CC BY
458
2014
ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Сер. 11
Вып. 1
ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ НАУКА И КЛИНИЧЕСКАЯ МЕДИЦИНА
УДК 547.964:612.017.1:571.27
А. Ю. Артамонов1, Е. Г. Рыбакина1, Д. С. Орлов1'2, Е. А. Корнева1,2
БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ И МОЛЕКУЛЯРНО-КЛЕТОЧНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ АНТИМИКРОБНЫХ ПЕПТИДОВ ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ*
1 Научно-исследовательский институт экспериментальной медицины Северо-Западного отделения РАМН, Российская Федерация, 197376, Санкт-Петербург, ул. акад. Павлова, 12
2 Санкт-Петербургский государственный университет, Российская Федерация, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9
Антимикробные пептиды выполняют различные функции в системе врожденного иммунитета. Главная из которых — киллерная активность. Эффекты действия пептидов различны и зависят от их концентрации. Антимикробные пептиды также модулируют функциональную активность иммунокомпетентных клеток, таким образом, они участвуют и в работе системы адаптивного иммунитета. В представленном обзоре приведено описание механизмов действия антимикробных пептидов, а именно разрушение клеточной мембраны микроорганизмов или формирование в ней каналов, пор. С другой стороны, пептиды, проникая внутрь клетки, ин-гибируют синтез компонентов клеточной стенки, нуклеиновых кислот, активность ферментов. Уничтожение бактерии происходит стремительно, что делает практически невозможным появление патогенных микроорганизмов резистентных к антимикробным пептидам. Иммуномоду-лирующая активность пептидов проявляется в различных эффектах их действия на миграцию, функциональную активность и апоптоз клеток иммунной системы, а также на индукцию синтеза и выделения многих медиаторов иммунного ответа. Мишенями действия пептидов являются ЕК-клетки, моноциты и макрофаги, лимфоциты, нейтрофилы, а также тучные, дендритные клетки, клетки слизистого и сосудистого эпителия, кератиноциты. Антимикробные пептиды, как природные, так и их синтетические аналоги, являются перспективными кандидатами для создания на их основе антибиотиков нового поколения, нового класса иммунокорригирующих и противовоспалительных препаратов. Библиогр. 117 назв. Ил. 2.
Ключевые слова: антимикробные пептиды, механизмы действия, врожденный и приобретенный иммунитет.
BIOLOGICAL ACTIVITY AND MOLECULAR-CELLULAR MECHANISMS OF ACTION OF HUMAN AND ANIMAL ANTIMICROBIAL PEPTIDES
A. Yu. Artamonov1, E. G. Rybakina1, D. S. Orlov1,2, E. A. Korneva1,2
1 Institute of Experimental Medicine of the NorthWest Branch of the Russian Academy of Medical Sciences, 12, ul. akad. Pavlova, St. Petersburg, 197376, Russian Federation
2 St. Petersburg State University, 7/9, Universitetskaya nab., St. Petersburg, 199034, Russian Federation
Antimicrobial peptides have multiple functions in the innate immunity. The main role of them is killing activity. Their effects are different and depend on their concentration. They also influence functional activity of cells of immune system, so they are involved in the mechanisms of the adaptive immunity.
* Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ (проект № 13-04-02102а)
In this review different mechanisms of action of cationic peptides are classified. Antimicrobial peptides disrupt bacterial cellular membrane or form a channel in it. Their activity includes inhibition of synthesis of cell wall components, nucleic acids, activity of enzymes. The killing process is violent, therefore it is almost impossible the appearance of pathogenic microorganisms with resistance to antimicrobial peptides. Immunomodulatory activity of peptides have different effects on cells of immune system, such as cell migration, state of functional activity, apoptose. Also they influence induction of synthesis and secretion of a number of mediators of immune response. The targets of antimicrobial peptides are EK-cells, monocytes and macrophages, lymphocytes, neutrophils, and also mast cells, dendric cells, cells of mucous and vascular epithelium, keratinocytes. Antimicrobial peptides and their synthetic derivatives are a potential candidates for development of novel type of antibiotics, and new class of immunomodulatory and antiinflammatory drugs. Refs 117. Figs 2.
Keywords: antimicrobial peptides, mechanisms of action, innate and adaptive immunity.
Молекулярно-клеточные механизмы реализации защитных реакций являются предметом изучения многих исследований, результаты которых создают основу для формирования представлений о механизмах развития типовых защитных и компенсаторно-приспособительных реакций организма [1, 2].
Особое внимание уделяется семейству эффекторных и сигнальных биологически активных веществ — антимикробным пептидам, обеспечивающим реализацию защитных и приспособительных реакций при инфицировании, стрессорном воздействии [3, 4], паразитарной инвазии [5], опухолевом росте [6]. Антимикробные пептиды (АМП) — группа биологически активных веществ, преимущественно продуцируемых нейтрофильными гранулоцитами и макрофагами, а также эпителиальными клетками барьерных органов. Эффекты их действия на клетки и ткани разнообразны и зависят от концентрации пептидов. Наиболее изученной является непосредственная антимикробная биологическая активность АМП, обусловливающая их защитную функцию [7, 8].
Одним из основных направлений исследования антимикробных пептидов в последнее десятилетие стало изучение молекулярных и клеточных механизмов их биологической активности, обеспечивающих участие АМП в реализации защитных функций организма [9]. Антимикробные пептиды обладают уникальными свойствами: они селективно действуют на бактерии, поскольку их катионные молекулы имеют высокое сродство к мембранам бактерий, обогащенным отрицательно заряженными компонентами — липополисахаридом (ЛПС) и др. Выработка у бактерий резистентности к АМП затруднена в связи с особенностями механизма их бактерицидного действия — быстрого, в течение минут, повышения проницаемости мембран микроорганизмов, утратой их барьерной функции, приводящей к осмотическому разрушению клеток [10]. АМП не задерживаются и не накапливаются в организме, их связывают и инактивируют белки плазмы, разрушают протеазы. Антимикробные пептиды не угнетают функции иммунной системы, а обладают различными иммуномодулирующими эффектами, например свойством стимулировать активность естественных киллерных (ЕК) клеток, что может быть полезным при создании лекарственных препаратов [11]. Эти особенности выгодно отличают природные петидные соединения от классически применяемых антибиотиков [12].
Антимикробные пептиды: распространение в природе, свойства, классификация. В природе существует огромное разнообразие антимикробных пептидов, продуцируемых животными, растениями, бактериями, грибами. Антимикробные пептиды — важнейшие молекулярные факторы врожденного иммунитета, защища-
ющие организм от инфекций и развития опухолей [13]. Эти пептиды в основном состоят из 12-100 аминокислотных остатков, например протегрин-1 (PG -1) — пептид из нейтрофилов свиньи, открытый в результате совместной работы сотрудников ФГБУ «НИИЭМ» СЗО РАМН и американских исследователей из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (от лат. «protegere» — защищать), состоит из 18 аминокислотных остатков (RGGRLCYCRRRFCVCVGR) и имеет вторичную структуру бета-шпильки [14, 15].
Большинство изученных АМП имеют общий положительный заряд, то есть являются катионными молекулами. Значение общего заряда молекулы этих пептидов, представляющего разницу между количеством положительно заряженных аминокислотных остатков, преобладающим над количеством отрицательно заряженных, составляет от 2 до 9 единиц. Антимикробные пептиды амфипатичны, поскольку имеют в своем составе гидрофобные и гидрофильные группы, разобщенные в пространстве. В последние годы интенсивному изучению подвергаются АМП одноклеточных микроорганизмов, растений, насекомых и других беспозвоночных, амфибий, рыб, птиц, а также млекопитающих, включая человека. В настоящее время более 940 природных пептидов выделены и охарактеризованы [16], показана их важная роль в механизмах врожденного иммунитета [17].
Всестороннее изучение эффектов и механизмов действия АМП является одной из важнейших задач современной медицины: пато- и иммунофизиологии, биохимии, поскольку эти молекулы высокоперспективны для разработки на их основе антибактериальных препаратов нового поколения. Как известно, резистентность патогенных микроорганизмов к антибиотическим препаратам, применяемым в настоящее время, стремительно возрастает [18]. Столь же очевидно снижается количество вариантов модификации современных синтетических антибиотиков.
Для структурирования информации об АМП существуют электронные базы данных «Protein Data Bank» [19], «Defensins knowledgebase» [20], «CyBase» [21], «APD2» [22], «Antimic» [23], использование которых создает возможность предсказания биологических свойств АМП по известной первичной структуре молекулы.
Экспрессия генов антимикробных пептидов может быть как конститутивной, так и индуцибельной. На характер экспрессии влияют возбудители инфекционных заболеваний и стимуляторы воспаления, такие как провоспалительные цитокины (интерлейкин-1, факторы некроза опухолей), собственно бактерии, бактериальные молекулы, например липополисахарид (ЛПС) [24]. Некоторые из пептидов обладают выраженным антимикробным действием повсеместно, другие наиболее активны в разбавленной среде, но их активность снижается при высоких концентрациях моновалентных или дивалентных катионов, наличии протеаз, поливалентных анионов.
