Ludzka katelicydyna LL-37

Perinatologia, Neonatologia i Ginekologia, tom 5, zeszyt 4, 206-211, 2012
Ludzka katelicydyna LL-37 – białko przeciwmikrobowe i jego rola
w układzie odporności wrodzonej u noworodków
MALWINA KUŹNIAK, MARTA SZYMANKIEWICZ
Streszczenie
Białka i peptydy przeciwmikrobowe są ważną częścią systemu odporności wrodzonej. Stanowią one pierwszą linię
obrony organizmu przed drobnoustrojami chorobotwórczymi: bakteriami, wirusami i grzybami. Ich obecność stwierdza
się już w okresie prenatalnym w płynie owodniowym oraz mazi płodowej pokrywającej skórę płodu i noworodka.
Częściowo są one pochodzenia matczynego (transport przezłożyskowy), a częściowo są produkowane przez płód i noworodka
w odpowiedzi na stan zapalny błon płodowych. Niniejsza praca skupia się na charakterystyce jednego z białek
antymikrobowych – ludzkiej katelicydyny LL37/hCAP18. Katelicydyna jest magazynowana w formie nieaktywnej
w ziarnistościach leukocytarnych, a jej gen ulega ekspresji w komórkach nabłonkowych, szczególnie w narządach
o dużej powierzchni mającej bezpośredni kontakt ze środowiskiem zewnętrznym (układ oddechowy, przewód pokarmowy).
Oprócz niszczącego działania na komórki mikroorganizmów, posiada ona również właściwości chemotaktyczne
wobec leukocytów, komórek T, mastocytów, indukuje różnicowanie komórek dendrytycznych, supresję apoptozy
neutrofilów, angiogenezę, gojenie ran. Poprzez to jest czynnikiem łączącym odporność wrodzoną i nabytą. Na podstawie
badań przeprowadzonych w populacji noworodków ludzkich stwierdzono, że jest ona białkiem indukowalnym,
produkowanym nawet przez noworodki przedwcześnie urodzone, w odpowiedzi na zakażenie. Konieczne są dalsze
badania, aby określić możliwości stymulowania syntezy katelicydyny i innych białek przeciwmikrobowych w ciążach
zagrożonych porodem przedwczesnym lub ewentualnej podaży egogennych peptydów o właściwościach odpornościowych.
Słowa kluczowe: noworodek, ludzka katelicydyna, odporność wrodzona
Układ odpornościowy człowieka składa się z dwóch
podstawowych części: odporności wrodzonej i nabytej.
Odporność wrodzona jest to pierwsza linia obrony organizmu
gospodarza, która zależy od barier anatomicznych
(skóra i błony śluzowe) oraz fizjologicznych (np. niskie pH
skóry i soku żołądkowego, temperatura głęboka ciała),
a także od obecności specyficznych enzymów (lizozym)
i białek przeciwmikrobowych. Mechanizmy odporności
wrodzonej obejmują również niezależną od przeciwciał
fagocytozę czy uwalnianie czynników prozapalnych przez
makrofagi [1].
W skład odporności nabytej wchodzą dwie klasy wyspecjalizowanych
komórek, limfocyty T i B, których działanie
zależy od pierwotnej ekspozycji na antygen.
Ważną częścią wrodzonego układu odpornościowego
są białka i peptydy antymikrobowe (AMPs – antimicrobial
proteins and peptides), które pełnią rolę cząsteczek efektorowych
i służą jako pierwsza, niezależna od pamięci immunologicznej,
linia obrony przed mikroorganizmami
w narządach o dużej powierzchni nabłonka stykającego
się ze środowiskiem zewnętrznym (np. skóra, jelita, drogi
oddechowe). Synteza AMPs ma miejsce w krążących leukocytach,
będącymi głównymi komórkami efektorowymi
wrodzonej odpowiedzi immunologicznej, podlegającymi
wpływowi stresu i aktywacji osi podwzgórze-przysadkanadnercza
[2]. W przypadku dużych powierzchni nabłonkowych
synteza AMPs odbywa się ponadto w komórkach
skóry, przewodu pokarmowego, układu oddechowego
Katedra i Klinika Neonatologii, Uniwersytet Medyczny im. Karola Marcinkowskiego, Poznań
i dróg moczowo-płciowych. Peptydy antymikrobowe mają
działanie niszczące wobec drobnoustrojów, w tym prawdopodobnie
również wobec bakterii opornych na antybiotyki
[3].
Organizm ludzki pozostaje pod wpływem działania
AMPs już w okresie płodowym, jako że cząstki te są obecne
w mazi płodowej i płynie owodniowym. Fakt ten jest
niezwykle istotny szczególnie u noworodków urodzonych
przedwcześnie, u których ryzyko wystąpienia zakażenia
wewnątrzmacicznego jest niezwykle wysokie [4].
Poniższa praca omawia jedno białko spośród zróżnicowanego
spektrum białek i peptydów przeciwmikrobowych:
LL37/ hCAP18 (ludzka katelicydyna – human cathelicidin).
