防御素是由29个～54个氨基酸残基组成的小分子肽，具有广泛的生物学活性。防御素分子可以直接作用并杀死细菌、真菌和病毒等病原微生物，除此之外，防御素还具有细胞毒、免疫调节以及创伤和神经损伤的修复等多种生物学活性。文章概述了防御素的分子结构特征、分布、生物学活性及国内外研究概况。
1、防御素的分类
防御素是一
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防御素是由29个～54个氨基酸残基组成的小分子肽，具有广泛的生物学活性。防御素分子可以直接作用并杀死细菌、真菌和病毒等病原微生物，除此之外，防御素还具有细胞毒、免疫调节以及创伤和神经损伤的修复等多种生物学活性。文章概述了防御素的分子结构特征、分布、生物学活性及国内外研究概况。
1、防御素的分类
防御素是一
类在生物界广泛存在的小分子抗菌肽。它的特点是由29个～54个氨基酸残基组成，包括6个～8个保守的半胱氨酸，并通过半胱氨酸分子间二硫键使肽环形成反向平行的β-片状结构，有的防御素（如昆虫和植物防御素）还含有一个α-螺旋结构。根据其分子内半胱氨酸的位置和连接方式、前体性质及表达位置的差异可分为α-防御素、β-防御素、θ-防御素、昆虫防御素和植物防御素5种类型。
2、防御素的分子特征
成熟的防御素是一类分子质量为3.5 KD～6 KD的非糖基多肽，一般富含精氨酸，带正电荷，有6个～8个保守的半胱氨酸残基，且它们在分子内形成二硫键，分子内二硫键对于维持防御素结构的稳定性具有重要作用，并且是防御素抗微生物活性和细胞毒效应的重要结构基础。
2.1 α-防御素
2. 2 β-防御素
成熟的β-防御素是由38个～42个氨基酸残基组成，其分子内包含在特定位置上的6个保守的半胱氨酸和其他一些决定β-防御素结构和功能的保守氨基酸如G10，G25，T26，但与α-防御素不同的是6个半胱氨酸形成的3对二硫键的连接位置不同，β-防御素分子中二硫键是由Cys1-Cys5，Cys2- Cys4，Cys3-Cys6方式连接[1]。
2.3 θ-防御素
θ-防御素是最新发现的一类防御素，其成熟肽是由18个氨基酸残基组成，其分子结构呈环行，也含有3对二硫键，它是在成熟肽加工过程中由其前原肽RTD1a和RTD1b的成熟肽部分截短后连接形成[2]。
2.4 昆虫防御素
成熟的昆虫防御素大多由34个～43个氨基酸残基组成。昆虫防御素一个明显的分子特征是其分子链中在Cys-3与Cys-4之间有3个保守的Gly（G）残基。此外，它们分子内的3对二硫键配对也与α-和β-防御素截然不同，分别为Cys-1-Cys-4，Cys-2-Cys-5，Cys-3-Cys-6。
2.5 植物防御素
植物防御素由45个～54个氨基酸残基组成，含有4对二硫键，二硫键的配对连接方式为Cys-1-Cys-8，Cys-2-Cys-5，Cys-3 -Cys-6，Cys-4-Cys-7，其中3 个二硫键形成的位置是处于整条多肽链的疏水核心。
3、防御素的分布
3.1 α-防御素
在人的小肠隐窝潘氏细胞内发现有两种α-防御素HD-5～6，它们储存于小肠潘氏细胞颗粒内，另外发现HD-5还存在于健康女性的阴道和子宫颈阴道部，以及发炎的输卵管内和发炎大肠的潘氏细胞内。在小鼠小肠潘氏细胞内发现至少有19种α-防御素，又称隐窝素（cryptdins），其中Cryptdin-1~6的肽被纯化为同性质的物质，其余的肽由于其产量很少而未得到纯化产物。在恒河猴的小肠潘氏细胞内发现有6种α-防御素，即RED-1～6[5]。在正常大鼠小肠潘氏细胞中未发现有α-防御素的表达，但在出血性休克的大鼠小肠潘氏细胞内发现有α-防御素表达，称RD-5。通过原位杂交、免疫荧光定位和抗原抗体免疫反应试验证明小鼠、恒河猴、人的小肠潘氏细胞α-防御素存在于潘氏细胞分泌颗粒内和肠腺的隐窝腔内，从而证明小肠潘氏细胞α-防御素的释放是通过潘氏细胞脱颗粒而实现的。所以，小肠潘氏细胞α-防御素可以通过冲洗小肠肠腔而得到。