Являясь важными факторами врожденного иммунитета [25], АМП усиливают фагоцитоз, стимулируют выход простагландинов, нейтрализуют септический эффект ЛПС, влияют на увеличение количества и накопления иммунокомпетентных клеток в очагах воспаления [26], вызывают ангиогенез [27], индуцируют заживление ран [28]. Пептиды, выделенные из клеток млекопитающих, играют также существенную роль в развитии адаптивного иммунного ответа. Это обусловлено тем, что АМП могут являться хемоаттрактантами для моноцитов человека [29] и для Т-лимфоцитов из периферической крови человека [30]. Таким образом, накоплен-
ные к настоящему времени экспериментальные данные позволяют постулировать существенную роль АМП в развитии иммунного ответа.
Примером антимикробных пептидов, обладающих такими свойствами, являются дефенсины (от англ. «defense» — защита) [31, 32]. Они в высокой концентрации содержатся в гранулах нейтрофилов и обладают выраженным бактерицидным эффектом. Концентрация дефенсинов в гранулах нейтрофилов человека составляет около 50 мкг в 100 млн клеток [33]. В малых концентрациях дефенсины обладают иммуномодулирующими свойствами, такими как противоопухолевая активность, стимуляция клеточной пролиферации, влияние на пути сигнальной трансдукции [34, 35]. Дефенсины являются хемоаттрактантами для иммунокомпетентных клеток [36] и стимулируют экспрессию генов цитокинов и адгезионных молекул [37].
Существует несколько классификаций АМП [33, 38]:
— по происхождению (АМП бактерий, растений, животных и их синтетические структурные варианты);
— по первичной структуре (тривиальная, один пептид — одна структура);
— по первичной структуре внутри одного наименования пептида (альфа-, бета-, тета-дефенсины) [39];
— по вторичной структуре (альфа-спиральные, со структурой бета-шпильки, циклические, с невыраженной структурой) (рис. 1) [40];
— с высоким содержанием определенной аминокислоты (триптофан-богатые, пролин-богатые) [41].
v-v
VWYV
Рис. 1. Основные мотивы вторичной структуры пептидов [40]: А — смешанная структура бета-дефенсина-2 человека; В — циклический пептид та-натин; С — бета-шпилька полифемузина; В — смешанная структура дефенсина-1 кролика; Е — альфа-спиральный магейнин-2; Р — удлиненная структура индолицидина.
Эти классификации носят в некоторых случаях условный характер, поскольку, например, цекропины образуют альфа-спираль в липидных мембранах, но в водных растворах имеют беспорядочную структуру.
A
D
Следует отметить, что ряд пептидов объединен в группу кателицидинов на основании схожей прочасти их молекул-предшественниц. Название «кателицидины» происходит от гомологичного белка — ингибитора катепсина L (кателина) из лейкоцитов свиньи [42]. Основными представителями кателицидинов являются про-тегрины, дефенсины с вторичной структурой бета-шпильки; индолицидин, характеризующийся высоким содержанием аминокислоты триптофан; пептид LL-37, магей-нины, цекропины, буфорины с вторичной альфа-спиральной структурой молекулы [43].
Противомикробная активность пептидов. К настоящему времени лучше всего изучены те катионные пептиды, которые, несмотря на наличие других активностей, проявляют выраженное антимикробное действие [44]. Физико-химические характеристики, лежащие в основе антибактериальных свойств АМП, включают в себя: общий положительный заряд пептида, обеспечивающий взаимодействие с анионными липидами и другими бактериальными мишенями, гидрофобность, как необходимое свойство для встраивания АМП в мембрану бактерии, гибкость молекулы, т. е. способность пептида принимать различную конформацию в зависимости от природы окружающей среды, например водный раствор или биологическая мембрана [45]. Перечисленные свойства пептидов могут варьировать в определенном диапазоне, но все они необходимы для выполнения пептидом главной роли — взаимодействия с мембраной бактерии и достижения бактерицидного эффекта.
Структурные особенности антибактериальных пептидов. Классически ка-тионные пептиды разделяются на четыре основных класса: альфа-спиральные, со структурой бета-шпильки [46], циклические [47], с вытянутой структурой [48]. Тем не менее существуют пептиды, которые сложно отнести к одной из вышеперечисленных групп. Например, многие АМП бактерий имеют в составе два домена: альфа-спираль и бета-шпильку [49].
Для некоторых пептидов вторичная структура охарактеризована только в условиях взаимодействия с биологической мембраной. Так, индолицидин (Ind) из ней-трофилов быка не имеет определенной вторичной структуры в водном растворе, но приобретает лодкоподобную форму при встраивании в мембрану или в мембра-ноподобной среде, содержащей додецил сульфат натрия и додецил фосфорилхолин [50]. Пептид индолицидин впервые получен и охарактеризован в 1992 г. группой американских исследователей из Калифорнийского университета. Свое название индолицидин берет от двух слов: начало — от «индол», окончание — от «microbici-dal» (от латинского бактерицидный) [51].
По-видимому, пластичность вторичной структуры Ind позволяет ему взаимодействовать с разными видами молекул, в том числе с ДНК, с биологическими мембранами [52]. Одним из способов увеличения антибактериальной активности катионного пептида является изменение его гибкой вторичной структуры. На примере индолицидина показано, что при изменении его мембраноассоциированной структуры, в результате которого N и С окончания были приближены друг к другу, наблюдалось увеличение активности пептида в отношении грамотрицательной бактерии [53]. Молекулу пептида можно стабилизировать добавлением к обоим ее концам аминокислоты цистеин и затем замыканием цистеиновых связей. Другим способом видоизменения молекулы индолицидина является вставка ковалентных поперечных сшивок между аминокислотными остатками триптофана в 6-м и 9-м
положениях [54]. Оба перечисленных изменения приводят к уменьшению чувствительности пептида к воздействию протеаз и не влияют на характер его антимикробной активности.
Подобные попытки стабилизировать молекулы АМП были предприняты с гибридом цекропин-мелиттин, у которого альфа-спираль укреплялась вставкой с ко-валентной лактамной связью между двумя остатками четырех отдельных аминокислот, но антимикробная активность в одних случаях увеличивалась, в других — уменьшалась [55]. Опыты со стабилизацией спиральной структуры цекропина А также показали важность этого домена для проявления антимикробной активности в отношении E. coli [56]. В другом эксперименте установлено расширение спектра антимикробного действия пептида сакацин Р при образовании дисульфидной связи в пределах С терминального участка альфа-спирали, что привело к увеличению степени ее закрученности [49].
Модификация пептидов с целью увеличения их способности к встраиванию в биологические мембраны приводит и к повышению их стабильности в присутствии протеаз.
Антимикробная активность пептида может быть усилена или ослаблена при изменении общего заряда молекулы или ее гидрофобности. В ряде работ показано, что увеличение степени гидрофобности молекулы приводит к уменьшению селективной губительной активности пептида в отношении выбранной мишени и клеток организма хозяина [57]. В то же время обнаружено, что увеличение общего заряда молекулы до возможного максимума, который отличается у разных пептидов, не приводит к усилению антимикробной активности пептида по сравнению с его нативной формой [58]. В экспериментах по изменению свойств пептидов важно правильно подобрать баланс между его зарядом и гидрофобностью для каждого АМП.
Пептиды, объединенные по строению в одну классификационную группу, не всегда характеризуются одинаковым механизмом действия или спектром активности. Известно, что некоторые пептиды с очень похожими вторичными структурами ведут себя при взаимодействии с бактериями совершенно по-разному. Например, способность альфа-спирального мелиттина — пептида из яда пчелы — перфорировать клеточные мембраны прокариот и эукариот не характерна для молекул этого структурного класса. Например, альфа-спиральный пептид жабы буфорин проникает через мембрану клеток и влияет на интенсивность внутриклеточного синтеза макромолекул. При изучении структурных аналогов гибридного пептида церкопин-мелиттина также выявлено, что даже в том случае, когда вторичная структура пептидов одинакова, а первичные последовательности имеют минимальные различия, степень их антибактериальной активности существенно различается [59]. Концентрация пептида, при которой он увеличивает проницаемость мембран бактерий, может быть больше или меньше той концентрации пептида, которая приводит к гибели бактерий. Установлено, что на активность некоторых антибактериальных пептидов влияет степень их амфипатичности, а также наличие областей со складчатой структурой и высокой концентрацией положительно заряженных аминокислотных остатков [60].
Механизмы действия антибактериальных пептидов. На первых этапах изучения антимикробной активности катионных пептидов возникло предположение,
что единственным механизмом действия АМП является увеличение проницаемости мембраны бактерии. Однако в настоящее время появляется все больше данных, описывающих альтернативные исполнительные механизмы или наличие множественных мишеней для АМП. Общим для всех механизмов действия АМП является взаимодействие пептида с биологической мембраной [61]. Это взаимодействие инициируется появлением силы притяжения между пептидом и клеткой-мишенью. Она имеет электростатическую природу, поскольку пептид обладает общим положительным зарядом, а компоненты внешней мембраны бактерии, такие как фосфатные группы липополисахаридов грамотрицательных бактерий или липотейхоевые кислоты грамположительных микробов, заряжены отрицательно. После взаимодействия пептидов, обладающих гидрофобными свойствами, с клеточной мембраной грамотрицательной бактерии происходит их встраивание во внешнюю мембрану клетки, при контакте АМП с грамположительным микроорганизмом — в цитоплаз-матическую мембрану клетки. После встраивания в биологическую мембрану пептиды меняют свою вторичную структуру и становятся мембраноассоциированны-ми, что ведет к нарушению целостности мембраны бактерии, увеличению ее проницаемости для свободных, не связанных с мембраной клетки, молекул пептида. Такой процесс носит название «self-promoted uptake».
