《Research》：Antimicrobial Peptides as Cross-Seeding Modulators at the Neurodegenerative–Infectious Interface
在生命科学领域，一个长期被忽视的桥梁正在被重新发现：那就是连接我们身体防御系统的“士兵”——抗菌肽，与导致神经元死亡的“毒蛋白”——淀粉样蛋白之间的隐秘对话。这篇综述将带领我们深入这个激动人心的交叉前沿。
交叉播种：连接神经退行性与感染性病理的核心机制
神经退行性疾病与微生物感染，曾被认为是截然不同的病理过程，如今被发现共享着某些趋同的分子机制。其中最关键的交汇点便是“交叉播种”现象——即结构兼容的肽能够通过特异性相互作用（尤其是基于β-片层的结合）来引发或调控彼此的聚集。这为理解免疫反应与蛋白质错误折叠如何在机制上相互关联提供了强大的概念框架，特别是在帕金森病（PD）的肠-脑轴连接，以及阿尔茨海默病（AD）与2型糖尿病（T2D）之间日益增加的共病性等复杂疾病轴中。这些观察表明，包括抗菌肽与淀粉样蛋白肽（AMP–AMY）之间的跨类别分子识别，可能代表了看似无关的疾病之间一个更广泛的致病原理。
同源与异源淀粉样蛋白播种
从淀粉样蛋白播种作为蛋白质聚集的基本机制开始，这一过程在病理学上与一大类蛋白质错误折叠疾病（PMDs）相关。许多同源淀粉样蛋白肽，包括AD中的β-淀粉样蛋白（Aβ）、T2D中的人胰岛淀粉样多肽（hIAPP）以及PD中的α-突触核蛋白，都具有通过成核依赖性聚合自组装成富含β-片层纤维结构的固有能力。
超越同源播种，越来越多的证据表明，与不同PMDs相关的异源淀粉样蛋白（AMYs）可以“交叉播种”——即通过β-片层介导的分子识别来启动或加速彼此的聚集。这种异源淀粉样蛋白交叉播种有助于病理传播，使错误折叠的淀粉样蛋白物质能在细胞和组织间传递。在毒性方面，由Aβ和hIAPP形成的杂交β-桶状寡聚体表现出协同的膜破坏作用。临床上，交叉播种已被提出为共病的分子驱动因素：流行病学数据显示，T2D患者患AD的风险增加2至3倍，这可能与hIAPP和Aβ在大脑-胰腺轴上的运输和相互作用有关。
AMP与AMY的结构与功能趋同：跨类别交叉播种的分子基础
AMPs和AMYs在历史上因其不同的生物学功能而被区分：宿主防御与蛋白质错误折叠。然而，一些AMPs和AMYs在结构和物理化学特性上有着惊人的相似性，挑战了这种传统的二分法。AMYs如Aβ、hIAPP、α-突触核蛋白和血清淀粉样蛋白A（SAA）已知可形成富含β-片层的纤维聚集体。AMPs虽然通常更短、两亲性且带正电荷，但也被证明可以形成β-发卡或β-片层结构。
这种结构上的重叠也反映在功能的趋同上。几种AMPs在生理或应激条件下表现出淀粉样蛋白样的自组装。反过来，多种AMYs——如Aβ、hIAPP和α-突触核蛋白——已证明具有广谱抗菌活性。这种双向模拟——即AMPs表现出淀粉样蛋白形成特性，而AMYs获得抗菌功能——定义了一个共享的结构-功能界面，支持了两类肽之间的分子识别和聚集。
基于这些观察，近期研究（包括我们自己的工作）已证明，AMPs与AMYs之间的跨类别交叉播种不仅是合理的，而且得到了实验验证。根据结构兼容性和环境背景，AMPs可以通过特异性的β-片层相互作用抑制或促进淀粉样蛋白聚集。例如，Protegrin-1（PG-1）以低微摩尔亲和力结合Aβ“种子”，有效阻断纤维形成、解聚成熟纤维并降低Aβ诱导的细胞毒性，同时保留其广谱抗菌活性。然而，交叉播种并不总是抑制性的。相反，我们发现来自Litoria aurea的13个残基的AMP——aurein，通过β-片层与预先存在的hIAPP种子对齐，促进了hIAPP的纤维化。然而，这种聚集的增强却矛盾地与细胞毒性的降低同时发生，表明构象兼容性可以支持毒性或保护性的聚集途径，这取决于序列特征和浓度比例。
从现象学角度看，AMP-淀粉样蛋白相互作用主要分为三种机制模式。
- 1.