3.2 β-防御素
1991年Diamond首次从牛的气管内发现了另外一种防御素，分子内亦含有6个保守的半胱氨酸残基, 但6个保守的半胱氨酸形成的3个链内二硫键的连接方式与α-防御素有所不同, 因此命名为β-防御素。
发现β-防御素主要分布于人、鼠、牛、羊、猪、骆驼及鸡和火鸡的多种器官上皮细胞内，此外，在牛和鹿的中性粒细胞以及鸡和火鸡的异嗜性白细胞内也有β-防御素的分布。
在绵羊体内发现有两种β-防御素存在，即sBD-1～2，通过RT-PCR检测显示sBD-1 mRNA表达较广，即在气管和整个消化道都有sBD-1 mRNA表达，而sBD-2的mRNA只表达于舌和远端回肠。在山羊体内也发现两种β-防御素，即GBD-1～2，GBD-1主要分布于舌和呼吸道，GBD-2分布于整个肠道。
企鹅的β-防御素Sphe-1和Sphe-2存在于企鹅的胃内，其浓度在食物储存期比消化期明显增高。所以企鹅在食物缺乏期其胃内容物可保存至少两周不变质。这表明Sphe-1和Sphe-2在企鹅的胃内容物中起到抗微生物的作用。
从以上可以看出，α-防御素主要参与哺乳动物全身和小肠的防御功能，而β-防御素主要保护哺乳动物和禽类上皮细胞和黏膜免受感染
3.3 θ-防御素
θ-防御素仅发现存在于恒河猴的中性粒细胞和单核细胞胞质颗粒内。
3.4 昆虫防御素
昆虫防御素大量存在于昆虫血淋巴液中，该类防御素主要是通过对昆虫脂肪体的病变方式（如细菌感染）被诱导产生并在昆虫血淋巴液中分泌。至今已在昆虫纲中发现了30多种防御素，这些昆虫包括双翅目、膜翅目、毛翅目、半翅目、蜻蜓目。
3.5 植物防御素
植物防御素首先是从小麦和大麦谷物中被抽提得到的。植物防御素大多来源于单子叶和双子叶植物种子，在某些植物叶片、马铃薯块茎和豌豆荚中也分离到该类防御素。植物防御素在植物体内常常定位于病原菌最先接触的部位或入口，如外缘细胞层，或者是病菌扩展的通道, 这与其生物学功能是相一致的。
4 防御素的生物学活性
4.1 抗细菌作用
昆虫缺乏获得性免疫系统的成分，所以，作为先天性免疫的防御素就显得尤为重要。其抗菌机制可以概括为：首先带正电荷的防御素分子以单体的形式与靶细胞膜带负电荷的磷脂头部结合，呈“地毯”状散布于靶细胞膜表面，这样就中和了磷脂的阴离子性，从而破坏了磷脂双分子层的完整性，引起靶细胞膜出现裂隙，允许离子和大分子物质通过靶细胞膜，最终使靶细胞死亡[15]。
4.2 抗真菌作用
4.3 抗病毒作用
4.4 细胞毒作用
4.5 其他生物活性
5 展望
2、防御素的分子特征
成熟的防御素是一类分子质量为3.5 KD～6 KD的非糖基多肽，一般富含精氨酸，带正电荷，有6个～8个保守的半胱氨酸残基，且它们在分子内形成二硫键，分子内二硫键对于维持防御素结构的稳定性具有重要作用，并且是防御素抗微生物活性和细胞毒效应的重要结构基础。
2.1 α-防御素
2. 2 β-防御素
成熟的β-防御素是由38个～42个氨基酸残基组成，其分子内包含在特定位置上的6个保守的半胱氨酸和其他一些决定β-防御素结构和功能的保守氨基酸如G10，G25，T26，但与α-防御素不同的是6个半胱氨酸形成的3对二硫键的连接位置不同，β-防御素分子中二硫键是由Cys1-Cys5，Cys2- Cys4，Cys3-Cys6方式连接[1]。
2.3 θ-防御素
θ-防御素是最新发现的一类防御素，其成熟肽是由18个氨基酸残基组成，其分子结构呈环行，也含有3对二硫键，它是在成熟肽加工过程中由其前原肽RTD1a和RTD1b的成熟肽部分截短后连接形成[2]。
2.4 昆虫防御素
成熟的昆虫防御素大多由34个～43个氨基酸残基组成。昆虫防御素一个明显的分子特征是其分子链中在Cys-3与Cys-4之间有3个保守的Gly（G）残基。此外，它们分子内的3对二硫键配对也与α-和β-防御素截然不同，分别为Cys-1-Cys-4，Cys-2-Cys-5，Cys-3-Cys-6。