Преобладание отрицательно заряженных липидов на бактериальной цитоплаз-матической мембране играет важную роль для избирательного действия пептидов, тогда как эукариотические клетки несут преимущественно нейтральный заряд на своей поверхности. Процессы, происходящие на поверхности мембраны, остаются до конца не изученными. Предложено несколько основных моделей механизмов действия АМП: «склепка бочки», «ковер», «детергент», «тороидальная пора», «агрегация». Каждая из этих моделей описывает характерное взаимодействие пептида и бактериальной мембраны, приводящее либо к формированию временного канала, либо растворению, разрушению, превращению мембраны в мицеллы, что способствует дальнейшему проникновению пептида через мембрану внутрь бактериальной клетки. Независимо от характера взаимодействия пептида и биологической мембраны результатом его является проникновение пептида в цитоплазму, что достигается разрушением мембраны, хотя она может остаться и невредимой. Таким образом, механизмы действия АМП делят на мембрано-активные и мембранонеактивные. Следует учитывать, что механизмы действия пептидов на мембрану связаны с их концентрацией [62], также зависят от состава среды. Например, если среда не содержит солей, не обладает необходимой кислотностью, соответствующим физиологическим условиям, то результаты и выводы работы могут быть неточны, переоценен или недооценен мембраноактивный эффект действия изучаемого пептида.
Некоторые антибактериальные пептиды проникают в клетку бактерии, не вызывая разрушения мембраны, но приводят к гибели микроорганизма, воздействуя на жизненно важные внутриклеточные процессы [63].
Механизмы проникновения антибактериальных мембраноактивных пептидов в клетку при увеличении проницаемости ее мембраны. В последние годы предложено несколько различных моделей для объяснения того, как антибактериальные пептиды встраиваются в бактериальную мембрану и формируют в ней трансмембранные поры, приводящие к увеличению ее проницаемости [64] (рис. 2) [40].
® ® © ®
Рис. 2. Механизмы действия антибактериальных пептидов [40].
Процессы, происходящие на мембране: A — модель «агрегация». Пептиды агрегируются и охватывают мембрану, формируются мицеллообразные комплексы, состоящие из пептидов и мембран, отсутствует определенная пространственная ориентация пептидов; B — модель «тороидальная пора». Пептиды встраиваются перпендикулярно плоскости мембраны, гидрофильные области пептидов обращены к головкам липидов, гидрофобные — к хвостам, мембрана выгибается внутрь, липидный бислой огибает линию образовавшейся поры; C — модель «склепка бочки». Пептиды также встраиваются перпендикулярно плоскости мембраны и формируют как бы «склепки» у «бочки», гидрофильные участки обращены в просвет канала, гидрофобные — взаимодействуют с ли-пидным бислоем; D — модель «ковер». Пептиды агрегируются, располагаясь параллельно липидному бислою, покрывают участок мембраны как «ковер», при преодолении определенного порога концентрации пептиды ведут себя как детергент, инициирующий образование мицелл и мембранных пор.
Процессы, протекающие в цитоплазме: E — антимикробные пептиды буфорин II, плеуроцидин и дермасеп-тин ингибируют синтез ДНК и РНК в минимальной ингибирующей рост микроорганизмов концентрации (МИК), не разрушают мембрану клетки; F — пептиды индолицидин, PR-39 снижают уровень синтеза белков бактерии; G, H — пептид пирроцидин действует на активность ферментов, например АТФ-азную активность белка теплового шока DnaK. Другие пептиды ингибируют ферменты, участвующие в модификации аминогликозидов; I — влияние пептидов на формирование структурных компонентов клетки бактерии, например клеточной стенки. Лантибио-тики низин и мерсацидин ингибируют трансгликозилирование липида II, необходимого участника синтеза пеп-тидогликанов.
Ключевой характеристикой антибактериальных пептидов является амфипатич-ность. Гидрофобность обеспечивает их прямое взаимодействие с липидами биологической мембраны, при этом гидрофильные участки АМП связываются только с головками фосфолипидов или обращены в просвет поры. Процесс порообразования альфа-спиральными пептидами исследован наиболее полно, в то время как этот механизм для дефенсинов со структурой бета-шпильки остается малоизученным. Пептиды со структурой бета-шпильки могут образовывать амфифильные сгибы. Тем не менее имеющихся в литературе данных недостаточно, чтобы объяснить, к какой из перечисленных моделей можно отнести механизм действия дефенсинов.
Во всех предложенных моделях предполагается, что на первом этапе пептиды взаимодействуют преимущественно с отрицательно заряженными головками ли-пидов на поверхности мембраны микроорганизма, в результате чего они располагаются параллельно мембранной поверхности. Механизм, известный как модель «агрегация», имеет некоторые сходства с «тороидальной порой» (рис. 2 А, В). С его помощью можно объяснить увеличение проницаемости мембран вследствие формирования пор неопределенной формы, размера и времени существования, а также описать механизм проникновения через мембрану, характерный для ряда пептидов [65]. В модели «агрегация» пептиды переориентируются, агрегируют, и происходит охватывание мембраны комплексами, подобными мицеллам, состоящим из пептидов и липидов, но пептиды в мембране не имеют четко выраженной ориентации [66]. Согласно этой модели, каналы не имеют определенной формы, их сложно охарактеризовать, пептиды и их агрегаты способны спонтанно проникать через мембрану, а сама мембрана подвергается отрицательному угловому растяжению. Примером такого взаимодействия служит пептид подковообразного краба полифемузин.
В модели «тороидальная пора» (рис. 2 В) агрегаты пептидов встраиваются в мембрану в перпендикулярной ориентации относительно липидного бислоя и образуют канал. Мембрана изгибается внутрь и формирует отверстие, в центр которой повернуты головки фосфолипидов; пептиды как бы выстилают пору. Примерами пептидов, для которых характерно формирование трансмембранных пор этого вида, являются магейнины, мелиттин, LL-37 [67].
В модели «склепка бочки» (рис. 2 С), пептиды ориентированы так, как склепки в настоящей деревянной бочке — перпендикулярно плоскости мембраны. Гидрофобные участки молекул пептидов повернуты к мембране, гидрофильные — обращены в просвет образовавшейся трансмембранной поры. Канал имеет определенный размер в случае его формирования пептидами аламетицином (некатионным пептидом из гриба) и циклическим грамицидином S [68].
В отличие от других, модель «ковер» предполагает ориентирование пептидов параллельно плоскости мембраны. Агрегаты пептидов покрывают участок и образуют форму, напоминающую ковер (рис. 2 D). При увеличении концентрации пептиды действуют как детергент, вызывая образование мицелл из клочков мембраны микроорганизма. Процесс приводит к разрушению бактериальной мембраны и образованию большого сквозного отверстия. Примером пептидов с таким механизмом действия является овиспирин, структурный аналог кателицидина овцы пептид риготёоНп [69]. Для исследователя важно знать, какая из этих моделей подходит для объяснения свойств большинства пептидов, отличающихся по размеру, структуре, взаимодействующих с микроорганизмом при различных физико-химических
условиях. С помощью метода сканирующей колориметрии показано, что пептиды LL-37 [70] и полифемузин [65] могут по-разному взаимодействовать с мембраной.
Механизмы проникновения в клетку антибактериальных мембранонеак-тивных пептидов, не вызывающих увеличения проницаемости мембраны. Все
АМП взаимодействуют с цитоплазматической мембраной клетки, но мишень поражения может отличаться. В литературе представлены данные о том, что некоторые пептиды при минимальной эффективной концентрации не вызывают разрушения мембраны, не увеличивают ее проницаемости, но в то же время убивают бактерии. Описано большое число АМП, проникающих через мембрану клетки-мишени и убивающих ее посредством воздействия на жизненно важные клеточные процессы, например синтез нуклеиновых кислот, белков, компонентов клеточной стенки; пептиды также могут ингибировать активность ферментов микроорганизмов [64] (рис. 2 E-I). Так, пептид лягушки буфорин II при взаимодействии с E. соН проникает через бактериальную мембрану, не разрушая ее, но связывается с ДНК и РНК в цитоплазме [71]. Альфа-спиральные пептиды, такие как производные пептида рыбы плеуроцидина и пептида из кожи лягушки дермасептина, также вызывают ингиби-рование синтеза ДНК и РНК и при этом не разрушают мембрану клетки E. coli [63] (рис. 2 E). Ингибирующее действие на синтез нуклеиновых кислот характерно для антимикробных пептидов различных структурных классов, таких как дефенсин человека, HNP-1 со структурой бета-шпильки [72] и индолицидин быка с удлиненной, вытянутой структурой [73]. Плеуроцидин и дермасептин блокируют захват лейцина у E. coli. Пептиды PR-39 и индолицидин ингибируют синтез ряда белков клетки [74] (рис. 2 F). Показано также ингибирующее действие пролин-богатых АМП насекомых на активность клеточных ферментов. Так, пептид пирроцидин проникает в клетку и связывается с белком теплового шока DnaK, который участвует в процессе фолдинга белка. В результате происходит ингибирование АТФ-азной активности белка DnaK, нарушение принятия белками правильной конформации, накопление белков с неправильной пространственной структурой, гибель клеток [75] (рис. 2 G). Антимикробные пептиды могут воздействовать на формирование структурных элементов клетки, например клеточной стенки (рис. 2 I). Так, лантибиотик* мерсацидин влияет на синтез пептидогликанов [76, 77].