解聚/重塑模式：AMPs作为分子去垢剂或末端封端剂，结合预先存在的寡聚体或纤维，并将其转化为替代性组装体。
- 2.
直接膜相关毒性模式：AMPs和淀粉样蛋白物质独立或协同地破坏细胞膜。
- 3.
交叉播种/共组装模式（本综述的重点）：AMPs和淀粉样蛋白在结构上整合到联合的、异质寡聚体或纤维中，而不是简单地抑制或溶解彼此。
交叉播种的核心机制
结构有序的肽之间的交叉播种——无论是同源淀粉样蛋白之间、异源淀粉样蛋白之间，还是不同功能类别（如AMPs和AMYs）之间——可以通过多种机制途径进行。这些机制在分子细节上有所不同，但汇聚于一个共同原则：通过物理化学互补性，结构上预先组织好的蛋白质聚集体可以引发或加速其他肽的错误折叠和组装。三种通用机制尤其相关：结构兼容性、方向不对称性和表面介导的催化。
结构兼容性通常是最直接的机制，其中交叉播种效率由“种子”与进入的单体之间的构象对齐决定。即使在没有强序列相似性的情况下，共享的β-片层基序或超分子折叠拓扑结构也能实现稳定的共组装。
方向不对称性是交叉播种的另一个定义性特征。一些肽对显示双向播种，而另一些则表现出单向影响。这些例子强调了聚集状态特异性——单体、寡聚体或纤维——作为播种潜力的决定因素的重要性。
表面介导的催化在许多交叉播种场景中——特别是那些涉及无关或结构不匹配的肽的场景——成为一种主导途径。通常，聚集是由小的、易于聚集的核或可溶性寡聚体启动的，它们作为最早的纳米级“种子”，浓缩单体底物，局部对齐它们，或扰动周围的水合壳和静电场——共同降低了成核的能垒。
除了这些主要途径外，静电模板、疏水性对接和通过膜破坏进行的共组装代表了调节交叉播种效率的辅助机制。带电肽可以进行静电预对齐，为β-片层“拉链”结合创造一个能量上有利的界面。在AMP-AMY系统中，这些电荷介导的接触通常先于β-结构插入。
AMP-淀粉样蛋白交叉播种的病理和生理意义
AMPs与淀粉样蛋白之间的交叉播种引入了一种复杂的双重性，其中相同的分子相互作用可能加剧疾病病理，也可能有助于宿主防御。AMPs的双重功能——作为宿主防御分子和潜在的淀粉样蛋白形成剂——强调了免疫与蛋白质错误折叠之间的关键界面。
炎症诱导的AMP表达与病理性淀粉样蛋白交叉播种
在炎症环境中，宿主组织会上调AMPs作为先天免疫反应的一部分。然而，在易发生淀粉样蛋白聚集的环境（如大脑或胰腺）中，AMP水平升高可能无意中通过交叉播种促进淀粉样蛋白生成。例如，在神经炎症期间，人类抗菌肽LL-37显著上调，并以高特异性结合Aβ。虽然LL-37可以通过干扰β-片层的形成来抑制纤维形成，从而减少阿尔茨海默病斑块特征性的长纤维聚集体，但它矛盾地稳定了可溶性Aβ寡聚体。这些寡聚体具有高度神经毒性。类似的机制在T2D中也有观察到。
新兴证据还将其他细菌淀粉样蛋白牵连到这种交叉播种级联反应中。例如，与PD相关的α-突触核蛋白，可以被大肠杆菌产生的卷曲纤维等细菌淀粉样蛋白交叉播种。这些相互作用促进了α-突触核蛋白的聚集，从而导致神经退行性变。这些相互作用创造了一个致病性反馈循环，其中炎症增强了AMP的表达，而AMP反过来又促进了蛋白质错误折叠和聚集，进一步维持了局部炎症损伤。
宿主防御与蛋白质稳态：AMP-淀粉样蛋白相互作用的双重作用