Katelicydyna jest białkiem posiadającym region stały
i zmienny. Jest magazynowana w formie nieaktywnej
w ziarnistościach leukocytarnych noszących nazwę wtórnych
lub specyficznych na podstawie nieobecności w nich
mieloperoksydazy (głównie w neutrofilach i makrofagach),
a jej gen ulega ekspresji w różnych komórkach nabłonkowych
[5-7]. Jedyną znaną ludzką katelicydyną jest LL37.
Dojrzały peptyd powstaje z proformy (hCAP18), białka kationowego
o masie cząsteczkowej 18 kDA, przez odcięcie
C-końcowego peptydu przez proteazy serynowe. Wykazuje
aktywność przeciwko szerokiemu spektrum bakterii,
wirusów (m.in. Herpes simplex i HIV ) i grzybów [8, 9].
Oprócz tego wywiera również działanie immunomodulujące
przez wpływ na chemotaksję leukocytów, komórek T,

Ludzka katelicydyna LL-37 – białko przeciwmikrobowe i jego rola w układzie odporności wrodzonej u noworodków 207
mastocytów, indukcję różnicowania komórek dendrytycznych,
supresję apoptozy neutrofilów, angiogenezę,
gojenie ran. Przez to jest czynnikiem łączącym odporność
wrodzoną i nabytą.Dzięki kationowemu charakterowi tego
peptydu, a także obecności wielu fragmentów hydrofobowych
i zasadowych i α-helikalnej budowie, może on oddziaływać
z ujemnie naładowanymi fragmentami powierzchni
drobnoustrojów i zaburzać ciągłość ich błony komórkowej
poprzez tworzenie w niej porów i zwiększanie
przepuszczalności błony, w efekcie prowadząc do śmierci
komórki patogenu [10]. Ekspresja genu kodującego hCAP18
jest regulowana przez witaminę D, która pobudza ją w
keratynocytach i komórkach nabłonka oskrzeli [11]. Krążąca
we krwi katelicydyna prawdopodobnie syntetyzowana
jest w szpiku kostnym, choć dokładne źródło tego peptydu
wciąż nie jest znane [12]. U noworodków pączkowanie
i transport pęcherzyków zawierających hCAP18 z aparatu
Golgiego w neutrofilach mogą być niewystarczające [3].
LL37 u noworodków występuje w leukocytach, skórze
[13], drogach oddechowych i jelicie, gdzie jest wskazywane
jako krytyczny czynnik uczestniczący w kolonizacji
przewodu pokarmowego bakteriami komensalnymi.
Zwiększona podatność noworodków na infekcje związana
jest z niedojrzałością układu odpornościowego. W momencie
porodu istnieje niedobór odporności związanej
z limfocytami Th-1, niewystarczająca synteza immunoglobulin
oraz niektórych cytokin [14, 15]. Niedojrzałość układu
odporności wrodzonej, a więc również pewnych czynników
przeciwmikrobowych, przyczynia się do zwiększonej
zachorowalności i śmiertelności w okresie noworodkowym.
Płuca ze względu na ogromną powierzchnię nabłonka
narażoną na kontakt ze środowiskiem zewnętrznym
są drugimi w kolejności wrotami zakażenia dla rozmaitych
patogenów [16].
Katelicydyna LL37 ulega ekspresji w nabłonku płucnym
dorosłego człowieka [17]. Nie wiadomo czy jest ona
również produkowana w drogach oddechowych noworodka.
Stwierdzono jednak jej obecność w płynie pokrywającym
nabłonek dróg oddechowych w podobnych ilościach
u noworodków donoszonych i urodzonych przedwcześnie
[18].
Badania nad homologami AMPs u gryzoni z rodziny
myszowatych wskazują, że ich ekspresja wzrasta wraz
z wiekiem ciążowym [19-21]. Z kolei praca Schaller-Bals
i wsp. [18] dowodzi braku związku między stężeniem
AMPs a wiekiem ciążowym u noworodków ludzkich. Pozytywna
korelacja natomiast miała miejsce między stężeniem
badanych białek antymikrobowych w popłuczynach
oskrzelowych a obecnością infekcji systemowych bądź
płucnych. Interesujący jest wzrost AMPs w treści oskrzelowej
w zakażeniach systemowych przy jednoczesnym
braku stanu zapalnego w płucach. Za ten efekt prawdopodobnie
odpowiada systemowa odpowiedź zapalna.
Ponadto stwierdzono, że stężenia białek przeciwmikrobowych
korelują ze sobą, a także z poziomem interleuki-
ny 8 i czynnika martwicy guza (tumor necrosis factor
alpha – TNF-α). Ich wzrost ma miejsce na zasadzie up-regulation
– sprzężenia dodatniego [18]. W badaniach z prowadzeniem
hodowli tkankowej udowodniono wzrost LL37
na poziomie peptydu lub transkrypcji po stymulacji IL-1α,
IL-6 i TNF-α [22-24].
Badania Starnera i wsp. [16] skupiły się na ontogenezie,
ekspresji i regulacji m.in. katelicydyny LL37 w płucach
noworodka, a ponadto na określeniu spektrum jej przeciwmikrobowej
aktywności w odniesieniu do patogenów najczęściej
stwierdzanych u noworodków. Do tego celu użyto
m.in. eksplantów tkankowych pochodzących od 18-22.
tygodniowych płodów, pierwotnych hodowli tkankowych
nabłonka dróg oddechowych, aspiratów treści tchawiczej
oraz tkanek płucnych uzyskanych na drodze autopsji.