Другой вариант механизма действия характерен для пептида низина из класса лантибиотиков, который кроме формирования пор в клеточной мембране также ин-гибирует синтез клеточной стенки микроорганизма. У АМП ванкомицина схожий с мерсацидином и низином механизм действия. В последнее время обнаружены бактерии, устойчивые к воздействию ванкомицина, но по-прежнему чувствительные к низину и мерсацидину. Объяснение этому заключается в участии разных сайтов связывания пептидов с липидом II клеточной стенки [78].
Таким образом, механизм действия отдельных АМП может быть различным и зависеть от вида клетки-мишени, концентрации пептида, физических свойств бактериальной мембраны. При инфекционном процессе действие пептидов может осуществляться с участием одновременно нескольких механизмов и их комбинаций, приводящих к разрушению мембраны и поражению одной или нескольких внутри-
*Лантибиотики — класс антимикробных пептидов, характеризующийся содержанием в структуре аминокислотного остатка лантионина, а также ненасыщенных (дегидратированных) аминокислотных остатков, таких как дегидроаланин, дегидробутирин и др. [76].
клеточных мишеней. Недавно была предложена еще одна модель механизма действия — «групповая цель», согласно которой катионные АМП с высоким значением суммарного заряда молекулы связываются с анионными молекулами в цитоплазме микроорганизма, такими как нуклеиновые кислоты, ферменты с анионными поверхностями, и блокируют процессы, в которых эти молекулы участвуют [79]. Например, показано, что катионные пептиды разных структурных классов могут ингибировать активность ферментов, содержащих анионный сайт связывания и принимающих участие в преобразовании аминогликозидов [80] (рис. 2 Н).
Быстрое комплексное воздействие АМП на бактерию, ее вне- и внутриклеточные мишени делает практически невозможным появление патогенных микроорганизмов, резистентных к катионным пептидам [81].
Эффекты действия природных и синтетических катионных пептидов на защитные функции организма. Катионные пептиды из нейтрофильных гранулоци-тов обладают не только антимикробной и противогрибковой активностью, но также оказывают модулирующее действие на активность эндогенных биорегуляторов и защитных функций организма.
Известно, что возникновение заболеваний любой этиологии в большой мере определяется реактивностью организма, в том числе: степенью активности его защитных функций — врожденного и адаптивного иммунитета, а также механизмов их эндогенной регуляции. Согласованное функционирование обеих систем защиты в физиологических и патологических условиях обусловливает «качество здоровья», способность организма сопротивляться и сохранять устойчивость к воздействию неблагоприятных факторов среды [1, 82-84]. Адресное влияние на эти механизмы открывает новые пути и возможности для лечения заболеваний различной природы.
Изучение эффектов действия природных и созданных на их основе синтетических пептидов на защитные функции организма является актуальным направлением современной иммуно- и патофизиологии, открывающим перспективу разработки нового класса иммунокорригирующих и противовоспалительных препаратов.
Иммуномодулирующая активность пептидов проявляется в различных эффектах их действия на миграцию, функциональную активность и апоптоз иммуноком-петентных клеток, а также на индукцию синтеза и выделения многих медиаторов иммунного ответа. Мишенями действия пептидов являются моноциты и макрофаги, лимфоциты, нейтрофилы, а также тучные, дендритные клетки, клетки слизистого и сосудистого эпителия, кератиноциты.
Действие катионных пептидов на заживление ран. Катионные пептиды проявляют митогенную активность в отношении некоторых клеток и клеточных линий. При повреждении кожи кателицидины вырабатываются кератиноцитами эпидермиса и освобождаются мигрирующими в очаг воспаления гранулоцитами [85]. В связи с тем, что в очаге инфицирования и воспаления пептиды находятся в высокой концентрации, выдвинута гипотеза о том, что их влияние на пролиферативную активность клеток инициирует заживление ран и реэпителизацию. Эта гипотеза подтверждается экспериментальными данными. Показано, что в клетках эпидермиса, пограничного с поврежденным участком кожи, начинает продуцироваться предшественник пептида LL-37 — пептид ЬСАР-18. Когда рана заживает и реэпителизация завершается, степень экспрессии пептида ЬСАР-18 снижается до базального уровня. В исследованиях, проведенных на клетках линии эндотелия, пептид LL-37 в кон-
центрации 50 нг/мл вызывает увеличение их пролиферации [86]. В экспериментах, осуществленных в условиях in vitro, установлено, что дефенсины также являются митогенами для эпителиальных клеток, клеток линии карциномы и фибробла-стов [87, 88]. Обнаружено, что два кателицидина: пептид LL-37 человека и пептид CRAMP мыши, индуцируют ангиогенез, что необходимо для восстановления тканей и заживления ран, так же как и для развития реакций системы врожденного иммунитета [86]. Основой действия пептида LL-37 на интенсивность ангиогенеза предположительно является непосредственное его взаимодействие с эндотелиаль-ными клетками сосудов в отличие от механизмов этого процесса факторами роста. Бета-дефенсин мыши DefBD29 оказывает влияние на процесс васкулогенеза, заключающегося в дифференцировке эндотелиальных клеток из клеток-предшественниц во время формирования кровеносных сосудов [89].
Таким образом, АМП представляют собой перспективную основу для разработки препаратов, ускоряющих заживление повреждения кожи.
Антимикробные пептиды, продукция хемокинов и хемотаксис. Обнаружено сходство в биологической активности хемокинов и АМП. Так, некоторые хемоки-ны проявляют слабо выраженную противомикробную активность [90]. Существует предположение о том, что некоторые катионные пептиды появились в процессе эволюции в результате дупликации генов, кодирующих хемокины [91], что подтверждается фактами, свидетельствующими о хемотаксической активности некоторых катионных пептидов, к которым относятся природные пептиды альфа-дефенсины HNP1 и HNP2, индуцирующие хемотаксис Т-клеток in vitro [30]. В других работах показано, что пептиды HNP1-3 вызывают хемотаксис незрелых дендритных клеток и наивных клеток [92]. Бета-дефенсины HBD1 и HBD2 проявляют свойства хемо-аттрактантов для незрелых дендритных клеток и Т-клеток памяти [93], а пептид HBD2 — кроме того, и хемотаксическую активность в отношении нейтрофилов человека, обработанных фактором некроза опухоли (ФНО)-альфа. Пептид LL-37 также проявляет себя как хемоаттрактант для тучных клеток крыс [94], мононуклеар-ных клеток мыши и нейтрофилов [30], а также нейтрофилов, моноцитов и Т-клеток человека [95].
Известно, что катионные пептиды опосредованно усиливают хемотаксис путем воздействия на продукцию хемокинов различными клетками, включая эпителиальные клетки и моноциты. Например, пептиды альфа-дефенсины HNP1-3 индуцируют выход ИЛ-8 из клеток легочного эпителия и их линий, а также продукцию ИЛ-1^ и экспрессию гена ИЛ-8 в этих клетках [96].
Пептид LL-37 индуцирует освобождение MCP-1 и ИЛ-8 из макрофагов мыши и клеток линии бронхиального эпителия соответственно [97], а также транскрипцию генов хемокинов ИЛ-8, MCP-1, MCP-3 и выход ИЛ-8 из моноцитов периферической крови человека [98].
Приведенные данные указывают на то, что катионные пептиды, содержащиеся в гранулах нейтрофилов, являются важными факторами хемотаксиса, способствующими инфильтрации клеток при реакциях как врожденного, так и адаптивного иммунного ответа.
Противовоспалительная активность пептидов. Известно, что природные АМП LL-37 и его предшественник hCAP-18 связывают липотейхоевые кислоты (ЛТК) бактерий и тем самым уменьшают ЛТК-индуцированную продукцию макро-
фагами провоспалительных цитокинов, таких как ФНО-альфа, ИЛ-6 [99]. Катион-ные пептиды подавляют выделение оксида азота моноцитами и макрофагами, что способствует предотвращению гибели организма от избытка цитокинов [100]. Пептид LL-37 блокирует ряд ЛПС-индуцированных реакций, таких как спазмирование стенок аорты и освобождение оксида азота [101].
Сходные эффекты выявлены у природного пептида индолицидина и его синтетических аналогов, в структуре которых пролин заменен на лизин: эти пептиды индуцируют супрессию продукции оксида азота и синтез мРНК синтазы оксида азота в клетках линии RAW264.7 макрофагов мыши, стимулированных ЛПС [102]. Продемонстрировано также ингибирующее действие синтетических триптофан-богатых пептидов с различным содержанием аминокислотных остатков лейцина и аргинина на ЛПС-индуцированный синтез мРНК синтазы оксида азота и выделение оксида азота клетками RAW264.7. Известно, что триптофан-богатые пептиды в бактерицидной концентрации активно связывают ЛПС [103].
При использовании моделей экспериментально-индуцированного воспаления и сепсиса у животных показаны ингибирующие эффекты пептида LL-37 в отношении продукции провоспалительных цитокинов и инфильтрации тканей лейкоцитами, а также уменьшение летальности [104]. Кателицидин человека пептид LL-37 также вызывает подавление эндотоксемии и развития сепсиса у животных. При низких физиологических концентрациях (менее 1 мкг/мл) LL-37 модулирует процесс воспаления, ингибируя выделение провоспалительного цитокина ФНО-альфа из ЛПС-стимулированных моноцитов человека, что обусловлено его ингибирующим влиянием на активность экспрессии специфических провоспалительных генов, активированных ядерным фактором транскрипции NF kappa B в присутствии ЛПС, включая NF kappa B1 (p105/p50) и ФНО-альфа-индуцированный протеин 2 (TNFAIP2) [105].