除了病理学意义，AMP-淀粉样蛋白相互作用可能代表了一种进化上保守的宿主防御策略。几种AMPs可以形成类似纤维的组装体，捕获细菌或病毒成分，通过空间隔离或膜破坏来中和病原体。这些功能性淀粉样蛋白通过充当物理屏障或免疫激活剂来促进蛋白质稳态和免疫防御，这表明交叉播种并非天生有害。相反，它可能反映了抗菌效力与蛋白质稳态之间微妙的平衡。
这种双重性高度依赖于环境。在生理浓度下，LL-37可以通过稳定非聚集中间体来抑制纤维形成并中和Aβ和hIAPP的细胞毒性。然而，在慢性炎症条件下，LL-37的表达变得失调，导致超生理浓度。在这种环境中，LL-37反而可以促进无定形聚集体的形成或稳定破坏膜的寡聚体，将平衡转向细胞毒性结果。
体内交叉播种证据与生理限制
尽管有越来越多的机制性证据，但AMP-淀粉样蛋白交叉播种的真正体内证据仍然稀少。大多数反应是在体外使用简化缓冲液和微摩尔肽浓度定义的。相比之下，临床脑脊液（CSF）和脑组织研究表明，在基础条件下，经典AMPs如LL-37、β-防御素和肝脏表达的AMP 2在中枢神经系统（CNS）中以低纳摩尔到亚微摩尔水平存在。在AD中，β-防御素-1的免疫反应性在海马神经元和脉络丛上皮中增强，LL-37在人和小鼠AD脑中的表达增加，过量的LL-37驱动小胶质细胞活化，促进Aβ和tau蛋白沉积，并加重认知能力下降。
此外，AMPs在CNS中的药代动力学对任何试图在体内转化交叉播种概念的尝试都构成了重要的限制。许多带正电荷的AMPs是短的、蛋白酶敏感的肽，会迅速被细胞外肽酶降解，吸附在细胞表面和细胞外基质上，或通过CSF周转和小胶质细胞摄取被清除，这使得维持体外常用的长时间微摩尔暴露水平具有挑战性。
微生物诱导的淀粉样变性：病原体-淀粉样蛋白双向循环
新兴证据表明，微生物感染与淀粉样蛋白生成途径之间存在动态的、互惠的关系，暗示微生物成分不仅是淀粉样蛋白形成的被动旁观者，而且是主动调节者。这种不断演变的范式引入了“病原体-淀粉样蛋白双向循环”的概念，其中微生物成分加速淀粉样蛋白聚集，而聚集的淀粉样蛋白反过来又放大抗菌反应和神经炎症。
微生物触发的淀粉样蛋白聚集
微生物因子，包括细菌和病毒，越来越多地被认为不仅是炎症的有效诱导剂，而且是淀粉样蛋白生成的直接调节剂。结构成分如脂多糖、外膜囊泡和病毒蛋白可以作为外源性成核位点或破坏宿主蛋白质稳态，从而促进内源性淀粉样蛋白（如Aβ、α-突触核蛋白、tau和hIAPP）的聚集。这一过程中的一个关键参与者是宿主的AMP反应，它通常在感染或炎症期间上调。
感染诱导的AMP-淀粉样蛋白串扰
细菌感染已知会上调炎症部位的AMP表达。除了LL-37，几种中性粒细胞衍生肽——包括CAP37、中性粒细胞弹性蛋白酶（NE）和组织蛋白酶G——已证明具有不同的抗淀粉样蛋白活性。从机制上讲，这些在微生物浸润期间大量释放的AMPs，似乎通过稳定单体或早期寡聚体中间体，将淀粉样蛋白肽从形成纤维的途径中转移开。
微生物淀粉样蛋白与宿主蛋白的交叉播种
除了诱导AMP反应外，许多细菌还产生自己的功能性淀粉样蛋白，其中大肠杆菌的卷曲纤维是一个典型例子。由富含β-片层的亚基CsgA组成的卷曲纤维已被证明在体外系统和动物模型中都能交叉播种人类淀粉样蛋白（包括α-突触核蛋白和Aβ）的聚集。这种跨物种相互作用受到宿主AMPs的影响，根据序列兼容性和结构背景，宿主AMPs可以促进或抑制杂合聚集体的形成。
微生物菌群失调与肠-脑轴中的AMP改变
