ЕНДОГЕННИ АНТИМИКРОБНИ ЧОВЕШКИ ПЕПТИДИ - Съвременни проблеми на науката и образованието (научни

AMPs са неспецифични фактори на хуморалния имунитет, притежават неутрализираща ендотоксина и имуномодулираща активност, а също така осигуряват защита срещу широк спектър от микроорганизми [16]: грам-отрицателни и грам-положителни бактерии, гъби, вируси и протозои [2].

Съществуването на AMP е известно от няколко десетилетия, но едва напоследък интересът към тези молекули се измества от равнината на основните изследвания на имунната система към клиничната област. Към днешна дата при хора са открити три семейства от такива пептиди [7; 16; 18]: дефензини, кателицидини и хистатини.

За първи път дефензините на бозайници са описани през 1956 г. от Робърт С. Скарнес и Денис У. Уотсън като фагоцитини на заешки полиморфно-ядрени левкоцити. В поредица от творби на Х.И. Zeya и John K. Spitznagel показаха, че тези протеини принадлежат към едно и също молекулярно семейство, което те идентифицираха като семейство на катионни антимикробни протеини и едва през 1985 г. Michael E. Selste им даде съвременното им име - defensins [1]. Дефензините са катионни амфипатични пептиди с дължина от 30 до 42 аминокиселини с триверижна β-ламеларна структура, съдържаща три дисулфидни връзки [24; 29]. Въз основа на метода на дисулфидно свързване, дефензините се разделят на три семейства - α-, β- и θ-дефензини. В човешкото тяло има два типа: α- и β-дефензини [9]. Те се синтезират само от неутрофили, което ни позволява да ги разглеждаме като специфични клетъчни маркери на тези клетки.

α-дефензините, класическите "неутрофилни" дефензини (HNP), са идентифицирани в азурофилните гранули на неутрофили и са описани за първи път в средата на 80-те години. Неутрофилните гранули са основното депо за четири а-дефензини (HNP1-4), два а-дефензини - HD5 и HD6 - се намират в клетките на Панет. Α-дефензини, секретирани от неутрофили, могат да бъдат намерени в биологични течности [8].

Първият β-дефензин е открит при изследване на човешки бъбреци от хемофилтратен диализат и е описан в началото на 90-те години. Това беше пептид с 36 аминокиселинни остатъка (HBD1) [25]. Основните β-дефензини при хората са HBD1-6. Днес е известно, че молекулите β-дефензин са по-променливи пептиди, те са по-слабо консервирани в аминокиселинната последователност. Освен това HBD се намира в различни изоформи.

Основните производители на β-дефензини са кератиноцити, епителни клетки на лигавиците, макрофаги, моноцити, дендритни клетки [5].

В допълнение към микробицидния ефект, а-дефензините проявяват също хемотаксична, имуномодулираща и цитотоксична активност, допринасят за общата защита на организма и развитието на възпалителни процеси. Съвсем наскоро беше открита антивирусната активност на някои дефензини. Смята се, че α-дефензините допринасят значително за анти-HIV-1 активността на антивирусния фактор CD8. Това обстоятелство отваря нови възможности в изследванията на ХИВ. Доказано е, че пациентите, които нямат а-дефензини, страдат от чести и тежки бактериални инфекции [16].

В допълнение към всичко по-горе, дефензините се експресират в репродуктивния тракт на жените, където изпълняват редица функции, които играят ключова роля за запазването и защитата на плода по време на бременност. По-задълбоченото разбиране на функциите на дефензините и техните механизми на действие ще им позволи да се разглеждат като терапевтично средство за контрол на женските заболявания, включително усложнения на бременността и следродилния период [26].

Кателицидините са група пептиди, открити в лимфоцитите и моноцитите, както и в епителните клетки [11]. Човешкият катионен антимикробен протеин (hCAP18) е единственият човешки кателицидин, идентифициран до момента. Доказано е, че антибактериалният С-краен фрагмент на hCAP18 - LL37 проявява антимикробна активност срещу грам (-) и грам (+) бактерии, гъби, вируси и протозои. Този пептид е важен фактор за повторната епителизация на раната; неговата ангиогенна активност също е доказана in vivo и in vitro. Освен това, LL37 функционира като хемотаксичен агент за неутрофили, моноцити и Т клетки.

Значително увеличение на съдържанието на LL37 се наблюдава в семенната плазма и на повърхността на сперматозоидите при здрави донори. Смята се, че LL37 предотвратява увреждането на сперматозоидите от микроорганизми по пътя към яйцеклетката и по време на оплождането. Дефицитът на LL37 в слюнката е в съответствие с наличието на пародонтална болест при пациенти с болест на Kostmann. Известно е, че пациентите с атопичен дерматит с дефицит в експресията на LL37 са по-склонни да страдат от ваксинална екзема.

Хистатините са семейство от богати на хистидин катионни протеини на слюнка с маса 3-5 kDa, синтезирани от ацинарни клетки на околоушната и подмандибуларната жлеза [28]. Хистатините имат директен фунгициден ефект [19]. Намира се само в човешката слюнка и някои страхотни маймуни. Концентрацията на хистатини в слюнката е приблизително 45-75 μg/ml. Хистатините също са способни да утаяват танини и по-ефективно от богатите на пролин протеини, особено при неутрални стойности на рН и високи концентрации на танин [12]. Хистатините са слабо амфипатични пептиди. При липозомни модели е показано, че те имат слаб литичен капацитет [24; 26]. Интензивността на колонизацията Candida зависи от концентрацията на хистатини, от своя страна нивото им се увеличава с кандидоза на устната кухина [10; 13].

