp. Nr 7 8 Piśmiennictwo [1] Porter EA, Wang X, Lee HS, Weisblum B, Gellman SH. Non-haemolytic β-amino-acid oligomers. Nature 2000; 404: 565. [2] Tang YQ, Yuan J, Osapay G, Osapay K, Tran D, Miller CJ, Ouellette AJ, Selsted ME. A cyclic antimicrobial peptide produced in primate leukocytes by the ligation of two truncated alpha- -defensins. Science 1999; 286: [3] Chong-Cerrillo C, Selsted ME, Petersonand EM, de la Maza LM. Susceptibility of human and murine Chlamydia trachomatis serovars to granulocyte- and epithelium-derived antimicrobial peptides. J Peptide Res 2003; 61: [4] Ganz T, Selsted M, Szklarek D, Harwig SS, Daher K, Bainton DF, Lehrer RI. Defensins. Natural peptide antibiotics of human neutrophils. J Clin Invest 1985; 76: [5] Ganz T. Immunology. Versatile Defensins. Science 2002; 298: [6] Schauber J, Svanholm C, Termén S, Iffland K, Menzel T, Scheppach W, Melcher R, Agerberth B, Lührs H, Gudmundsson GH. Expression of the cathelicidin LL-37 is modulated by short chain fatty acids in colonocytes: relevance of signaling pathways. Gut 2003; 52: [7] van Wetering S, Mannesse-Lazeroms SP, van Sterkenburg MA, Daha MR, Dijkman JH, Hiemstra PS. Effect of defensins on interleukin-8 synthesis in airway epithelial cells. Am J Physiol 1997; 272: L888 L896. [8] van Wetering S, van der Linden AC, van Sterkenburg MA, de Boer WI, Kuijpers AL, Schalkwijk J, Hiemstra PS. Regulation of SLPI and elafin release from bronchial epithelial cells by neutrophil defensins. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 2000; 278: L [9] Yang D, Chertov O, Bykovskaia SN, Chen Q, Buffo MJ, Shogan J, Anderson M, Schroder JM, Wang JM, Howard OM, Oppenheim JJ. Beta-defensins: linking innate and adaptive immunity through dendritic and T cell CCR6. Science 1999; 286: [10] Chaly YV, Paleolog EM, Kolesnikova TS, Tikhonov II, Petratchenko EV, Voitenok NN. Neutrophil alpha-defensin human neutrophil peptide modulates cytokine production in human monocytes and adhesion molecule expression in endothelial cells. Eur Cytokine Netw 2000; 11: [11] Salzman NH, Ghosh D, Huttner KM, Paterson Y, Bevins CL. Protection against enteric salmonellosis in transgenic mice expressing a human intestinal defensin. Nature 2003; 422: [12] Valore EV, Park CH, Igreti SL, Ganz T. Antimicrobial components of vaginal fluid. Am J Obstet Gynecol 2002; 187: [13] Hein M, Valore EV, Helmig RB, Uldbjerg N, Ganz T. Antimicrobial factors in the cervical mucus plug. Am J Obstet Gynecol 2002; 187: [14] Ganz T. Antimicrobial polypeptides in host defense of the respiratory tract. J Clin Invest 2002; 109: [15] Tollin M, Bergman P, Svenberg T, Jornvall H, Gudmundsson GH, Agerberth B. Antimicrobial peptides in the first line defence of human colon mucosa. Peptides 2003; 24: [16] Ong PY, Ohtake T, Brandt C, Strickland I, Boguniewicz M, Ganz T, Gallo RL, Leung D. Endogenous antimicrobial peptides and skin infections in atopic dermatitis. N Engl J Med 2002; 347: [17] Sorensen OE, Cowland JB, Theilgaard-Monch K, Liu L, Ganz T, Borregaard N. Wound healing and expression of antimicrobial peptides/polypeptides in human keratinocytes, a consequence of common growth factors. J Immunol 2003; 170: [18] Garcia JR, Krause A, Schultz S, Rodriguez-Jimenez FJ, Klüver E, Adermann K, Forssmann U, Frimpong-Boateng A, Bals R, Forssmann WG. Human β-defensin 4: a novel inducible peptide with a specific salt-sensitive spectrum of antimicrobial activity. FASEB J 2001; 15: ] Diamond G, Zasloff M, Eck H, Brasseur M, Maloy WL, Bevins CL. Tracheal antimicrobial peptide, a cysteine-rich peptide from mammalian tracheal mucosa: Peptide isolation and cloning of a cdna. Proc Natl Acad Sci USA 1991; 88: [20] Valore EV, Park CH, Quayle AJ, Wiles KR, McCray PB Jr, Ganz T. Human beta-defensin-1: an antimicrobial peptide of urogenital tissues. J Clin Invest 1998; 101: [21] Midorikawa K, Ouhara K, Komatsuzawa H, Kawai T, Yamada S, Fujiwara T, Yamazaki K, Sayama K, Taubman MA, Kurihara H, Hashimoto K, Sugai M. Staphylococcus aureus susceptibility to innate antimicrobial peptides, beta-defensins and CAP18, expressed by human keratinocytes. Infect Immun 2003; 71: [22] Liu L, Roberts AA, Ganz T. By IL-1 signaling, monocyte-derived cells dramatically enhance the epidermal antimicrobial response to lipopolysaccharide. J Immunol 2003; 170: [23] Dinulos JG, Mentele L, Fredericks LP, Dale BA, Darmstadt GL. Keratinocyte expression of human beta defensin 2 following bacterial infection: role in cutaneous host defense. Clin Diagn Lab Immunol. 