胃肠道是一个动态界面，宿主AMPs和肠道菌群共同调节免疫稳态和神经健康。在菌群失调或慢性炎症期间，这种调节平衡被破坏，导致AMP表达谱改变和粘膜防御受损。同时，某些细菌群体（如大肠杆菌和沙门氏菌）可能过度产生功能性淀粉样蛋白（如卷曲纤维），这些淀粉样蛋白能够穿过上皮屏障并与宿主蛋白质相互作用。微生物淀粉样蛋白与神经元蛋白（如α-突触核蛋白）之间的结构模拟，促进了交叉播种事件，这与肠神经系统内α-突触核蛋白聚集的启动有关。
病毒蛋白与淀粉样蛋白扩增
病毒感染，虽然通常是急性的，但可以通过引入易于聚集的蛋白质和改变免疫调节途径对宿主蛋白质稳态产生持久影响。在生理环境中，病毒感染可以失调宿主源性AMPs的表达，特别是嗜酸性粒细胞阳离子蛋白（ECP）。其与宿主淀粉样蛋白相互作用并破坏细胞膜的潜力，暗示了持续性感染、局部炎症和特定部位淀粉样蛋白病理之间的机制联系。
非哺乳动物AMP与淀粉样蛋白的相互作用
来自非哺乳动物物种的AMPs为了解易于形成淀粉样蛋白的结构和感染适应性组装提供了额外的见解。其中几种肽在酸性或应激反应下自组装成淀粉样蛋白样结构，表明感染适应性聚集可能服务于细胞毒性之外的功能性角色。除了结构自关联外，一些非哺乳动物AMPs可以与宿主淀粉样蛋白协同相互作用。
炎症-聚集反馈循环：一个双向轴
在一系列淀粉样蛋白相关疾病中，越来越多的证据支持慢性炎症与蛋白质聚集之间的双向关系。炎症信号不仅是对错误折叠蛋白质积累的反应，而且主动促进淀粉样蛋白生成，形成一个自我强化的循环，推动疾病进展。
淀粉样蛋白聚集触发炎症
随着衰老，中枢神经系统中的神经元逐渐积累细胞内蛋白质聚集体。现在有越来越多的证据支持，这些错误折叠的蛋白质聚集体不仅仅是衰老或疾病的被动副产品，而且是先天免疫激活的主动煽动者。Aβ、α-突触核蛋白和tau的聚集体作为内源性危险相关分子模式（DAMPs），被小胶质细胞、星形胶质细胞和外周免疫细胞上表达的模式识别受体（PRRs）检测到。由此产生的神经炎症环境不仅招募额外的免疫细胞，而且扰乱细胞间信号传导，破坏神经元功能，并加速神经退行性变。
炎症促进蛋白质聚集
慢性炎症越来越被认为不仅是蛋白质错误折叠的下游后果，而且是淀粉样蛋白聚集的有效上游驱动因素。一旦先天免疫细胞（如小胶质细胞和星形胶质细胞）被淀粉样蛋白肽（如Aβ）激活，它们本身就可以成为促聚集刺激的来源。炎症还损害负责降解错误折叠蛋白质的蛋白水解清除机制。慢性细胞因子暴露会抑制自噬和溶酶体功能，导致tau、α-突触核蛋白和Aβ寡聚体在细胞内滞留。
这些机制并不仅限于中枢神经系统。在系统性淀粉样蛋白疾病（如AA淀粉样变性）中，炎症诱导的SAA过度产生导致其在周围组织中聚集和沉积。SAA的积累不仅反映了持续的炎症，而且主动促进细胞因子产生、免疫细胞募集和膜破坏，进一步延续了炎症环境。
临床证据：人类淀粉样蛋白病理中的AMPs
虽然体外和动物模型确立了AMP-淀粉样蛋白交叉播种的机制可能性，但这些相互作用的临床相关性最终必须基于人类样本。组织病理学和生物标志物研究开始提供此类证据，尽管覆盖范围在不同疾病和队列中仍不均衡。
在AD中，神经炎症与蛋白质聚集之间的相互作用已有充分记载。神经病理学分析显示，与年龄匹配的对照组相比，抗菌肽和β-防御素的转录本和蛋白质在活跃病理区域（包括脉络丛上皮、海马神经元和斑块邻近的胶质细胞）中富集。这些发现尚未证明体内直接的AMP-淀粉样蛋白交叉播种，但它们支持了一种场景，即经典AMPs在疾病相关浓度下与Aβ和tau占据相同的解剖学区间。
