Природные полипептидные антибиотики

Естественные полипептидные антибиотики обладают бактерицидными свойствами в отношении грамотрицательных и грамположительных бактерий, а также некоторых грибков и вирусов. Большая их часть воздействует на чужеродные объекты в микромолярных концентрациях. Естественные полипептидные антибиотики могут вступать в контакт с консервативными анионными (несущими отрицательный заряд) структурами фосфолипидов микробных мембран либо с поверхностно расположенным липополисахаридами (LPS). В основе их литической активности лежит способность формировать множественные ионные каналы. Связывание природных антибиотиков с консервативными (редко мутирующими) структурами мишеней обеспечивает высокую и стабильную чувствительность бактерий к их воздействию. Эта особенность естественных антибиотиков вызывает большой интерес.

В настоящее время ряд фармацевтических компаний предпринимают шаги, направленные на получение искусственных аналогов естественных полипептидных антибиотиков.

 

Виды природных полипептидных антибиотиков

Дефензины

α-Дефензины

α-Дефензины — это основной компонент первичных гранул человеческих нейтрофилов. Их доля составляет 5% всех белков нейтрофила и приблизительно 40% протеинов азурофильной гранулы. Это низкомолекулярные (3-4 kDa) катионные протеины с повышенным содержанием аргинина и цистеина. У человека известно:

4 лейкоцитарных (human neutrophil peptide — HNP):

• HNP-1,
• HNP-2,
• HNP-3,
• HNP-4;

2 кишечных α-дефензина (human defensin — HD):

• HD-5,
• HD-6.

 

β-Дефензины

β-Дефензины несколько больше по молекулярному весу α-дефензинов и считаются их эволюционными предшественниками. Они не обнаружены в человеческих лейкоцитах. Вместе с тем у людей присутствие b-дефензинов зафиксировано в эпителиальных клетках дыхательных путей:

• hβ-дефензин-1,
• hβ-дефензин-2.

Общей особенностью строения дефензинов является β-складчатая структура полипептидной цепи и наличие в молекуле трех дисульфидных связей.

 

Кателицидины

Кателицидины обладают меньшим числом «-S-S-мостиков» или не содержат их совсем. В нейтрофилах человека обнаружен пока единственный представитель этого семейства природных антибиотиков. Его рабочее название LL-37/hCAP-18. Протеин имеет a-спиральную структуру лишен дисульфидных связей. Он содержится в специфических гранулах в виде неактивной формы hCAP-18. После каталитического отщепления С-концевого пептида hCAP-18 превращается в LL-37 — молекулу, обладающую литическим потенциалом. Для такой активации необходимо присутствие нейтральных сериновых протеаз, расположенных в азурофильных гранулах. Таким образом, LL-37 может появиться только в результате слияние первичных и вторичных гранул нейтрофила или одномоментной секреции их содержимого во внеклеточное пространство.

 

Бактерицидный протеин, повышающий проницаемость микробной стенки

Бактерицидный протеин, повышающий проницаемость микробной стенки (BPI — bactericidal permeability-increasing protein). Катионный белок с молекулярной массой 59 kDa, присутствующий в нейтрофилах и эозинофилах. Способен связывать LPS, расположенный на поверхности грамотрицательных бактерий, и вызывать летальное увеличение проницаемости их мембран. Таким образом, протеин проявляет антибиотическую активность главным образом в отношении грамотрицательной микрофлоры. Известно, что бактерицидный эффект нейтрофильного экстракта в отношении E. coli почти полностью определяется присутствием BPI. BPI имеет высокую степень структурного родства с LPS-связывающим протеином сыворотки крови. Есть позитивный опыт клинического применения рекомбинантой формы BPI в качестве эндотоксин-нейтрализующего фактора при лечении больных сепсисом, вызванным грамотрицательными бактериями.

 

Серпроцидины

Серпроцидины — семейство нейтральных сериновых протеаз. В нейтрофилах оно представлено эластазой, азуроцидином, протеиназой 3 и катепсином G. Это родственные (гомология составляет 30-70%) катионные гликопротеины с молекулярной массой 23-36 kDa. Структурно они имеют сходство с гранзимами цитотоксических Т-лимфоцитов. Серпроцидины, располагающиеся в азурофильных гранулах нейтрофилов, обладают широким спектром микробицидной активности (грамположительные и грамотрицательные бактерии, грибки). Вместе с тем следует подчеркнуть, что антибактериальные эффекты этой группы пептидов не связаны непосредственно с их протеазной активностью.