Голям проблем на нашето време е развитието на резистентност (способността на микроорганизмите да се развиват и размножават при въвеждане на химичен агент, който обикновено действа, за да унищожи тези микроби или да спре растежа им) на микроорганизмите към антимикробни лекарства [4; 23].

Механизмът на действие на антимикробните пептиди е универсален, в резултат на което те са разрушителни дори за онези микроорганизми, които са развили резистентност към различни антибиотици в хода на еволюцията [22].

Съществуват значителни разлики в структурата на клетъчната стена и клетъчната мембрана при грам-положителни и грам-отрицателни бактерии. Грам-положителните бактерии съдържат външна клетъчна стена, състояща се от множество слоеве пептидогликан, под които има клетъчна мембрана [6]. Грам-отрицателните бактерии имат външна клетъчна мембрана, съдържаща голямо количество липополизахарид, както и истинска вътрешна цитоплазматична мембрана [14]. Последният е покрит с по-малък брой полигликанови слоеве, отколкото при грам-положителните бактерии и е отделен от външната мембрана от периплазматичното пространство. По този начин грам-отрицателните бактерии имат значителна бариера за проникване на лекарства. Липофилните лекарства или водоразтворимите вещества с ниско молекулно тегло могат да преминат през поринните канали. Промените в съдържанието или състава на пориновите протеини или липополизахаридите на външната мембрана могат да доведат до появата на резистентност поради намаляване на пропускливостта на антибиотика.

Известно е, че повечето антибактериални пептиди действат върху бактериалната мембрана, по-точно върху нейния мастен слой. В допълнение, такива пептиди винаги имат положителен заряд, а мастният слой на бактериалната мембрана е отрицателно зареден. Следователно е ясно, че основният принцип на антибактериалния ефект е електростатичният ефект. Понякога обаче пептидите са ефективни срещу един вид микроорганизми, докато други, с идентичен мембранен заряд, изобщо не увреждат. Освен това няма обяснение за това как положително заредените пептиди влияят върху електрически неутралния липиден слой на клетъчната мембрана на бозайниците [2].

Друга важна проява на пептидите е амфифилността. Това означава, че заредените и неутрални аминокиселини са от противоположните страни на веригата, т.е. зарядът не принадлежи на целия пептид, а само на единия му край. Процесът на разрушаване на клетъчната мембрана от пептид е добре илюстриран от редица модели. Най-известен е моделът "образуващ пори", според който пептидите, попадайки в околната среда на липидите, навлизат в мембраната, прониквайки през нея; в този случай структурата на образуваните пори може да се различава. При други модели стените на порите се образуват както от пептиди, така и от мастни частици. В този случай пората приема формата на тороид ("тороидален" модел). Когато в мембраната се образуват голям брой пори, тя губи своята стабилност и тогава цитоплазмата, заедно с клетъчните органели, навлиза във външната среда - докато микроорганизмът умира. Съществува и друг модел (наречен "килим"), според който положително заредените частици от пептиди равномерно покриват клетъчната мембрана, създавайки молекулярен "килим". В този случай мембраната на микроорганизма започва активно да се разпада на няколко места наведнъж [23]. Създаденият по този начин електростатичен ефект значително усложнява развитието на резистентност на микроорганизмите, тъй като изисква сериозни промени в структурата и електрофизиологичните свойства на клетъчната мембрана, намалявайки конкурентоспособността на резистентните щамове [17].

Универсалността на действието върху микроорганизмите, както и способността за бързо унищожаване на прицелните клетки и широк спектър на действие, позволяват антимикробните пептиди да се разглеждат като основа за създаване на нови лекарства, особено на фона на глобалния проблем за намаляване на ефективността на конвенционалните антибиотици. Струва си обаче да се обърне внимание на факта, че много естествени пептиди, в допълнение към чужди микроорганизми, са способни да унищожават кръвните червени кръвни клетки [17]. Това е сложността на употребата на AMP в медицината. Механизмът на действие на пептидите все още е слабо разбран, следователно целенасоченият синтез на молекули, при който пептидите биха действали изключително върху патогени, без да навредят на човешките клетки, е все още невъзможен.

Но, въпреки недостатъчните познания, през последните години се появиха перспективи за използването на антимикробни пептиди в клиничната практика. И така, в Европа вече се провеждат клинични изпитвания на лекарство, чиято основа е антимикробен пептид, получен от секрецията на мухата дрозофила. Той показва достатъчно ниво на ефективност в борбата срещу тежка гъбична инфекция, която често прогресира след химиотерапия или трансплантация на органи. Антимикробните пептиди започват активно да се произвеждат от клетките на човешкото тяло в случай на локално увреждане или наличие на патогени. Следователно те са оптимални при лечението на локално възпаление.

Клиничното приложение на ендогенните антимикробни пептиди засяга широк спектър от проблеми в съвременната теоретична и приложна наука [17]. Много аспекти на използването на AMP все още не са напълно разбрани. Независимо от това, тази тема заслужава голямо внимание и по-нататъшно развитие.

Рецензенти:

Бели Л.Е., д.м.н., професор в Катедрата по болнична хирургия, анестезиология, реаниматология, урология, травматология и ортопедия, МФ IMEiFK UlSU, Уляновск;

Кан Н.И., доктор на медицинските науки, професор, ръководител. Катедра за следдипломно образование и семейна медицина FPMiFO IMEiFK UlGU, Уляновск.