对于PD及相关突触核蛋白病，临床证据更为零散，但指向类似的方向。蛋白质组学和免疫测定研究已鉴定出α-防御素和其他中性粒细胞衍生肽作为患者亚群中脑脊液或血浆的候选生物标志物，并且防御素以及LL-37在容易发生α-突触核蛋白聚集的肠道和脑组织中组成型表达。
除了经典的神经退行性疾病，系统性淀粉样蛋白疾病也提供了AMP样分子嵌入人类聚集体的例子。在T2D中，虽然它被正式归类为代谢性疾病，但我们在这里主要将其视为一种系统性淀粉样蛋白疾病，其中激素胰岛淀粉样多肽（IAPP/amylin）聚集并与大脑淀粉样蛋白发生串扰。
AMPs的双重调节作用
AMPs作为先天免疫系统的关键效应物，在宿主防御和蛋白质稳态的交汇处表现出显著的双重调节功能。传统上因其广谱抗菌活性（包括膜破坏和免疫信号调节）而被认可，AMPs最近更多地成为淀粉样蛋白生成过程的调节剂。除了其杀菌和免疫调节作用外，几种AMPs直接与淀粉样蛋白（如Aβ、tau、α-突触核蛋白和hIAPP）相互作用，要么抑制，要么在某些情况下促进聚集。这种双重性凸显了它们的结构多功能性和进化适应性，以应对微生物威胁和蛋白质错误折叠。
LL-37：一个典型的双重调节剂
LL-37，唯一的人类抗菌肽，是AMPs双重调节作用的例证。LL-37通过其两亲性α-螺旋构象发挥有效的抗菌作用。此外，LL-37在免疫调节中发挥着重要作用，中和细菌内毒素，招募免疫细胞，并调节细胞因子产生。最近的证据进一步凸显了LL-37作为淀粉样蛋白生成途径直接调节剂的能力。它与Aβ肽通过特异性疏水和静电相互作用，有效抑制纤维形成，并在体外和转基因小鼠模型中减轻相关的神经毒性。此外，LL-37有效抵消微生物诱导的淀粉样蛋白聚集，破坏连接微生物感染与神经退行性变的病理级联反应。这些多方面的作用使LL-37成为一个有前途的双重功能治疗候选物，连接先天免疫和淀粉样蛋白调节，可能改善感染性和淀粉样蛋白相关疾病。
防御素：位于免疫和淀粉样蛋白调节界面的多功能肽
防御素是基于二硫键连接性和组织定位分为α-和β-防御素的进化上保守的阳离子肽。这两种亚型都在先天免疫中发挥核心作用，并且越来越多地因其调节淀粉样蛋白生成过程的能力而被认识。
α-防御素，如人中性粒细胞肽（HNPs），是主要在中性粒细胞中表达并储存在嗜天青颗粒中的阳离子宿主防御肽。其抗菌活性主要是通过与细菌膜的静电相互作用介导的，导致孔形成和细胞裂解。然而，很少有研究调查它们在调节淀粉样蛋白聚集中的潜在作用。最近的一项研究引入了“抗淀粉样蛋白和抗菌假说”，证明HNP-1和兔NP-3A对多种淀粉样蛋白（包括Aβ、hIAPP和hCT）具有普遍的、序列非依赖性的抑制活性。这些富含β-片层结构的防御素与淀粉样蛋白单体和寡聚体相互作用，即使在亚化学计量浓度下也能防止其向毒性纤维转化。重要的是，这些肽在与淀粉样蛋白物质复合时保留了其固有的抗菌活性，支持它们作为多功能药物的潜力，能够同时减轻微生物感染和淀粉样蛋白相关毒性。
β-防御素在上皮和粘膜组织中响应微生物刺激而表达，并表现出广泛的抗菌活性。特别是HBD-1，与AD病理生理学有关。在AD患者的脉络丛和海马神经元中观察到HBD-1水平升高，它定位于颗粒空泡变性结构。基于这些观察，传统上因其在粘膜免疫中的抗菌作用而被认识的H