В совокупности приведенные данные указывают на потенциальную возможность применения пептидов в качестве лекарственных средств нового поколения, сочетающих антимикробную и противоспалительную активность.
Эффекты действия пептидов на функциональную активность клеток иммунной системы. В настоящее время складывается представление о том, что АМП модулируют активность функций клеток иммунной системы, которые, в свою очередь, также выделяют некоторые из этих пептидов. Так, известно, что моноциты и макрофаги выделяют дефенсины или кателицидины при их стимулировании ЛПС или провоспалительными медиаторами. Стимулированные моноциты и макрофаги секретируют факторы неустановленной природы, которые, в свою очередь, индуцируют освобождение катионных пептидов эпителиальными клетками и кератино-цитами [106]. Пептиды LL-37 и дефенсины, индуцирующие хемотаксис, также изменяют функциональную активность моноцитов и макрофагов [92]. Установлено, что катионные пептиды являются индукторами продукции хемокинов моноцитами [98]. Представляет интерес тот факт, что пептиды HNP1-3, предположительно посредством индуцирования выделения хемокинов, предотвращают репликацию ВИЧ в моноцитах и макрофагах [107]. Катионные пептиды также могут усиливать про-воспалительные реакции. Например, пептид LL-37 активирует процессинг провос-палительного цитокина ИЛ-1^ и его выделение ЛПС-индуцированными моноцитами крови человека [108].
Малоизученным остается вопрос о возможном влиянии АМП на активность ЕК-клеток — первого барьера противовирусной и противоопухолевой защиты организма. Так, однозначно не установлена роль дефенсинов в модуляции цитотоксично-сти ЕК-клеток. В одних работах выявлено, что ЕК-индуцированный цитолиз трансформированных клеток линии KN62 уменьшается в присутствии пептидов HNP1-3 и является дозозависимым, а агонисты Толл-подобных рецепторов 2-го и 5-го типов (TLR2 и TLR5) индуцируют выделение дефенсинов HNP1-3 из EK-клеток, которое значительно усиливается в присутствии других цитокинов, обнаруженных в очаге воспаления [109]. Обработка ЕК-клеток HNP1-3 уменьшает экспрессию маркеров этих клеток CD 16 и CD56 [110]. В других исследованиях установлено, что моно-нуклеарные клетки периферической крови, обработанные зимозаном, выделяют сериновые протеазы и HNP, усиливающие цитотоксичность ЕК-клеток. Причем HNP1 наиболее выраженно увеличивает ЕК-обусловленный цитолиз пораженных и опухолевых клеток [111].
Функциональная активность тучных клеток также изменяется под действием АМП. Так, пептиды LL-37 и HBD2 являются хемоаттрактантами для тучных клеток крыс [94], а природные пептиды человека LL-37, HBD2, а также HNP1-3 и их гомологи, полученные от кроликов и морских свинок, индуцируют освобождение гиста-мина тучными клетками [112].
Антимикробные пептиды взаимодействуют также с эпителиальными клетками. Так, катионные пептиды дефенсины нейтрофилов крови человека индуцируют пролиферацию эукариотических клеток эпителия [88] и увеличивают продукцию хемо-кинов, например ИЛ-8 в клетках A549 линии легочного эпителия и клетках бронхиального эпителия [113]. Пептид LL-37 стимулирует интенсивность сигнальной трансдукции в моноцитах крови человека [98].
Помимо противоспалительной активности пептидов, в ряде исследований, в которых катионные пептиды применялись в качестве эндогенных адъювантов in vivo, продемонстрирована их иммуностимулирующая роль. Классической моделью для изучения адаптивного иммунного ответа является иммунизация животных антигеном овальбумином. Показано, что интраназальное введение экспериментальным животным овальбумина совместно с альфа-дефенсинами человека HNP1-3 приводит к увеличению продукции антител класса IgG, специфичных к овальбумину, и количества овальбумин-специфичных CD4 позитивных Т-клеток, продуцирующих ИФН-гамма, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-10 [114, 115]. Результаты этих исследований свидетельствуют об адъювантном действии альфа-дефенсинов, изменяющих реакцию организма на овальбумин и способствующих реализации иммунного ответа с участием Т-хелперов различных типов. Так, бета-дефенсины HBD1 и HBD2, как и альфа-дефенсин HNP1, синтетический пептид KLKL5KLK, являются эффективными адъювантами. В условиях in vitro природный пептид индолицидин в сочетании с пептидами CpG и полифосфазеном усиливают секрецию ФНО-альфа, ИЛ-12р40 и ИЛ-6 дендритными клетками костного мозга. Замена в аминокислотной последовательности индолицидина аминокислоты пролин на аргинин приводит к увеличению эффективности пептида в качестве адъюванта, повышению титра антител IgG1, IgG2a и концентрации в крови ИФН-гамма, как и усилению взаимодействия пептида с антиген-презентирующими клетками [116].
Таким образом, АМП могут быть использованы для стимуляции иммунного ответа и коррекции нарушенных функций иммунной системы.
Выраженный интерес к биологической активности АМП обусловлен не только значимостью этих исследований для фундаментальной науки, но и поиском путей создания новых антибиотических препаратов, поскольку многие существующие антибиотики утрачивают эффективность и микроорганизмы становятся нечувствительными к их действию.
Антимикробные пептиды помимо их антимикробной активности при меньших концентрациях модулируют функции иммунной системы. С другой стороны, интенсивность продукции АМП регулируется определенными цитокинами. Катионные пептиды принимают участие в реализации как врожденного, так и адаптивного иммунитета. Продукция ряда АМП, в частности кателицидинов, у человека контролируется кальцитриолом через VDR-рецепторы [117].
Широко изученные АМП (более 940) представлены в специализированных электронных базах данных и классифицированы по строению, происхождению и другим признакам.
Антимикробное действие пептидов проявляется в результате электростатического взаимодействия положительно заряженной молекулы пептида с отрицательно заряженными компонентами клеточной мембраны микроорганизма. Несмотря на избирательность действия, некоторые природные АМП вызывают также разрушение эритроцитов и других эукариотических клеток, что явилось основанием для создания синтетических молекул с более высокой избирательной активностью — увеличением антимикробных свойств, повышением устойчивости к действию протеаз и снижением эффектов действия на эукариотические клетки.
Механизмы действия АМП на бактериальную клеточную мембрану хорошо изучены. В их основе — электростатическое взаимодействие положительно заряженных молекул пепетида с отрицательно заряженными компонентами клеточной мембраны, характерными для микроорганизмов, такими как липополисахарид, ли-потейхоевые кислоты и другие молекулярные паттерны. Также необходимым качеством пептидов для проявления их свойств является амфипатичность. АМП благодаря гиброфобным участкам легко встраиваются в биологическую мембрану, удерживаются в ней, формируют упорядоченную пору или обширную брешь, образуют мицеллы.
Пластичность пептидов — изменение пространственной структуры в зависимости от состава окружающей среды — обеспечивает возможность достижения ими внутриклеточных мишеней и последующее ингибирование компонентов синтеза клеточной стенки, нуклеиновых кислот, активности ферментов.
Многие пептиды действуют на микроорганизм комплексно в зависимости от нескольких факторов, например концентрации пептида, поэтому при описании характеристик этих пептидов используют понятие «множественная цель».
При нарушении целостности кожных покровов АМП способствуют заживлению ран: стимулируют активность пролиферации эндотелиальных клеток и клеток эпителия.
Во время инфекционного процесса проявляется хемотаксическая активность ряда пептидов в отношении иммунокомпетентных клеток, а также регуляторные свойства АМП на продукцию хемокинов этими клетками.
При развитии сепсиса противовоспалительная активность катионных пептидов имеет несколько механизмов реализации: они связывают и инактивируют ЛПС, подавляют выделение моноцитами оксида азота.
Пептиды играют важную роль в модулировании интенсивности иммунного ответа, влияя на активность клеток иммунной системы. Так, моноциты продуцируют пептиды, которые, в свою очередь, активируют процессинг и выделение ИЛ-1 бета, продукцию хемокинов, хемотаксис. При моделировании опухолевого процесса в эксперименте АМП влияют на активность ЕК-клеток, увеличивая их цитотоксич-ность.
Иммуностимулирующая функция АМП позволяет использовать их в перспективе в качестве эффективных адъювантов.
Таким образом, антимикробные пептиды обладают широким спектром биологической активности. АМП с оптимальными антимикробными и иммуномодули-рующими свойствами являются перспективными антибиотическими молекулами и корректорами защитных функций. Изучение молекулярно-клеточных механизмов действия катионных пептидов открывает возможности разработки на их основе синтетических лекарственных препаратов нового поколения.
Литература
1. Корнева Е. А., Новикова Н. С., Шаинидзе К. З., Перекрест С. В. Взаимодействие нервной и иммунной систем. Молекулярно-клеточные аспекты. СПб.: Наука, 2012. 173 с.
2. Rybakina E. G., Shanin S. N., Korneva E. A. Cellular, molecular and signalling mechanisms in neuro-immune interactions under stress // Advances in Neuroimmune Biology. 2012. Vol. 3. P. 235-241.
