脊椎动物β-防御素的研究进展.pdf

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1、第32卷第2期沈阳师范大学学报(自然科学版)Vo1．32No．22014年4月JournalofShenyangNormalUniversity(NaturalScienceEdition)Apr．2014文章编号：1673—5862(2014)02—0139—05脊椎动物一防御素的研究进展段婷婷。，李丕鹏L，陆宇燕。(1．沈阳师范大学两栖爬行动物研究所，沈阳110034；2．沈阳师范大学辽宁省生物进化与生物多样性重点实验室，沈阳110034)摘要：防御素是近年来发现的广泛存在于动植物体内的一类富含精氨酸和半胱氨酸残基的阳离子抗菌肽。脊椎动物的防御素分为一防御素、卢一防御素和0一防御素3种

2、，其中卢一防御素分布区域最为广泛，在脊椎动物的呼吸道、消化道及泌尿生殖道粘膜层有大量表达。其在机体受到感染的早期抑制、抵御和杀灭多种外来病原微生物等方面发挥着不可取代的作用。综述了国内外口一防御素的研究现状，从其蛋白质分子结构、基因的结构及表达调控、抗微生物活性及作用机制、与炎症反应的关系以及作为效应分子和调节分子等角度人手，探讨了脊椎动物一防御素在免疫应答中的重要作用，并提出了它的应用前景和存在的问题。关键词：口一防御素；结构特征；表达调控；抗菌活性；炎症反应；免疫应答与趋化作用中图分类号：Q291文献标志码：Adoi：10．3969／i．issn．1673—5862．2014．02．0

3、03防御素(defensin)是免疫系统中重要的防御性蛋白质，由于其广谱抗微生物的特点，广泛存在于动植物体内，在早期抑制、抵御和杀灭多种外来病原微生物等方面发挥着不可取代的作用。脊椎动物的防御素依据半胱氨酸的分布和二硫键连接方式的不同，分为一防御素、一防御素和0一防御素3种。主要分布于哺乳类的中性粒细胞以及人类和啮齿动物小肠潘氏细胞中的a一防御素，是1966年Zeya等在兔子和豚鼠中性粒细胞中发现的，起初称为“阳离子抗菌蛋白”，后来被命名为a一防御素_1；一防御素是DiamondE。]等1991年从牛气管粘膜上皮分离得到的，后证实在脊椎动物呼吸道、消化道及泌尿生殖道粘膜层有大量表达，是这些

4、器官的粘膜免疫的重要组成成分，构成其先天免疫屏障；0一防御素是Tangl4]等1999年从猕猴白细胞中分离得到的环状结构的防御素，该防御素仅在除人以外的灵长类动物体内表达。由此可见，防御素中的

5、8一防御素分布区域最广，且均表达于机体与外界环境直接和间接相接触的位置，参与构成了机体抵御外界微生物侵袭的免疫屏障。本文就脊椎动物一防御素的结构与功能作一总结，为相关研究人员提供便利。1一防御素的蛋白结构在一防御素的一级结构中，氨基酸的排列顺序和组成的多样性始终是学者们关注的重点。不同物种氨基酸数量不同：人一防御素氨基酸数量为36～65，小鼠为38～42，绵羊为35～50，鱼类为39~45[5]，它

6、们的共同特点是具有8个高度保守的氨基酸残基：第1类是C末端的6个间隔不等的半胱氨酸(Cys)残基，可形成最多3个分子内二硫键，连接方式均为Cysl～Cys5，Cys2～Cys4，Cys3～Cys6。第2类是位于N末端的2个甘氨酸残基(Gly)，第1个Gly位于N端第2个Cys上游相隔一个氨基酸残基的位置，第2个Gly位于第4个Cys间隔一个氨基酸残基位置处。而且，由于带正电荷的氨基酸残基大多聚集在C末端，形成了一个正电荷富集的区域，而此区域的净电荷数是防御素实现抗菌收稿日期：2o13—12—27。基金项目：国家自然科学基金资助项目(30870276)。作者简介：段婷婷(1987一)，女，辽

7、宁沈阳人，沈阳师范大学硕士研究生；通信作者：陆宇燕(1962一)，女，上海人，沈阳师范大学教授，硕士研究生导师。140沈阳师范大学学报(自然科学版)第32卷功能的必备条件]。借助2～3个分子内二硫键，／3一防御素形成了一个整体呈“U”形空间结构，分子的顶部为C末端和N末端氨基酸残基组成的极性部分，而底部则为非极性部分。分子中主要包含3个反向平行的／3一折叠片层结构、其N末端具有形成趋势的一螺旋结构以及两种结构之间的Loop区[g]，且由Cysl~Cys5相连Ot一螺旋与第3条一折叠片层，由Cys2~Cys4相连一折叠片层1和2，由Cys3Cys6相连J8一折叠片层1和2间形成的Loop区与

8、第3条J8一折叠片层。a一螺旋和卢一折叠结构均为双亲媒性，对防御素与微生物细胞膜相互作用具有很好的促进作用。另外，防御素单体还可以通过分子间非共价交联的盐桥形成二聚体，也可以通过未参与分子内二硫键的Cys残基以分子间二硫键的方式形成二聚体。二聚体的形成使疏水氨基酸残基进一步聚集，增加了分子表面电荷量，使

9、8一防御素的结构更加稳定，且抗菌活性也得到了提升。2』[7一防御素的表达调控人一防御素1(HBD一1)和猪／3一防御素