Stwierdzono, że tkanki ze wszystkich badanych okresów
rozwojowych wykazywały ekspresję katelicydyny.
Przekaźnictwo dla LL37 stwierdzono jedynie w pierwotnym
eksplancie płuca płodu, ale już nie po 24-godzinnej inkubacji.
Wynika to prawdopodobnie z tego, że katelicydyna
jest obecna w nabłonku dróg oddechowych i w neutrofilach,
natomiast neutrofile nie przeżywają w hodowli.
Zatem każdy sygnał wykrywany po 24 godzinach hodowli
powinien pochodzić z tkanki płucnej.
Ilość LL37 w aspiratach treści tchawiczej nie różniła
się istotnie w próbkach uzyskanych od noworodków donoszonych,
a jedyne zauważalne odchylenie w porównaniu
do pierwotnego pomiaru miało miejsce w 10 dobie
w próbkach pobranych od pacjentów powyżej 28. t.c. Nie
zaobserwowano istotnych różnic między poszczególnymi
grupami pacjentów w obecności IL-1β.
Jeśli chodzi o spektrum działania antymikrobowego,
ludzka katelicydyna posiada aktywność bakteriobójczą
zarówno przeciwko bakteriom Gram-dodatnim, jak i Gramujemnym
[16].
Ludzka katelicydyna jest proteiną specyficzną dla
ziarnistości wtórnych neutrofilów. Praca Misawy i wsp. [3]
wykazała, że ekspresja genu hCAP18 w neutrofilach noworodków
była znacząco mniejsza niż u dorosłych. Jednakże
w przypadku monocytów krwi obwodowej nie stwierdzono
istotnych różnic w ekspresji genu hCAP18 między
noworodkami a dorosłymi. Ekspresja genu katelicydyny w
neutrofilach wzrastała wprost proporcjonalnie do wieku.
Wykazano niską ekspresję w ciągu pierwszych 31 dni życia
oraz wzrost do poziomu podobnego jak u dorosłych po
ukończeniu 1. miesiąca życia, a przed końcem pierwszego
roku życia. Stężenie badanego peptydu w surowicy było
podobne u noworodków i u dorosłych; brakowało korelacji
między stężeniem LL37 w surowicy a ekspresją genu
w neutrofilach. Prawdopodobną przyczyną porównywalnego
poziomu katelicydyny w surowicy w tych dwóch
grupach pomimo różnej ekspresji w neutrofilach może być
fakt, że liczba neutrofilów u noworodka jest około trzykrotnie
wyższa niż u osoby dorosłej. Może to też wynikać
z podobnej ekspresji genu i syntezy peptydu w komórkach

208
nabłonka u noworodków i dorosłych. Sugeruje się, że
u noworodków dochodzi do większej rekrutacji neutrofilów
w miejscach zakażenia, aby osiągnąć wystarczające
stężenie LL37.
Doustna podaż 1α-hydroksy-witaminy D3 (1α(OH)D3)
u noworodków z krzywicą przez 4 tygodnie spowodowała
istotne zwiększenie ekspresji genu hCAP18 w neutrofilach
w porównaniu ze zdrowymi pacjentami z grupy kontrolnej
nie przyjmującej witaminy D3. Wzrost ten był zależny od
czasu, który upłynął od podania witaminy D3. Wskazuje to
na potencjał witaminy D3 jako regulatora wrodzonej odpowiedzi
immunologicznej u noworodków. Indukcja ekspresji
genu LL37 w neutrofilach pacjentów z krzywicą po
podaniu 1α(OH)D3 to efekt bezpośredniego działania farmaceutycznego,
ale nie fizjologicznego, stężenia tej witaminy
na myeloidalne komórki progenitorowe. Zawartość
katelicydyny w neutrofilach noworodków z krzywicą, którzy
posiadali więcej niż 50% neutrofilów z LL37, nie ulegała
istotnemu zwiększeniu po podaniu witaminy D3. Te dane
sugerują bardziej efektywne działanie 1α(OH)D3 na noworodki
z niedojrzałymi neutrofilami [3].
Byfield i wsp.[25] w swojej pracy opisali wpływ LL37
na właściwości komórek nabłonka płucnego po zainfekowaniu
ich Pseudomonas aeruginosa. Stwierdzili oni zależny
od stężenia katelicydyny wzrost sztywności komórek
nabłonkowych oraz zmniejszenie przepuszczalności
błon komórkowych.
Jak wspomniano we wstępie, białka i peptydy antymikrobowe
obecne są w płynie owodniowym i mazi płodowej.
Maź płodowa jest substancją białkowo-lipidową, unikalną
dla ludzi, która jest produkowana przez płodowe
gruczoły łojowe w trzecim trymestrze ciąży [26, 27]. AMPs
są skoncentrowane w niezależnych, zorganizowanych, celularnych
ziarnistościach zlokalizowanych w lipidowej macierzy.
