(一)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用
1、防御素與口腔黏膜疾病的關(guān)系
作為機體天然免疫的重要組成部分,防御素家族在口腔黏膜宿主防御及免疫應(yīng)答過程中發(fā)揮著重要作用,與多種口腔黏膜疾?。谇粷?、扁平苔蘚、白斑及口腔念珠菌病等)關(guān)系密切?,F(xiàn)今關(guān)于這方面的研究尚處于起步階段,主要以體外實驗為主,其作用機制也多為推測,而有關(guān)防御素在體內(nèi)的具體作用、有無毒性或其他不良反應(yīng)等方面的研究甚少,還需進一步全面多層次的研究探討,以闡明防御素在口腔黏膜疾病發(fā)生發(fā)展過程中的具體作用及其機制,為口腔黏膜疾病防治提供新的策略。
2、防御素與炎癥性腸病的關(guān)系
克羅恩病(CD)是一種嚴(yán)重的腸道慢性炎癥性疾病,病變部位可發(fā)生于消化道的任何部位,病變形式多樣,其發(fā)病是遺傳因素與環(huán)境因素共同作用的結(jié)果。腸道防御素是機體抵御外源性致病因子的重要屏障,而克羅恩病患者腸道防御素表達水平卻存在著較大差異?;啬c段病變的克羅恩病患者,回腸潘氏細(xì)胞防御素HD-5、HD-6 的表達較正常人和非回腸段病變克羅恩病患者明顯降低,這種變化與 NOD2(nucleotide oligomerization domain)基因突變密切相關(guān);結(jié)腸組織活檢發(fā)現(xiàn)無 NOD2 基因突變的克羅恩病患者結(jié)腸組織HD-5、HD-6 的表達水平反而增高,而 HD-5、HD-6 水平降低將影響腸道黏膜的天然屏障作用,導(dǎo)致黏膜細(xì)菌附著引發(fā)進一步損害。 以往認(rèn)為潰瘍性結(jié)腸炎(UC)在歐美國家比較多見,但近年來中國文獻報道的病例數(shù)也顯著增多。UC 病變主要累及結(jié)腸,正常人結(jié)腸黏膜很少表達 HD-5 和 HD-6,而UC 患者結(jié)腸上皮細(xì)胞中 HD-5 和 HD-6 mRNA 的表達水平顯著高于正常人,且 HD-6 的表達還具有特異性,即在非感染性的結(jié)腸炎組織中表達并不明顯。HBD-1 在腸道上皮細(xì)胞呈持續(xù)性表達,且不受外界因子影響,具有基礎(chǔ)防御功能。但應(yīng)用實時 PCR 技術(shù)檢測發(fā)現(xiàn) UC 和克羅恩病結(jié)腸黏膜組織 HBD-1 基因表達水平均有所降低,這將可能促使腸道黏膜抗菌活性下降,從而導(dǎo)致細(xì)菌入侵機體引發(fā)炎癥反應(yīng)。在 UC 患者的病變結(jié)腸組織中,HBD-2 可被誘導(dǎo)性表達,而 HBD-3 的表達水平和 HBD-2 存在一定的相關(guān)性,其在 UC 時表達亦有明顯增加。此外,HBD-4 mRNA的表達水平在 UC 腸上皮細(xì)胞中也明顯增高。 慢性阻塞性肺部疾病(COPD)是一種以氣道受限為特征的慢性氣道炎癥性疾病,患病率及病死率均較高,其中呼吸道感染是COPD 發(fā)病及加劇的一個重要因素。HBD-2 與呼吸系統(tǒng)疾病關(guān)系緊密,在肺部黏膜防御中具有重要作用。研究證實,HBD-2 的產(chǎn)生或作用被抑制后,機體將發(fā)生肺部感染,據(jù)此推測人為補充外源性防御素可能會阻止細(xì)菌的定植和感染的發(fā)生。已有研究證實,重組 HBD-2 對肺損傷具有保護作用,可減少綠膿桿菌感染大鼠肺組織的菌落數(shù)。COPD 患者存在氣道、肺實質(zhì)和肺血管炎癥,而肺上皮細(xì)胞中高表達的 HBD-2 能通過對肺部炎癥因子的調(diào)節(jié),阻止全身性炎癥反應(yīng)(SIRS)甚至多器官功能衰竭(MODS)的發(fā)生發(fā)展。此外,重組 HBD-2 還可調(diào)控膿毒癥誘發(fā)的肺組織細(xì)胞的過度凋亡,從而減輕肺組織損傷,保護肺功能。
4、防御素的臨床藥用研究
防御素抗菌譜廣泛,作用機理特殊,微生物不宜產(chǎn)生抗藥性,因此具有很大的藥用潛力。2008年,全球首個防御素藥物(PMX-30063)在加拿大完成一期臨床試驗,其對十余種耐藥菌效果顯著。針對金黃色葡萄球菌引起的急性細(xì)菌性皮膚感染這一適應(yīng)癥目前已經(jīng)完成Ⅱ期臨床研究。它通過直接靶向細(xì)菌細(xì)胞膜而達到殺菌的目的,不產(chǎn)生耐藥性,從而有望解決日漸增多的細(xì)菌耐藥性問題。 (二)在食品工業(yè)中的應(yīng)用
防御素具有良好的熱穩(wěn)定性,作為食品防腐劑可用于熱加工食品的防腐保鮮,此外,它還可被用于防止巴氏殺菌后的再污染。 抗生素添加劑的使用嚴(yán)重破壞了動物腸道的微生態(tài)平衡,藥物殘留也影響了畜產(chǎn)品的品質(zhì)和人類健康,而來源于哺乳動物的防御素相對分子質(zhì)量較小,熱穩(wěn)定性和水溶性均較好,可以在腸道內(nèi)吸收。由于防御素屬于多肽成分,在體內(nèi)容易被蛋白酶降解為氨基酸,動物采食后在體內(nèi)一般無殘留。利用基因工程方法生產(chǎn)環(huán)保型防御素飼料添加劑或通過日糧添加,都可調(diào)控防御素基因的表達并實現(xiàn)其功效,如減少死胎、木乃伊及殘疾;提高初生重及仔豬出生均勻度;提高仔豬斷奶重、斷奶成活率,降低哺乳期仔豬發(fā)病率;降低哺乳母豬發(fā)病率,減少母、仔豬各種應(yīng)激;改善母豬亞健康和繁殖障礙,延長母豬使用年限;提高保育豬成活率,降低發(fā)病率;提高保育豬日增重、降低料肉比;改善免疫抑制,提高免疫應(yīng)答能力,抗體水平更整齊。 (四)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用
防御素在農(nóng)業(yè)中可用于農(nóng)作物抗病育種研究,該研究主要是寄希望建立防御素生物反應(yīng)器,大量生產(chǎn)并提純防御素蛋白,以便培育抗性新品種。已有研究者將兔防御素 NP-1轉(zhuǎn)入小麥植株,田間抗病蟲鑒定結(jié)果顯示小麥對于白粉病、葉銹和條銹病的抗性均有較大提高。而將兔防御素 NP-1基因構(gòu)建至植物表達載體中獲得轉(zhuǎn)基因番茄植株的抗病實驗結(jié)果表明,其對番茄青枯病具有抗性,為番茄的抗病育種工作奠定了基礎(chǔ)。