3. Jarczak J., Kosciuczuk E. M., Lisowski P. et al. Defensins: natural component of human innate immunity // Hum. Immunol. 2013. Vol. 74(9). P. 1069-1079.
4. Korneva E. A., Rybakina E. G., Kokryakov V. N. et al. Interleukin-1 and defensins in thermoregulation, stress and immunity // Annals of NY Acad. Sci. 1997. Vol. 812. P. 465-474.
5. McGwire B. S., Kulkarni M. M. Interactions of antimicrobial peptides with Leishmania and trypano-somes and their functional role in host parasitism // Exp. Parasitol. 2010. Vol. 126, N 3. P. 397-405.
6. Jin G., Kawsar H. I., Hirsch S. A., Zeng C. et al. An Antimicrobial Peptide Regulates Tumor-Associated Macrophage Trafficking via the Chemokine Receptor CCR2, a Model for Tumorigenesis // PLoS One. 2010. Vol. 5, N 6. P. 1-14.
7. Шамова О. В., Орлов Д. С., Овчинникова Т. В. и др. Антимикробные пептиды из лейкоцитов русского осетра (acipenser guldenstadti) // Фундаментальные исследования. 2006. № 1. C. 10-13.
8. Korneva E. A., Kokryakov V. N. Defensins: antimicrobial peptides with a broad spectrum of biological activity // Neuroimmune Biology. 2003. Vol. 3. P. 451-462.
9. Шамова О. В., Орлов Д. С., Пазина Т. Ю. и др. Изучение молекулярно-клеточных основ ци-тотоксического действия пептидов на опухолевые клетки // Фундаментальные исследования. 2012. № 15 (часть 1). С. 207-2012.
10. Orlov D. S., Nguyen T., Lehrer R. I. Potassium release, а useful tool for studying antimicrobial peptides // J. Microbiol. Methods. 2002. Vol. 49, N 3. P. 325-328.
11. Chernysh S., Irina K., Irina A. Anti-tumor activity of immunomodulatory peptide alloferon-1 in mouse tumor transplantation model // Int. Immunopharmacol. 2012. Vol. 12, N 1. P. 312-314.
12. Mercer D. K., O'Neil D. A. Peptides as the next generation of anti-infectives // Future Med. Chem. 2013. Vol. 5(3). P. 315-337.
13. YeungA. T., Gellatly S. L., Hancock R. E. Multifunctional cationic host defence peptides and their clinical applications // Cell. Mol. Life Sci. 2011. Vol. 68(13). P. 2161-2176.
14. Kokryakov V. N., Harwig S. S. L., Panyutich E. A. et al. Protegrins: leukocyte antimicrobial peptides that combine features of corticostatic defensins and tachyplesins // FEBS Lett. 1993. N 327. P. 231-236.
15. Артамонов А. Ю., Шамова О. В., Кокряков В. Н. и др. Мембраноселективные структурные варианты протегрина-1 // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3: Биология. 2008. Вып. 3. С. 80-86.
16. Wang G., Li X., Wang Z. APD2: the updated antimicrobial peptide database and its application in peptide design // Nucleic Acids Research. 2009. Vol. 37. P. D933-D937.
17. Marr A. K., Gooderham W. J., Hancock R. E. Antibacterial peptides for therapeutic use: obstacles and realistic outlook // Curr. Opin Pharmacol. 2006. Vol. 6(5). P. 468-472.
18. Чаттерджи П., Флек Ф. Мобилизация политической воли для сдерживания развития устойчивости к противомикробным препаратам // Бюллетень Всемирной организации здравоохранения.
2011. Вып. 89, № 3. С. 168-169.
19. Velankar S., Alhroub Y., Alili A. et al. PDBe: Protein Data Bank in Europe // Nucl. Acids Res. 2011. Vol. 39, N 1. P. D402-D410.
20. Seebah S., Suresh A., Zhuo S. et al. Defensins knowledgebase: a manually curated database and information source focused on the defensins family of antimicrobial peptides // Nucleic Acids Res. 2007. N 35. P. D265-D268.
21. Wang C. K., Kaas Q., Chiche L., Craik D. J. CyBase: a database of cyclic protein sequences and structures, with applications in protein discovery and engineering // Nucleic Acids Res. 2008. Vol. 36. P. D206-210.
22. Wang G., Li X., Wang Z. APD2: the updated antimicrobial peptide database and its application in peptide design // Nucleic Acids Res. 2009. Vol. 37. P. D933-D937.
23. Brahmachary M., Krishnan S. P. T., Koh J. L. Y. et al. ANTIMIC: a database of antimicrobial sequences // Nucleic Acids Res. 2004. N 32. P. D586-D589.
24. Cunliffe R. N., Mahida Y. R. Expression and regulation of antimicrobial peptides in the gastrointestinal tract // J. Leukoc. Biol. 2004. N 75. P. 49-58.
25. Bowdish D. M., Davidson D. J., Hancock R. E. A re-evaluation of the role of host defence peptides in mammalian immunity // Curr. Protein Pept. Sci. 2005. Vol. 6. P. 35-51.
26. Greer A., Zenobia C., Darveau R. P. Defensins and LL-37: a review of function in the gingival epithelium // Periodontol 2000. 2013. Vol. 63(1). P. 67-79.
27. Wong J. H., Ye X. J., Ng T. B. Cathelicidins: peptides with antimicrobial, immunomodulatory, antiinflammatory, angiogenic, anticancer and procancer activities // Curr. Protein Pept. Sci. 2013. Vol. 14(6). P. 504-514.
28. Ямщикова Е. В., Орлов Д. С., Пазина Т. Ю. и др. Влияние антимикробного пепетида бактене-цина 5 и его укороченных фрагментов на пролиферацию фибробластов кожи человека и на процесс заживления ран у экспериментальных животных // Современные проблемы науки и образования.
2012. №3. URL: http://www.science-education.ru/103-6127
29. Kurosaka K., Chen Q., Yarovinsky F. et al. Receptor and Acts as an Immune Adjuvant Formyl Peptide Receptor-Like 2 as the Formyl Peptide Receptor-Like 1/Mouse Peptide Chemoattracts Leukocytes Using Mouse Cathelin-Related Antimicrobial // J. Immunol. 2005. Vol. 174. P. 6257-6265.
30. Chertov O., Michiel D. F., Xu L. et al. Identification of defensin-1, defensin-2, and CAP37/azurocidin as T-cell chemoattractant proteins released from interleukin-8-stimulated neutrophils // J. Biol. Chem. 1996. N 71. P. 2935-2940.
31. Ganz T., Selstedt M. E., Szklarek D. Defensins. Natural peptide antibiotics of human neutrophils // J. Clin. Invest. 1985. Vol. 76. P. 1427-1435.
32. Williams W. M., Torres S., Siedlak S. L. et al. Antimicrobial peptide beta-defensin-1 expression is up-regulated in Alzheimer's brain // J. Neuroinflammation. 2013. Vol. 10(1). P. 1-11.
33. Кокряков В. Н. Очерки о врожденном иммунитете. СПб.: Наука, 2006. 261 с.
34. Kamysz W., Okroj M., Lukasiak J. Novel properties of antimicrobial peptides // Acta Biochimica Po-lonica. 2003. Vol. 50, N 2. P. 461-469.
35. Oppenheim J. J., Biragyn A., Kwak L. W., Yang D. Roles of antimicrobial peptides such as defensins in innate and adaptive immunity // Ann Rheum Dis. 2003. Vol. 62, N 2. P. 17-21.
36. Soruri A., Grigat J., Forssmann U. et al. beta-Defensins chemoattract macrophages and mast cells but not lymphocytes and dendritic cells: CCR6 is not involved // Eur. J. Immunol. 2007. Vol. 37(9). P. 2474-2486.
37. Chaly Y. V., Paleolog E. M., Kolesnikova T. S. et al. Neutrophil a-defensin human neutrophil peptide modulates cytoline production in human monocytes and adhesion molecule expression in endothelial cells // European Cytokine Network. 2000. Vol. 11, N 2. P. 257-266.
38. Falla T. J., Karunaratne D. N., Hancock R. E. W. Mode of action of the antimicrobial peptide indolici-din // The journal of biological chemistry. 1996. Vol. 271, N 32. P. 19298-19303.
39. Stegemann C., Knappe D., Hoffmann R. et al. Isolation, purification and de novo sequencing of tbd-1, the first beta-defensin from leukocytes of reptiles // Proteomics. 2009. Vol. 9, N 5. P. 1364-1373.
40. Jenssen H., Hamill P., Hancock R. E. W. Peptide antimicrobial agents // Clinical microbiology reviews. 2006. Vol. 19 (3). P. 491-511.
41. Shamova O., Orlov D., Kokryakov V. et al. Chbac3.4: a novel proline-rich antimicrobial peptide from goat leukocytes // International journal of peptide research and therapeutics. 2009. Vol. 15, N 1. P. 31-42.
42. Hook V., Funkelstein L., Wegrzyn J. et al. Cysteine Cathepsins in the secretory vesicle produce active peptides: Cathepsin L generates peptide neurotransmitters and cathepsin B produces beta-amyloid of Alzheimer's disease // Biochim. Biophys. Acta. 2012. Vol. 1824(1). P. 89-104.
43. Kamysz W., Okroj M., Lukasiak J. Novel properties of antimicrobial peptides // Acta Biochimica Po-lonica. 2003. Vol. 50, N 2. P. 461-469.