Wpływ ochronny na płód maź płodowa wywiera
poprzez swoją strategiczną lokalizację pomiędzy skórą
płodu a płynem owodniowym. Ponadto pod wpływem surfaktantu
płucnego ulega ona oddzielaniu od skóry, a następnie
jest połykana przez płód, skąd bierze się jej działanie
ochronne na przewód pokarmowy [28]. Udowodniono,
że katelicydyna LL37 jest obecna w mazi płodowej
w zdrowych, donoszonych ciążach. Prawdopodobnie nie
występuje ona w wysokich stężeniach przy braku infekcji,
natomiast stan zapalny indukuje jej syntezę i uwalnianie.
Tollin i wsp. [29] udowodnili, że lipidy mazi płodowej
wzmacniają antymikrobową aktywność LL37 w warunkach
in vitro, co wskazuje na istnienie interakcji między lipidami
i AMPs zawartymi w mazi płodowej.
Na stężenie LL37 w surowicy krwi pępowinowej
wpływ ma prawdopodobnie sposób porodu. Badanie przeprowadzone
przez Havelkę i wsp. [30] wykazało, że po
porodzie siłami natury stężenie LL37 we krwi pobranej ze
sznura pępowinowego jest trzykrotnie wyższe niż po
cięciu cesarskim. Inna była również lokalizacja wewnątrzkomórkowa
katelicydyny w zależności od sposobu poro-
M. Kuźniak, M. Szymankiewicz
du. Po porodzie siłami natury neutrofile zawierały 10 razy
więcej wolnej LL37 w cytoplazmie (możliwy objaw aktywacji
komórkowej), podczas gdy po porodzie cięciem
cesarskim przeważała lokalizacja w ziarnistościach cytoplazmatycznych.
Liczba leukocytów zarówno we krwi pępowinowej,
jak i matczynej, była wyższa po porodzie
naturalnym w porównaniu z cięciem cesarskim. Dodatkowo
zaobserwowano wysoce istotną korelację między stężeniem
katelicydyny we krwi matki i we krwi pępowinowej,
niezależnie od drogi porodu. Najprawdopodobniej odzwierciedla
to transport przezłożyskowy tego peptydu podczas
późnej ciąży i porodu. Po porodzie cięciem cesarskim w
surowicy matczynej stwierdzano wyższy poziom LL37 niż
w surowicy krwi pępowinowej, z niskim gradientem stężeń
LL37 między matką a noworodkiem. Zależności tej nie obserwowano
po porodzie drogami i siłami natury. Przemawia
to za transportem biernym tego peptydu. Nie można
jednak wykluczyć współistnienia transportu aktywnego.
We krwi pępowinowej stwierdzono trzykrotny wzrost
stężenia hCAP18 po porodzie siłami natury w porównaniu
z cięciem cesarskiem, co wskazuje na uwalnianie peptydu
przez płód w odpowiedzi na stres. Wzrost IL-8 podczas
porodu może być czynnikiem indukującym degranulację
i mobilizację katelicydyny [2, 31].
Synteza AMPs odbywa się w krążących leukocytach,
których liczba podlega wpływowi stresu i aktywacji osi podwzgórze-przysadka-nadnercza
[2]. Jako wykładniki stresu w
badaniu Havelki i wsp. [30] wzięto pod uwagę pH krwi z tętnicy
pępowinowej, stężenie glukozy i mleczanów. Wyniki
były następujące: pH krwi pępowinowej uzyskanej z tętnicy
było niższe po porodzie naturalnym, a stężenia glukozy
i mleczanów we krwi pępowinowej i matczynej – wyższe.
W powyższym badaniu występowały bardzo istotne
różnice stężeń LL37 w osoczu pomiędzy poszczególnymi
pacjentami – do 400 razy. Może to świadczyć o osobniczej
różnicy w ekspresji genów. Niskie stężenia katelicydyny
opisywano u pacjentów z chorobami nerek, u których
stwierdzano również wyższą podatność na infekcje. Ponieważ
wykazano związek pomiędzy matczynym i stwierdzanym
u noworodka stężeniem LL37, prowadzi to do wniosku,
że czynniki powodujące obniżenie stężenia tego peptydu
u ciężarnej powinny stanowić przedmiot przyszłych
badań. Ma to szczególne znaczenie w przypadku immunoniekompetentnych
noworodków urodzonych przedwcześnie,
jako że w innych badaniach wykazano między innymi,
że LL37 hamuje wzrost Staphylococcus epidermidis, będącego
główną przyczyną sepsy u wcześniaków [13]. Zatem
wyższe stężenie tego peptydu, tak pochodzenia matczynego,
jak i na skutek stymulacji stresowej związanej z porodem
naturalnym, może być efektywne w ochronie przed
zakażeniem.
Jak wspomniano wyżej, witamina D odgrywa rolę regulatora
ekspresji genu hCAP18. W cytowanym badaniu
jednakże nie stwierdzono korelacji między stężeniem LL37
i 25(OH)D ani u matek, ani u noworodków [30].