 

Изолированная эластаза

Изолированная эластаза имеет довольно слабые антимикробные свойства. Но она способна проявлять синергизм в бактерицидных эффектах других серпроцидинов, а также активировать кателицидины. Являясь ферментом, эластаза способна разрушать соединительную ткань, что обеспечивает движение нейтрофила за пределами сосудистого русла. Это свойство может иметь негативную сторону при развитии таких патологических процессов, как системное воспаление, артриты, эмфизема.

 

Протеиназа 3

Протеиназа 3 известна также как антиген, против которого вырабатываются аутоантитела ANCA-C (anti-neutrophil cytoplasm antigen С) при гранулематозе Вегенера. Как и эластаза, участвует в патогенезе эмфиземы легких. Обладает широким спектром бактерицидной активности: грамнегативные (E.coli) и грампозитивные (Streptococcus faecalis) бактерии, грибки ( Candida albicans).

 

Азуроцидин

Азуроцидин не является ферментом, хотя имеет 70% гомологии с эластазой. Подобно BPI способен связывать и нейтрализовать бактериальный эндотоксин. Проявляет синергизм с эластазой в антибактериальных эффектах в отношении микробов ротовой полости.

 

Катепсин G

Катепсин G среди серпроцидинов обладает наиболее выраженной бактерицидной активностью. Имеет высокую степень родства с лимфоцитарным гранзимом В. В разрушении микробов реализует энзимзависимые и энзимнезависимые механизмы.

Важнейшим свойством природных антибиотиков является их способность выступать в роли связующего звена между врожденным и адаптивным иммунитетом. Так, дефензины человеческих нейтрофилов индуцируют миграцию в очаг воспаления моноцитов, незрелых дендритных клеток наивных (CD4⁺/CD45RA) Т-лимфоцитов и предшественников цитотоксических (CD8⁺) Т-клеток. Кроме того, дефензины способны существенно усиливать гуморальный иммунный ответ на антиген.

Следует также отметить участие нейтральных сериновых протеаз в регуляции обмена цитокинов. Серпроцидины нейтрофилов конвергируют в зоне воспаления образование из предшественников биологически активных TNF-α, IL-1β, IL-18. Вместе с тем они стимулируют синтез и секрецию IL-8 эпителиальными и эндотелиальными клетками. При высоких концентрациях провоспалительных цитокинов сериновые протеазы нейтрофилов вызывают их разрушение (TNF-α, IL-1β, IL-2, IL-6), инактивируют соответствующие клеточные рецепторы. Эластаза и протеиназа 3 могут индуцировать противовоспалительный эффект также путем высвобождения TGF-β из его комплекса с TGF-связывающим протеином. Таким образом, совершенно очевидно, что роль катионных белков нейтрофилов не ограничивается их уникальными бактерицидными эффектами. Она значительно шире и включает в себя многогранное участие в развитии воспалительного процесса.

Среди других природных полипептидных антибиотиков следует отметить:

• лизоцим,
• лактоферрин,
• витамин В12-связывающий протеин.

 

Лизоцим

Лизоцим (фермент мурамидаза) — негликозилированный протеин (молекулярная масса 14 kDa), специфически расщепляющий пептидогликаны микробной клеточной стенки, что приводит к повышению проницаемости мембраны и осмотическому лизису грамположительных бактерий. Кроме того, лизоцим способен разрушать хитиновый слой грибковых клеток и вызывать их гибель. В нейтрофилах белок локализован как в азурофильных, так и в специфических гранулах. В свободном состоянии лизоцим присутствует в сыворотке крови и большинстве биологических секретов. Высоки его концентрации в слюне и слезной жидкости.

 

Лактоферрин

Для пролиферации бактерий необходим определенный уровень ионов железа (не менее 10-18 М). Их доступность может быть ограничена железосвязывающими белками — трансферрином и лактоферрином. Лактоферрин (80 kDa) имеет высокую (выше, чем у трансферрина) аффинность к Fe⁺⁺. Именно это качество определяет его бактериостатические свойства. Лактоферрин расположен в специфических гранулах нейтрофила. Он также содержится в грудном молоке, слезной жидкости, слюне, кишечном секрете. В желудочно-кишечном тракте под влиянием пепсина от лактоферрина отщепляется пептид (25 аминокислот) лактоферрицин, обладающий бактерицидной активностью.

 

Витамин В₁₂-связывающий протеин

Подобно лактоферрину действует еще один белок специфических гранул нейтрофилов — витамин В₁₂-связывающий протеин. Он «конфискует» у бактерий необходимый для их размножения цианкобаламин — витамина B₁₂. Действие протеина — бактериостатическое.