44. Faber C., Stallmann H. P., Lyaruu D. M. et al. Comparable efficacies of the antimicrobial peptide human lactoferrin 1-11 and gentamicin in a chronic methicillin-resistant Staphylococcus aureus osteomyelitis model // Antimicrob. Agents Chemother. 2005. Vol. 49. P. 2438-2444.
45. Hancock R. E., Patrzykat A. Clinical development of cationic antimicrobial peptides: from natural to novel antibiotics // Curr. Drug. Targets Infect. Disord. 2002. Vol. 2. P. 79-83.
46. Jin Y., Hammer J., Michelle P. et al. Antimicrobial Activities and Structures of Two Linear Cationic Peptide Families with Various Amphipathic b-Sheet and a-Helical Potentials // Antimicrob. Agents Chemother. 2005. Vol. 49(12). P. 4957-4964.
47. Sunkara L. T., Zeng X., Curtis A. R., Zhang G. Cyclic AMP synergizes with butyrate in promoting p-defensin 9 expression in chickens // Mol. Immunol. 2013. Vol. 57(2). P. 171-180.
48. Kim S. M., Kim J. M., Joshi B. P. et al. Indolicidin-derived antimicrobial peptide analogs with greater bacterial selectivity and requirements for antibacterial and hemolytic activities // Biochim. Biophys. Acta. 2009. Vol. 1794(2). P. 185-192.
49. Uteng M., Hauge H. H., Markwick P. R. et al. Three-dimensional structure in lipid micelles of the pediocin-like antimicrobial peptide sakacin P and a sakacin P variant that is structurally stabilized by an inserted C-terminal disulfide bridge // Biochemistry. 2003. Vol. 42. P. 11417-11426.
50. Rozek A., Friedrich C. L., Hancock R. E. Structure of the bovine antimicrobial peptide indolici-din bound to dodecylphosphocholine and sodium dodecyl sulfate micelles // Biochemistry. 2000. Vol. 39. P. 15765-15774.
51. Selstedt M. E., Novotny M. J., Morris W. L. et al. Indolicidin, a novel bactericidal tridecapeptide amide from neutrophils // J. Biol.Chem. 1992. Vol. 267, N 7. P. 4292-4295.
52. Hsu C. H., Chen C., Jou M. L. et al. Structural and DNA-binding studies on the bovine antimicrobial peptide, indolicidin: evidence for multiple conformations involved in binding to membranes and DNA // Nucleic. Acids Res. 2005. Vol. 33. P. 4053-4064.
53. Rozek A., Powers J. P., Friedrich C. L., Hancock R. E. Structurebased design of an indolicidin peptide analogue with increased protease stability // Biochemistry. 2003. Vol. 42. P. 14130-14138.
54. Osapay K., Tran D., Ladokhin A. S. et al. Formation and characterization of a single Trp-Trp crosslink in indolicidin that confers protease stability without altering antimicrobial activity // J. Biol. Chem. 2000. Vol. 275. P. 12017-12022.
55. Houston M. E., Kondejewski L. H., Karunaratne D. N. et al. Influence of preformed alpha-helix and alpha-helix induction on the activity of cationic antimicrobial peptides // J. Pept. Res. 1998. Vol. 52. P. 81-88.
56. Fu H., Bjorstad A., Dahlgren C., Bylund J. A bactericidal cecropin-A peptide with a stabilized alpha-helical structure possess an increased killing capacity but no proinflammatory activity // Inflammation. 2004. Vol. 28. P. 337-343.
57. Zelezetsky I., Pag U., Sahl H. G., Tossi A. Tuning the biological properties of amphipathic alpha-helical antimicrobial peptides: rational use of minimal amino acid substitutions // Peptides. 2005. Vol. 26. P. 23682376.
58. Dathe M., Wieprecht T. Structural features of helical antimicrobial peptides: their potential to modulate activity on model membranes and biological cells // Biochim. Biophys. Acta. 1999. Vol. 1462. P. 71-87.
59. Friedrich C. L., Moyles D., Beveridge T. J., Hancock R. E. Antibacterial action of structurally diverse cationic peptides on gram-positive bacteria // Antimicrob. Agents Chemother. 2000. Vol. 44. P. 2086-2092.
60. Powers J. P., Rozek A., Hancock R. E. Structure-activity relationships for the beta-hairpin cationic antimicrobial peptide polyphemusin I // Biochim. Biophys. Acta. 2004. Vol. 1698. P. 239-250.
61. Hancock R. E., Rozek A. Role of membranes in the activities of antimicrobial cationic peptides // FEMS Microbiol. Lett. 2002. Vol. 206. P. 143-149.
62. Zhang L., Rozek A., Hancock R. E. Interaction of cationic antimicrobial peptides with model membranes // J. Biol. Chem. 2001. Vol. 276. P. 35714-35722.
63. Patrzykat A., Friedrich C. L., Zhang L. et al. Sublethal concentrations of pleurocidin-derived antimicrobial peptides inhibit macromolecular synthesis in Escherichia coli // Antimicrob. Agents Chemother. 2002. Vol. 46. P. 605-614.
64. Brogden K. A. Antimicrobial peptides: pore formers or metabolic inhibitors in bacteria? // Nat. Rev. Microbiol. 2005. Vol. 3. P. 238-250.
65. Powers J. P., Tan A., Ramamoorthy A., Hancock R. E. Solution structure and interaction of the antimicrobial polyphemusins with lipid membranes // Biochemistry. 2005. Vol. 44. P. 15504-15513.
66. Imura Y., Choda N., Matsuzaki K. Magainin 2 in action: distinct modes of membrane permeabilization in living bacterial and mammalian cells // Biophys. J. 2008. Vol. 95(12). P. 5757-5765.
67. Krauson A. J., He J., Wimley W. C. Determining the mechanism of membrane permeabilizing peptides: identification ofpotent, equilibrium pore-formers // Biochim. Biophys. Acta. 2012. Vol. 1818(7). P. 1625-1632.
68. Spaar A., Munster C., Salditt T. Conformation ofpeptides in lipid membranes studied by x-ray grazing incidence scattering // Biophys. J. 2004. Vol. 87. P. 396-407.
69. Alfred R. L., Palombo E. A., Panozzo J. F., Bhave M. The antimicrobial domains of wheat puroindolines are cell-penetrating peptides with possible intracellular mechanisms of action // PLoS One. 2013. Vol. 8(10). P. e75488.
70. Henzler-Wildman K. A., Lee D. K., Ramamoorthy A. Mechanism of lipid bilayer disruption by the human antimicrobial peptide LL-37 // Biochemistry. 2003. Vol. 42. P. 6545-6558.
71. Hao G., Shi Y. H., Tang Y. L., Le G. W. The intracellular mechanism of action on Escherichia coli of BF2-A/C, two analogues of the antimicrobial peptideBuforin 2 // J. Microbiol. 2013. Vol. 51(2). P. 200-206.
72. Sharma S., Khuller G. DNA as the intracellular secondary target for antibacterial action of human neutrophil peptide-I against Mycobacterium tuberculosis H37Ra // Curr. Microbiol. 2001. Vol. 43(1). P. 74-76.
73. Marchand C., Krajewski K., Lee H. F. et al. Covalent binding of the natural antimicrobial peptide in-dolicidin to DNA abasic sites // Nucleic. Acid. Res. 2006. Vol. 34(18). P. 5157-5165.
74. Anbanandam A., Albarado D. C., Tirziu D. C. et al. Molecular basis for proline- and arginine-rich peptide inhibition of proteasome // J. Mol. Biol. 2008. Vol. 384(1). P. 219-227.
75. Kragol G., Lovas S., Varadi G. et al. The antibacterial peptide pyrrhocoricin inhibits the ATPase actions of DnaK and prevents chaperone-assisted protein folding // Biochemistry. 2001. Vol. 40. P. 3016-3026.
76. Dawson M. J., Scott R. W. New horizons for host defense peptides and lantibiotics // Curr. Opin. Pharmacol. 2012. Vol. 12 (5). P. 545-550.
77. Islam M. R., Nagao J., Zendo T., Sonomoto K. Antimicrobial mechanism of lantibiotics // Biochem. Soc. Trans. 2012. Vol. 40(6). P. 1528-1533.
78. Kruszewska D., Sahl H. G., Bierbaum G. et al. Mersacidin eradicates methicillin-resistant Staphylococ-cus aureus (MRSA) in a mouse rhinitis model // J. Antimicrob. Chemother. 2004. Vol. 54. P. 648-653.
79. Powers J. P., Hancock R. E. The relationship between peptide structure and antibacterial activity // Peptides. 2003. Vol. 24. P. 1681-1691.
80. Boehr D. D., Draker K. A., Koteva K. et al. Broad-spectrum peptide inhibitors of aminoglycoside antibiotic resistance enzymes // Chem. Biol. 2003. Vol. 10. P. 189-196.
81. Steckbeck J. D., Deslouches B., Montelaro R. C. Antimicrobial peptides: new drugs for bad bugs? // Expert Opin Biol. Ther. 2013. [epub ahead of print]
82. Рыбакина Е. Г., Корнева Е. А. Физиологическая роль интерлейкина-1 в механизмах развития стрессорной реакции // Медицинский академический журнал. 2002. Т. 2, № 2. С. 4-17.