2003; 10(1): [24] Wang W, Cole AM, Hong T, Waring AJ, Lehrer RI. Retrocyclin, an antiretroviral theta-defensin, is a lectin. J Immunol 2003; 170: [25] Di Nardo A, Vitiello A, Gallo RL. Cutting edge: mast cell antimicrobial activity is mediated by expression of cathelicidin antimicrobial peptide. J Immunol 2003; 170: [26] Koczulla R, von Degenfeld G, Kupatt C, Krotz F, Zahler S, Gloe T, Issbrucker K, Unterberger P, Zaiou M, Lebherz C, Karl A, Raake P, Pfosser A, Boekstegers P, Welsch U, Hiemstra PS, Vogelmeier C, Gallo RL, Clauss M, Bals R. An angiogenic role for the human peptide antibiotic LL-37/hCAP-18. J Clin Invest 2003; 111: [27] Larrick J, Hirata M, Balint R, Lee J, Zhong J, Wright SC. Human CAP18: a novel antimicrobial lipopolysaccharide-binding protein. Infect Immun 1995; 63: [28] Nagaoka I, Hirota S, Niyonsaba F, Hirata M, Adachi Y, Tamura H, Tanaka S, Heumann D. Augmentation of the lipopolysaccharide-neutralizing activities of human cathelicidin CAP18/LL-37-derived antimicrobial peptides by replacement with hydrophobic and cationic amino acid residues. Clin Diagn Lab Immunol 2002; 9: [29] Bals R, Wilson JM. Cathelicidins a family of multifunctional antimicrobial peptides. Cell Mol Life Sci 2003; 60: [30] Sorensen OE, Follin P, Johansen AH, Calafat Y, Tjabringa GS, Himestra PS, Borregaard N. Human cathelicidin, hcao-18, is processed to the antimicrobial peptide LL-37 by extracellular cleavage with proteinas 3. Blood 2001; 97: [31] Shafer WM, Qu XD, Waring AJ, Lehrer RI. Modulation of Neisseria gonorrhoeae susceptibility to vertebrate antibacterial peptides due to a member of the resistance/nodulation/division efflux pump family. Proc Natl Acad Sci USA 1998; 95: [32] Yasin B, Lehrer RI, Harwing SSL, Wagar EA. Susceptibility of chlamydia trachomatis to protegrins and defensins. Infect Immun 1996; 64: [33] Yasin B, Lehrer RI, Harwig SSL, Wagar EA. Protegrins: structural requirements for inactivating elementary bodies of Chlamydia trachomatis. Infect Immun 1996; 64: [34] Yeaman MR, Yount NY. Mechanisms of antimicrobial peptide action and resistance. Pharmacol Rev 2003; 55: [35] Wu M, Maier E, Benz R, Hancock RE. Mechanism of interaction of different classes of cationic antimicrobial peptides with planar bilayers and with the cytoplasmic membrane of Escherichia coli. Biochemistry 1999; 38: [36] Maddox MW, Longo ML. A Monte Carlo Study of peptide insertion into lipid bilayers: equilibrium conformations and insertion mechanisms. Biophys J 2002; 82: [37] Ludtke SJ, He K, Heller WT, Harroun TA, Yang L, Huang HW. Membrane pores induced by magainin. Biochemistry 1996; 35: [38] Fernandez-Lopez S, Kim HS, Choi EC, Delgado M, Granja JR, Khasanov A, Kraehenbuehl K, Long G, Weinberger DA, Wilcoxsen KM, Ghandiri MR. Antibacterial agents based on the cyclic D,L-alpha-peptide architecture. Nature 2001; 412: [39] Mosca DA, Hurst MA, So W, Viajar BSC, Fujii CA, Falla TJ. IB-367, a protegrin peptide with in vitro and in vivo activities against the microflora associated with oral mucositis. Antimicrob Agents Chemother 2000; 44: [40] [41] [42] Hancock RE, Chapple DS. Peptide antibiotics. Antimicrob Agents Chemother 1999; 43: [43] [44] html [45] Chung HJ, Montville TJ, Chikindas ML. Nisin depletes ATP and proton motive force in mycobacteria. Lett Appl Microbiol 2000; 31: 416. [46] findarticles.com/cf_dls/m4prn/2000_june_29/ /p1/article.jhtml [47] [48] [49] [50] Lupetti A, Paulusma-Annema A, Welling MM, Senesi S, Van Dissel JT, Nibbering PH. Candidacidal activities of human lactoferrin peptides derived from the N terminus. Antimicrob Agents Chemother 2000; 44: Adres autorów: Barbara Wiechuła, Katedra i Zakład Mikrobiologii Lekarskiej ŚAM, ul. Medyków 18, Katowice, tel./fax (0-32) , mikrobiologia@slam.katowice.pl

6 Nr 7 8 Peptydy antydrobnoustrojowe B. Wiechuła, J. Tustanowski, G. Martirosian ANTIMICROBIAL PEPTIDES Summary 547 For many years, attention has been focused on adaptive immunity as the main antimicrobial defense system. The discovery of antimicrobial peptides turned this point of view. In general, these peptides act on microorganisms directly by disrupting the structure of the microbial cytoplasmatic membranes and indirectly acting on immune system. This review provides an overview of some natural antimicrobial peptides and probability of their clinical usage. Key words: antimicrobial peptides, defensins, protegrins, cathelicidins. Pracę wykonano w ramach grantu Ministerstwa Nauki i Informatyzacji nr 2P05D