2.5 植物防御素
植物防御素由45个～54个氨基酸残基组成，含有4对二硫键，二硫键的配对连接方式为Cys-1-Cys-8，Cys-2-Cys-5，Cys-3 -Cys-6，Cys-4-Cys-7，其中3 个二硫键形成的位置是处于整条多肽链的疏水核心。
3、防御素的分布
3.1 α-防御素
在人的小肠隐窝潘氏细胞内发现有两种α-防御素HD-5～6，它们储存于小肠潘氏细胞颗粒内，另外发现HD-5还存在于健康女性的阴道和子宫颈阴道部，以及发炎的输卵管内和发炎大肠的潘氏细胞内。在小鼠小肠潘氏细胞内发现至少有19种α-防御素，又称隐窝素（cryptdins），其中Cryptdin-1~6的肽被纯化为同性质的物质，其余的肽由于其产量很少而未得到纯化产物。在恒河猴的小肠潘氏细胞内发现有6种α-防御素，即RED-1～6[5]。在正常大鼠小肠潘氏细胞中未发现有α-防御素的表达，但在出血性休克的大鼠小肠潘氏细胞内发现有α-防御素表达，称RD-5。通过原位杂交、免疫荧光定位和抗原抗体免疫反应试验证明小鼠、恒河猴、人的小肠潘氏细胞α-防御素存在于潘氏细胞分泌颗粒内和肠腺的隐窝腔内，从而证明小肠潘氏细胞α-防御素的释放是通过潘氏细胞脱颗粒而实现的。所以，小肠潘氏细胞α-防御素可以通过冲洗小肠肠腔而得到。
3.2 β-防御素
1991年Diamond首次从牛的气管内发现了另外一种防御素，分子内亦含有6个保守的半胱氨酸残基, 但6个保守的半胱氨酸形成的3个链内二硫键的连接方式与α-防御素有所不同, 因此命名为β-防御素。
发现β-防御素主要分布于人、鼠、牛、羊、猪、骆驼及鸡和火鸡的多种器官上皮细胞内，此外，在牛和鹿的中性粒细胞以及鸡和火鸡的异嗜性白细胞内也有β-防御素的分布。
在绵羊体内发现有两种β-防御素存在，即sBD-1～2，通过RT-PCR检测显示sBD-1 mRNA表达较广，即在气管和整个消化道都有sBD-1 mRNA表达，而sBD-2的mRNA只表达于舌和远端回肠。在山羊体内也发现两种β-防御素，即GBD-1～2，GBD-1主要分布于舌和呼吸道，GBD-2分布于整个肠道。
企鹅的β-防御素Sphe-1和Sphe-2存在于企鹅的胃内，其浓度在食物储存期比消化期明显增高。所以企鹅在食物缺乏期其胃内容物可保存至少两周不变质。这表明Sphe-1和Sphe-2在企鹅的胃内容物中起到抗微生物的作用。
从以上可以看出，α-防御素主要参与哺乳动物全身和小肠的防御功能，而β-防御素主要保护哺乳动物和禽类上皮细胞和黏膜免受感染
3.3 θ-防御素
θ-防御素仅发现存在于恒河猴的中性粒细胞和单核细胞胞质颗粒内。
3.4 昆虫防御素
昆虫防御素大量存在于昆虫血淋巴液中，该类防御素主要是通过对昆虫脂肪体的病变方式（如细菌感染）被诱导产生并在昆虫血淋巴液中分泌。至今已在昆虫纲中发现了30多种防御素，这些昆虫包括双翅目、膜翅目、毛翅目、半翅目、蜻蜓目。
3.5 植物防御素
植物防御素首先是从小麦和大麦谷物中被抽提得到的。植物防御素大多来源于单子叶和双子叶植物种子，在某些植物叶片、马铃薯块茎和豌豆荚中也分离到该类防御素。植物防御素在植物体内常常定位于病原菌最先接触的部位或入口，如外缘细胞层，或者是病菌扩展的通道, 这与其生物学功能是相一致的。
4 防御素的生物学活性
4.1 抗细菌作用
昆虫缺乏获得性免疫系统的成分，所以，作为先天性免疫的防御素就显得尤为重要。其抗菌机制可以概括为：首先带正电荷的防御素分子以单体的形式与靶细胞膜带负电荷的磷脂头部结合，呈“地毯”状散布于靶细胞膜表面，这样就中和了磷脂的阴离子性，从而破坏了磷脂双分子层的完整性，引起靶细胞膜出现裂隙，允许离子和大分子物质通过靶细胞膜，最终使靶细胞死亡[15]。
4.2 抗真菌作用
4.3 抗病毒作用
4.4 细胞毒作用
4.5 其他生物活性
5 展望