Ludzka katelicydyna LL-37 – białko przeciwmikrobowe i jego rola w układzie odporności wrodzonej u noworodków 209
Wewnątrzmacicznie jelito płodu wypełnione jest jałowym
płynem owodniowym. W momencie porodu dochodzi
do masywnej kolonizacji bakteryjnej przewodu pokarmowego
noworodka. Mimo tego i mimo jeszcze nie
rozwiniętej nabytej odpowiedzi immunologicznej, rzadko
dochodzi na tym tle do zakażenia u noworodka, co sugeruje
istnienie silnych wrodzonych mechanizmów obronnych
[32]. Praca dowodząca, że już w jelicie płodu dochodzi
do produkcji AMPs, co przygotowuje przewód pokarmowy
noworodka do kolonizacji bakteryjnej, została
opublikowana przez Larsena i wsp. [33]. W pracy tej porównywano
zawartość białek antymikrobowych, w tym
ludzkiej katelicydyny, w smółce i stolcu noworodków
w próbkach pobranych między 3. a 8. dobą życia, a także
spektrum ich aktywności przeciw drobnoustrojom. Obecność
LL37 stwierdzono zarówno w smółce, jak i w stolcu,
ze znacząco wyższą zawartością w stolcu. Aby potwierdzić,
że peptydy przeciwmikrobowe są pochodzenia płodowego,
kiedy to w warunkach prawidłowych nie stwierdza
się obecności drobnoustrojów, próbki smółki pobierano
od noworodków urodzonych drogą elektywnego
cięcia cesarskiego, bez wcześniejszej czynności porodowej.
Ekstrakt smółki wykazywał silną aktywność niszczącą
wobec Bacillus megaterium, Escherichia coli i paciorkowcom
grupy B, ale nie przeciw Candida albicans.
Z kolei AMPs zawarte w stolcu posiadały niską aktywność
przeciw E. coli, GBS i C. albicans, natomiast wyższą przeciw
B.megaterium. Jest to związane z kolejnością kolonizowania
jelit noworodka przez bakterie. Jako pierwsze kolonizują
przewód pokarmowy bakterie tlenowe Escherichia
coli i Streptococci, a następnie bakterie beztlenowe,
np. Bacteroides, Bifidobacteria i Clostridia. Prowadzi to do
wniosku, że AMPs zawarte w smółce pełnią ochronną rolę
w jelicie noworodka i regulują proces kolonizacji bakteryjnej
podczas przejścia z jałowego środowiska wewnątrzmacicznego
do środowiska zewnętrznego. Ponieważ peptydy
zawarte w stolcu wykazują znacznie większą aktywność
przeciwko B. megaterium, dowodzi to, że ich produkcja
jest indukowana przez kontakt z patogenami [33].
Skóra ludzka jest efektywną barierą przeciwko bakteriom,
a właściwość tę częściowo zawdzięcza obecności
peptydów antymikrobowych, w tym katelicydyny LL37.
Bakterie Gram-dodatnie są częstymi patogenami u noworodków,
które atakują organizm właśnie przez skórę. Na
powierzchni tych bakterii stwierdzono obecność włosowatych
struktur zapewniających właściwości adhezyjne
do komórek gospodarza. Staphylococcus epidermidis jest
bakterią, która stanowi temat pracy Nelsona i wsp. [13].
Wykazali oni, że LL37, która jest obecna w barierze naskórkowej
noworodka, istotnie hamuje wzrost S. epidermidis.
Publikacja Marchini i wsp. [34] potwierdziła, że noworodek
wyposażony jest w system ochrony przeciwmikrobowej
skóry, który jest czymś znacznie więcej niż tylko
barierą mechaniczną. Jest on aktywny już przed porodem
(obecność peptydów antymikrobowych w mazi płodowej
w efektywnych stężeniach) i ulega wzmocnieniu podczas
pierwszych dni po urodzeniu w przebiegu ostrej komórkowej
reakcji zapalnej skóry, znanej jako rumień toksyczny.
Badacze w bioptatach skóry noworodków z erytema
toxicum stwierdzili obecność gęstych, guzowatych nacieków
z licznych komórek wykazujących ekspresję LL37
w skórze właściwej. Jako te komórki zidentyfikowano neutrofile,
eozynofile i komórki dendrytyczne. Ponadto obecność
katelicydyny stwierdzono w komórkach Langerhansa
oraz w całej warstwie naskórka noworodków zarówno
z rumieniem toksycznym, jak i bez wysypki. Sugeruje to
konstytutywną ekspresję LL37 w tych typach komórek
oraz indukowalność ekspresji w miejscach stanu zapalnego.
Podobną indukcję obserwuje się u dorosłych w keratynocytach
podczas zakażenia. Jako że peptydy przeciwmikrobowe
wykazują również aktywność chemotaktyczną,
wraz z lokalnym wzrostem IL-8 i eotaksyny, mogą przyczyniać
się do napływu neutrofilów, eozynofilów i komórek
dendrytycznych do skóry w reakcji na zapalenie.
Ludzka katelicydyna posiada również właściwości
antymikrobowe skierowane przeciwko grzybom. Jej działania
polegającego na hamowaniu wzrostu drożdżaków Candida
albicans dowodzi praca Wonga i wsp. [10]. Badacze
dodawali do hodowli grzybów C. albicans LL37 lub jej
fragmenty LL13-37 i LL17-32, a następnie poddawali inkubacji
przez 24 godziny. Komórki niepoddawane leczeniu
służyły jako kontrola. Stwierdzono, że zarówno LL37, jak
i jej fragmenty, wykazują podobny potencjał hamujący
wzrost strzępków C. albicans. W kontroli strzępki posiadały
jednorodną grubość. Natomiast po leczeniu LL13-37,
strzępki oceniono jako cieńsze, a pączkowanie jako słabsze,
w następstwie czego obserwowano śmierć komórek.