83. Рыбакина Е. Г., Шанин С. Н., Фомичева Е. Е. и др. Нарушения взаимодействия иммунной и ней-роэндокринной систем при стрессе, синдроме хронической усталости и способы их коррекции // Медицинский академический журнал. 2010. Т. 10, № 4. С. 161-175.
84. Novikova N. S., Kazakova T. B., Korneva E. A., Rogers V. Expression of the c-fos gene in spinal cord and brain cells in rats subjected to stress in conditions of exposure to various types of halothane anesthesia // Neuroscience and behavioral physiology. 2004. Vol. 34, N 4. P. 407-412.
85. Dorschner R. A., Pestonjamasp V. K., Tamakuwala S. et al. Cutaneous injury induces the release of cat-helicidin anti-microbial peptides active against group A Streptococcus // J. Invest. Dermatol. 2001. Vol. 117. P. 91-97.
86. Koczulla R., Degenfeld G., Kupatt C. et al. An angiogenic role for the human peptide antibiotic LL-37/ hCAP-18 // J. Clin. Investig. 2003. N 111. P. 1665-1672.
87. Murphy C. J., Foster B. A., Mannis M. J. et al. Defensins are mitogenic for epithelial cells and fibroblasts // J. Cell. Physiol. 1993. Vol. 155, N 2. P. 408-413.
88. Nishimura M., Abiko Y., Kurashige Y. et al. Effect of defensin peptides on eukaryotic cells: primary epithelial cells, fibroblasts and squamous cell carcinoma cell lines // J. Dermatol. Sci. 2004. Vol. 36. P. 87-95.
89. Conejo-Garcia J. R., Benencia F., Courreges M. C. et al. Tumor-infiltrating dendritic cell precursors recruited by a betadefensin contribute to vasculogenesis under the influence of Vegf-A // Nat. Med. 2004. Vol. 10. P. 950-958.
90. Hieshima K., Ohtani H., Shibano M. et al. CCL28 has dual roles in mucosal immunity as a chemokine with broad-spectrum antimicrobial activity // J. Immunol. 2003. Vol. 170. P. 1452-1461.
91. Yang D., Biragyn A., Kwak L. W., Oppenheim J. J. Mammalian defensins in immunity: more than just microbicidal // Trends Immunol. 2002. N 23. P. 291-296.
92. Yang D., Chen Q., Chertov O., Oppenheim J. J. Human neutrophil defensins selectively chemoattract naive T and immature dendritic cells // J. Leukoc. Biol. 2000a. Vol. 68. P. 9-14.
93. Yang D., Chertov O., Bykovskaia S. N. et al. Beta-defensins: linking innate and adaptive immunity through dendritic and T cell CCR6 // Science. 1999. Vol. 286. P. 525-528.
94. Niyonsaba F., Iwabuchi K., Someya A. et al. A cathelicidin family of human antibacterial peptide LL-37 induces mast cell chemotaxis // Immunology. 2002. Vol. 106. P. 20-26.
95. Yang D., Chen Q., Schmidt A. P. et al. LL-37, the neutrophil granule- and epithelial cell-derived cathelicidin, utilizes formyl peptide receptor-like 1 (FPRL1) as a receptor to chemoattract human peripheral blood neutrophils, monocytes, and T cells // J. Exp. Med. 2000. Vol. 192. P. 1069-1074.
96. Sakamoto N., Mukae H., Fujii T. et al. Differential effects of alpha- and betadefensin on cytokine production by cultured human bronchial epithelial cells // Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. 2005. Vol. 288. P. L508-L513.
97. Scott M. G., Davidson D. J., Gold M. R. et al. The human antimicrobial peptide LL-37 is amultifunc-tionalmodulator of innateimmune responses // J. Immunol. 2002. Vol. 169. P. 3883-3891.
98. Bowdish D. M. E., Davidson D. J., Speert D. P., Hancock R. E. W. The Human cationic peptide LL-37 induces activation of the extracellular signal-regulated kinase and p38 kinase pathways in primary human monocytes // J. Immunol. 2004. Vol. 172. P. 3758-3765.
99. Ruan Y., Shen T., Wang Y. et al. Antimicrobial peptide LL-37 attenuates LTA induced inflammatory effect in macrophages // Int. Immunopharmacol. 2013. Vol. 15(3). P. 575-580.
100. Wei L., Yang J., He X. et al. Structure and function of a potent lipopolysaccharide-binding antimicrobial and anti-inflammatory peptide // J. Med. Chem. 2013. Vol. 56(9). P. 3546-3556.
101. Ciornei C. D., Egesten A., Bodelsson M. Effects of humancathelicidin antimicrobial peptide LL-37 on lipopolysaccharide-induced nitric oxide release from rat aorta in vitro // Acta Anaesthesiol. Scand. 2003. Vol. 47. P. 213-220.
102. Nan Y. H., Bang J-K., Song Y. S. Design of novel indolicidin-derived antimicrobial peptides with enhanced cell specificity and potent anti-inflammatory activity // Peptides. 2009. Vol. 30. P. 832-838.
103. Park K. H., Nan Y. H., Park Y. et al. Cell specificity, anti-inflammatory activity, and plausible bactericidal mechanism of designed Trp-rich model antimicrobial peptides // Biochimica et Biophysica Acta. 2009. Vol. 1788. P. 1193-1203.
104. Ohgami K., Ilieva I. B., Shiratori K. et al. Effect of human cationic antimicrobial protein 18 peptide on endotoxin-induced uveitis in rats // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2003. Vol. 44. P. 4412-4418.
105. Mookherjee N., Brown K. L., Bowdish D. M. et al. Modulation of the TLR-Mediated Inflammatory Response by the Endogenous Human Host Defense Peptide LL-37 // J. Immunol. 2006. Vol. 176, N 4. P. 24552464.
106. Liu L., Roberts A. A., Ganz T. By IL-1 signaling, monocyte-derived cells dramatically enhance the epidermal antimicrobial response to lipopolysaccharide // J. Immunol. 2003. Vol. 170. P. 575-580.
107. Guo C. J., Tan N., Song L. et al. Alpha-defensins inhibit HIV infection ofmacrophages through up-regulation of CC-chemokines // Aids. 2004. Vol. 18. P. 1217-1218.
108. Elssner A., Duncan M., Gavrilin M., Wewers M. D. A novel P2X7 receptor activator, the human cathelicidin-derived peptide LL37, induces IL-1 beta processing and release // J. Immunol. 2004. Vol. 172. P. 4987-4994.
109. Chalifour A., Jeannin P., Gauchat J. F. et al. Direct bacterial protein PAMP recognition by human NK cells involves TLRs and triggers alpha-defensin production // Blood. 2004. Vol. 104. P. 1778-1783.
110. Zhang K., Lu Q., Zhang Q., Hu X. Regulation of activities of NK cells and CD4 expression in T cells by human HNP-1, -2, and -3 // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2004. Vol. 323. P. 437-444.
111. Lala A., Lindemann R. A., Miyasaki K. T. The differential effects of polymorphonuclear leukocyte secretion on human natural killer cell activity // Oral. Microbiol. Immunol. 1992. Vol. 7. P. 89-95.
112. Niyonsaba F., Someya A., Hirata M. et al. Evaluation of the effects of peptide antibiotics human beta-defensins-1/-2 and LL-37 on histamine release and prostaglandin D(2) production frommast cells // Eur. J. Immunol. 2001. Vol. 31. P. 1066-1075.
113. van Wetering S., Tjabringa G. S., Hiemstra P. S. Interactions between neutrophil-derived antimicrobial peptides and airway epithelial cells // J. Leukoc. Biol. 2005. Vol. 77(4). P. 444-450.
114. Tani K., Murphy W. J., Chertov O. et al. Defensins act as potent adjuvants that promote cellular and humoral immune responses in mice to a lymphoma idiotype and carrier antigens // Int. Immunol. 2000. Vol. 12. P. 691-700.
115. Hilchie A. L., Wuerth K., Hancock R. E. Immune modulation by multifaceted cationic host defense (antimicrobial) peptides // Nat. Chem. Biol. 2013. Vol. 9(12). P. 761-768.
116. Kovacs-Nolan J., Latimer L., Landi A. et al. The novel adjuvant combination of CpG ODN, indolicidin and polyphosphazene induces potent antibody- and cell-mediated immune responses in mice // Vaccine. 2009. Vol. 27, N 14. P. 2055-2064.
117. Беляева И. В., Николаев А. В., Чурилов Л. П., Яблонский П. К. Кателицидины, витамин D и туберкулез // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 11. 2013. Вып. 3. С. 3-18.
Статья поступила в редакцию 16 декабря 2013 г.
Контактная информация
Артамонов Александр Юрьевич — кандидат биологических наук; auartamonov@bk.ru
Рыбакина Елена Георгиевна — доктор биологических наук; rybakina@VK5270.spb.edu
Орлов Дмитрий Сергеевич — кандидат медицинских наук; ds-orlov@yandex.ru
Корнева Елена Андреевна — доктор медицинских наук, профессор, академик РАМН; korneva@VK5270.spb.edu
Artamonov Aleksandr Yu. — Candidate of Biological Sciences; auartamonov@bk.ru Rybakina Elena G. — Doctor of Medical Science; rybakina@VK5270.spb.edu Orlov Dmitry S. — Candidate of Medical Sciences; ds-orlov@yandex.ru Korneva Elena A. — Doctor of Medical Science, Professor, Academician of RAMS; korneva@VK5270.spb.edu