Po zastosowaniu wyższego stężenia LL13-37 (50 μM) nieobecna
była forma strzępków, a jedynie forma okrągłokomórkowa.
Już w niskim stężeniu (5 μM) LL13-37 była
zdolna do zwiększania przepuszczalności błony komórkowej
C. albicans niezależnie od postaci komórki. Dzięki
temu stwierdzono obecność tego fragmentu katelicydyny
w części (choć nie we wszystkich) strzępków C. albicans.
Ponadto w komórkach drożdży poddanych leczeniu LL13-
37 stwierdzono reaktywne formy tlenowe o właściwościach
grzybobójczych. Wolne rodniki tlenowe uszkadzają
różnorodne cząsteczki wewnątrz komórki, w tym kwasy
nukleinowe, białka i lipidy. Dodatkowo LL13-37 uszkadzają
błony mitochondrialne.
Podsumowując, mechanizm przeciwgrzybiczego działania
katelicydyny obejmuje zwiększenie przepuszczalności
błony komórkowej C. albicans oraz indukcję wolnych
rodników tlenowych. Zmiana przepuszczalności błony
drożdży skutkuje zwiększonym wychwytem LL13-37,
która może posiadać cele wewnątrz komórki, prawdopodobnie
wykazując zdolność do wiązania się z kwasem
nukleinowym. Rośnie liczba dowodów, iż te interakcje mogą
wpływać na transport, właściwości immunomodulujące

210
i antymikrobowe [35]. Lande i wsp. [36] udowodnili, że
dzięki wiązaniu z LL37, DNA może tworzyć agregaty, które
mogą przemieszczać się do komórek dendrytycznych,
gdzie wzmagają produkcję interferonu.
Obecność klinicznych lub bakteriologicznych wykładników
przewlekłego zapalenia błon płodowych stwierdza
się w ponad 50% ciąż zakończonych przed 30. tygodniem
ich trwania [37]. Chorioamnionitis jest wymieniane jako
jeden z czynników w patogenezie przewlekłej choroby
płuc, leukomalacji okołokomorowej i mózgowego porażenia
dziecięcego [38, 39]. Lepsze poznanie i zrozumienie
endogennych mechanizmów obrony w środowisku płynu
owodniowego może wpłynąć na rozwinięcie metod zapobiegania
i leczenia zapalenia błon płodowych, a przez to
zmniejszenie liczby porodów przedwczesnych czy polepszenie
stanu i rokowania u noworodków przedwcześnie
urodzonych. Potencjalnie możliwe staje się wykorzystanie
bioaktywnych peptydów w leczeniu chorioamnionitis oraz
zakażeń okresu noworodkowego. Celem takiej terapii byłaby
poprawa immunokompetencji płodu we wczesnej ciąży
oraz przedwcześnie urodzonego noworodka, co prowadziłoby
do lepszych wyników długoterminowych.
Mniejsza zawartość hCAP18 w neutrofilach noworodków
w porównaniu z dorosłymi powoduje jej słabsze działanie
w miejscu stanu zapalnego, obniżoną aktywność przeciw
patogenom oraz podatność na infekcje bakteryjne [3].
Ponieważ LL37 u noworodka jest zarówno pochodzenia
matczynego (transfer przezłożyskowy), jak i płodowego
(stres porodowy), wraz z przezłożyskowym transportem
immunoglobulin może się ona przyczyniać do zwiększenia
ochrony noworodka przeciw drobnoustrojom w okresie
adaptacji pourodzeniowej [30].
Rozwój nowoczesnych metod terapeutycznych lekoopornych
infekcji bakteryjnych jest naglącym problemem.
Wrodzony układ odpornościowy człowieka jest naturalnym
mechanizmem ochronnym przeciwko inwazji patogenów.
Białka antymikrobowe odgrywają ważną rolę w tym
systemie. Niektóre z tych peptydów są stosowane komercyjnie
jako naturalnie antybiotyki [40, 41]. Podawanie
egzogennych peptydów antymikrobowych lub zwiększanie
ich stężenia na zasadzie dodatniego sprzężenia (np. upregulation
katelicydyny przez podawanie witaminy D
u noworodków) może być skuteczne w profilaktyce lub leczeniu
ciężkich infekcji bakteryjnych w wieku noworodkowym.
Przydatny może się także okazać skryning dzieci
w kierunku niskiej ekspresji genu hCAP18 w celu określenia
pacjentów z wysokim ryzykiem zakażenia, będących
kandydatami do terapii naturalnymi antybiotykami [3].
Piśmiennictwo
[1] Medzhitov R., Janeway C. Jr. (2000) Innate immunity. N. Engl.
J. Med. 343: 338-44.
[2] Yektaei-Karin E., Moshfegh A., Lundahl J. et al. (2007) The
stress of birth enhances in vitro spontaneous and IL-8 induced
neutrophil chemotaxis in the human newborn. Pediatr.
Allergy Immunol. 18: 643-51.
M. Kuźniak, M. Szymankiewicz
[3] Misawa Y., Baba A., Ito S. et al. (2009) Vitamin D3 induces
antimicrobial peptide 18 expression of human cathelicidin
in newborns. Int. J. Hematol. 90: 561-570.
[4] Raba G., Kotarski J. (2010) Evaluation of selected morphological
markers of inflammation in afterbirth from idiopathic
premature labors. Ginekol. Pol. 81(6): 435-40.
[5] Cowland J.B., Johnsen A.H, Borregaard N. (1995) hCAP-18,
a cathelin/pro-bactenecin-likeprotein of human neutrophil
specific granules. FEBS Lett. 368: 173-6.
[6] Borregaard N., Sorensen O.E., Theilgaard-Monch K. (2007)
Neutrophil granules: a library of innate immunity proteins.
Trends Immunol. 28: 340-5.
[7] Sorensen O., Arnljots K., Cowland J.B. et al. (1997) The human
antibacterial cathelicidin, hCAP-18, is synthesized in
myelocytes and metamyelocytes and localized to specific
granules in neutrophiles. Blood 90: 2796-803.
[8] Gordon Y.J., Huang L.C., Romanowski E.G. et al. (2005) Human
cathelicidin (LL-37), a multifunctional peptide, is expressed
by ocular surface epithelia and has potent antibacterial
and antiviral activity. Curr. Eye Res. 30: 385-94.
[9] Bergman P., Walter-Jallow L., Broliden K. et al. (2007) The
antimicrobial peptide LL-37 inhibits HIV-1 replication. Curr.
HIV Res. 5: 410-5.
[10] Wong J.H., Ng T.B., Legowska A. et al. (2011) Antifungal action
of human cathelicidin fragment (LL13-37) on Candida albicans.
Peptides 32: 1996-2002.
[11] Yim S., Dhawan P., Ragunath C. et al. (2007) Induction of cathelicidin
in normal and CF bronchial epithelial cells by 1,25dihydroxyvitaminD(3).
J. Cyst. Fibros. 6: 403-10.
[12] Sorensen O., Cowland J.B., Askaa J. et al. (1997) An ELISA
for hCAP-18, the cathelicidin present in human neutrophils
and plasma. J. Immunol. Methods 206: 53-9.
[13] Nelson A., Hultenby K., Hell E. et al. (2009) Staphylococcus
epidermidis isolated from newborn infants express pilus-like
structures and are inhibited by the cathelicidin-derived antimicrobial
peptide LL37. Pediatr. Res. 66: 174-8.
[14] Langrish C.L., Buddle J.C., Thrasher A.J. et al. (2002) Neonatal
dendritic cells are intrinsically biased against Th-1 immune
responses. Clin. Exp. Immunol. 128: 118-23.
[15] Suen Y., Lee S.M., Qian J. et al. (1998) Dysregulation of lymphokine
production in the neonate and its impact on neonatal
cell mediated immunity. Vaccine 16: 1369-77.
[16] Starner T.D., Agerberth B., Gudmundsson G.H. et al. (2005)
Expression and activity of b-defensins and LL-37 in the developing
human lung. J. Immunol. 174: 1608-15.
[17] Bals R., Wang X., Zasloff M. et al. (1998) The peptide antibiotic
LL-37/hCAP-18 is expressed in epithelia of the human
lung where it has broad antimicrobial activity at the airway
surface. Proc. Natl. Acad. Sci. 95: 9541-6.
[18] Schaller-Bals S., Schulze A., Bals R. (2002) Increased levels
of antimicrobial peptides in tracheal aspirates of newborn
infants during infection. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 165:
992-5.
[19] Bals R., Goldman M.J., Wilson J.M. (1998) Mouse b-defensin
1 is a salt sensitive antimicrobial peptide present in epithelia
of the lung and urogenital tract. Infect. Immunol. 66:
1225-32.
[20] Morrison G.M., Davidson D.J., Kilanowski F.M. et al. (1998)
Mouse b-defensin 1 is a functional homolog of human b-defensin
1. Mamm Genome 9: 453-7.
[21] Huttner K.M., Kozak C.A., Bevins C.L. (1997) The mouse genome
encodes a single homolog of the antimicrobial peptide
human b-defensin 1. FEBS Lett. 413: 45-9.
[22] Harder J., Meyer-Hoffert U., Teran L.M. et al. (2000) Mucoid
Pseudomonas aeruginosa, TNF-alpha, and IL-1$, but not IL-6,
induce human b-defensin-2 in respiratory epithelia. Am. J.
Respir. Cell Mol. Biol. 22: 714-21.

Ludzka katelicydyna LL-37 – białko przeciwmikrobowe i jego rola w układzie odporności wrodzonej u noworodków 211
[23] O’Neil D.A., Porter E.M., Elewaut D. et al. (1999) Expression
and regulation of the human b-defensins hBD-1 and hBD-2 in
intestinal epithelium. J. Immunol. 163: 6718-24.
[24] Agerberth B., Wigzell H., Gudmundsson G.H. (2000) The human
antimicrobial and chemotactic peptides LL-37 and a-defensins
are expressed by specific lymphocyte and monocyte
populations. Blood 96: 3086-93.
[25] Byfield F.J., Kowalski M., Cruz K. et al. (2011) Cathelicidin LL-
37 increases lung epithelial cell stiffness, decreases transepithelial
permeability, and prevents epithelial invasion by Pseudomonas
aeruginosa. J. Immunol. 187(12): 6402-9.
[26] Pickens W.L., Warner R.R., Boissy Y.L. et al. (2000) Characterization
of human vernix: water content, morphology and
elemental analysis. J. Investig. Dermatol. 115: 875-81.
[27] Hoath S., Pickens W. (2003) The biology of vernix. [W:] Neonatal
skin: structure and function.(Hoath S.B., Maibach H.)
New York: Marcel Dekker.
[28] Medzhitov R., Janeway C. Jr. (2000) Innate immunity. N.
Engl. J. Med. 343: 338-44.
[29] Tollin M., Bergsson G., Kai-Larsen Y. et al. (2005) Vernix caseosa
as a multi-component defence system based on polypeptides,
lipids and their interactions. Cell Mol. Sci. 62(19-20):
2390-9.
[30] Mandic Havelka A., Yektaei-Karin E., Hultenby K. et al. (2010)
Maternal plasma level of antimicrobial peptide LL37 is a major
determinant factor of neonatal plasma LL37 level. Acta
Paediatr. 99(6): 836-41.
[31] Baggiolini M., Loetscher P., Moser B. (1995) Interleukin-8 and
the chemokine family. Int. J. Immunopharmacol. 17: 103-8.
[32] Newburg D.S., Walker W.A. (2007) Protection of the neonate
by the innate immune system of developing gut and of human
milk. Pediatr. Res. 61: 2-8.
[33] Kai-Larsen Y., Bergsson G., Gudmundsson G.H. et al. (2007)
Antimicrobial components of the neonatal gut affected upon
colonization. Pediatr. Res. 61: 530-6.
[34] Marchini G., Ulfgren A.K., Lore K. (2001) Erythema toxicum
neonatorum: an immunohistochemical analysys. Pediatr.
Dermatol. 18: 177-87.
[35] Sandgren S., Wittrup A., Cheng F. et al. (2004) The human
antimicrobial peptide LL-37 transfers extracellular DNA plasmid
to the nuclear compartment of mammalian cells via lipid
rafts and proteoglycan-dependent endocytosis. J. Biol.
Chem. 279: 17951-6.
[36] Lande R., Gregorio J., Facchinetti V. et al. (2007) Plasmacytoid
dendritic cells sense self-DNA coupled with antimicrobial
peptide. Nature 449: 564-9.
[37] Karwan-Płońska A., Oknińska A. (2004) Analysis of pregnancy
and labor course in patients after preterm premature rupture
of membranes. Ginekol. Pol. 75(9): 699-704.
[38] Wu Y.W. (2002) Systematic review of chorioamnionitis and
cerebral palsy. Ment. Retard. Dev. Disabil. Res. Rev. 8: 25-9.
[39] Jobe A.H., Ikegami M. (2001) Antenatal infection/inflammation
and postnatal lung maturation and injury. Respir. Res.
2: 27-32.
[40] Hancock R.E., Patrzykat A. (2002) Clinical development of
cationic antimicrobial peptides: from natural to novel antibiotics.
Curr. Drug Targets Infect. Disord. 2: 79-83.
[41] Zasloff M. (2002) Antimicrobial peptides in health and disease.
N. Engl. J. Med. 347:1199-2000.
J Malwina Kuźniak
Katedra i Klinika Neonatologii
Uniwersytet Medyczny im. Karola Marcinkowskiego
60-535 Poznań, ul. Polna 33
e-mail: malkuzniak@gmail.com
Human cathelicidin LL-37 – an antimicrobial peptide
and its role in innate immunity of neonates
Antimicrobial proteins and peptides are important part of innate immune system. They act as the first-line defense of
the organism against different pathogens: bacteria, viruses and fungi. They are present as early as in the prenatal
period in amniotic fluid and vernixcaseosa. They come partly from the transplacental transport and in part, they are
synthesized by the fetus and newborn in the answer to chorioamnionitis. This article focuses on the characteristics
of one of the antimicrobial proteins – human cathelicidin LL37/hCAP18. Cathelicidin is stored as inactive proforms in
granules of specific leukocytes and is expressed in epithelial cells, especially in organs with large surface having direct
contact with outside environment (respiratory and alimentary tract). It destroys cells of pathogenic microorganisms,
but it also exerts immunomodulatory effects on chemotaxis of leukocytes, T-cells, mastocytes, induces differentiation
of dendritic cells, suppression of apoptosis of neutrophils, angiogenesis and wound repairing. Through all these effects
it links innate and adaptive immunity. Previous studies made in population of human newborns have shown, that
human cathelicidin is an inducible protein that is produced in the answer to infection even by premature neonates.
Further studies are necessary to determine the possibility of stimulation of synthesis of cathelicidin and other antimicrobial
peptides in pregnancies with high risk of premature labour or treatment with exogenic peptides acting as
part of the immunity.
Key words: newborn, human cathelicidin, innate immunity