LL-37 og antimikrobielle peptider: Kroppens eget forsvar

Av Norpeptiders Science TeamPublisert Sist oppdatert 6 min lesetid

Før antibiotika fantes, hadde kroppen sine egne innebygde forsvarsstoffer mot bakterier. Antimikrobielle peptider er en slik gruppe, og LL-37 er den mest studerte hos mennesker. Peptidet har både antimikrobielle og immunmodulerende egenskaper, og er interessant i forskning på sår og infeksjon. Samtidig er det en dobbeltrolle: for mye LL-37 er knyttet til autoimmune hudsykdommer.

Kort oppsummert

  • Type: eneste humane cathelicidin, 37 aminosyrer (starter med to leucin, derav LL-37)
  • Dannes av: nøytrofile, epitelceller og keratinocytter; spaltes fra forløperen hCAP18
  • Reguleres av: vitamin D via vitamin D-reseptoren
  • Kliniske data: liten fase 2-studie på kroniske leggsår (Grönberg et al., 2014); større fase 2b-studie (2021) uten signifikant effekt i hele gruppen

Hva er antimikrobielle peptider?

Antimikrobielle peptider er en del av det medfødte immunforsvaret hos nesten alle organismer, fra insekter og planter til mennesker. De er vanligvis korte, positivt ladede og amfipatiske, det vil si at de har en vannløselig og en fettløselig side. De binder til negativt ladede bakterielle membraner, som de forstyrrer eller ødelegger. Fordi pattedyrceller har en annen membransammensetning, rammes de i mindre grad, men ikke fullstendig.

Feltet fikk et gjennombrudd på 1980-tallet, da svenske forskere beskrev cecropiner fra insekter og amerikanske forskere beskrev magaininer fra froskehud. Hos mennesker finnes to hovedfamilier: defensiner og cathelicidiner. LL-37 er den eneste menneskelige cathelicidinen.

Fra gen til peptid

LL-37 kodes av genet CAMP (cathelicidin antimicrobial peptide). Genet gir forløperproteinet hCAP18, som består av en konservert «cathelin»-del og den antimikrobielle delen i enden. I nøytrofile granulocytter lagres hCAP18 i granula og spaltes av enzymet proteinase 3 når cellene aktiveres. I huden spaltes forløperen av andre enzymer, blant annet kallikreiner, og kan gi flere kortere fragmenter med litt ulike egenskaper. LL-37 danner en alfa-heliks i kontakt med membraner, og det er denne strukturen som gjør det i stand til å forstyrre bakteriemembraner.

LL-37: mer enn et antibiotikum

LL-37 har direkte effekt mot en rekke bakterier, sopp og enkelte virus i laboratoriet. I tillegg modulerer det immunsystemet: det tiltrekker immunceller, påvirker cytokiner, nøytraliserer bakterielle toksiner (LPS) og fremmer angiogenese og sårheling. Dette dobbeltsporet gjør peptidet interessant i vevsreparasjon. Det er verdt å merke seg at den antimikrobielle effekten i laboratoriet ofte svekkes betydelig i nærvær av salt og serum, slik at nivåene som virker i et reagensrør, ikke uten videre gjelder i kroppen.

Vitamin D-koblingen

Wang et al. (Journal of Immunology 2004) viste at genet CAMP har et vitamin D-responselement i promotoren, og at aktivt vitamin D (1,25-dihydroksyvitamin D3) direkte økte uttrykket av cathelicidin i blant annet keratinocytter, monocytter og nøytrofile. Liu et al. (Science 2006) viste deretter at aktivering av toll-like-reseptorer i makrofager økte uttrykket av vitamin D-reseptoren og enzymet som aktiverer vitamin D, noe som førte til produksjon av cathelicidin og drap av tuberkulosebakterier i cellene. Serum fra personer med lave vitamin D-nivåer støttet denne responsen dårligere.

Interessant nok er vitamin D-responselementet i CAMP-genet funnet hos mennesker og andre primater, men ikke hos mus og rotter. Det betyr at vitamin D-reguleringen av cathelicidin ikke kan studeres direkte i vanlige gnagermodeller, og det er et godt eksempel på hvordan artsforskjeller kan begrense overføringen av dyrestudier. Koblingen er en viktig forklaring på hvorfor vitamin D-status har vært knyttet til infeksjonsforsvar. Det betyr imidlertid ikke automatisk at tilskudd av vitamin D forebygger infeksjoner hos alle; resultatene fra kliniske studier på det spørsmålet er blandede.

Kliniske studier på sår

Grönberg et al. (Wound Repair and Regeneration 2014) gjennomførte en randomisert, placebokontrollert første-studie-i-mennesker med LL-37 påført lokalt på kroniske venøse leggsår. Studien omfattet 34 deltakere, og LL-37 ble testet i tre konsentrasjoner i fire uker. De to laveste konsentrasjonene ga raskere reduksjon i sårareal sammenlignet med placebo, mens den høyeste konsentrasjonen ikke skilte seg fra placebo. Behandlingen ble godt tolerert.

En større, multisentrisk fase 2b-studie (Mahlapuu et al., Wound Repair and Regeneration 2021) med rundt 150 pasienter i Polen og Sverige fant derimot ingen signifikant bedring i sårheling med LL-37 sammenlignet med placebo i hele studiepopulasjonen. En post hoc-analyse antydet effekt hos pasienter med store sår, men slike etterpåanalyser er hypotesegenererende og må bekreftes. Utviklingen har skjedd under navnet ropocamptid. Forløpet er typisk for mange peptider i sårbehandling: Kroniske sår har stor naturlig variasjon i tilheling, og standardbehandling med kompresjon gir i seg selv bedring, slik at det kreves store studier for å påvise en tilleggseffekt.

StudieDeltakereHovedfunn
Grönberg et al. 2014 (fase 1/2)34 pasienter med venøse leggsårRaskere sårreduksjon med de to laveste dosene; høyeste dose som placebo
Mahlapuu et al. 2021 (fase 2b)Rundt 150 pasienterIngen signifikant effekt i hele gruppen; mulig effekt ved store sår i post hoc-analyse

Dobbeltrollen: når LL-37 blir problemet

Lande et al. (Nature 2007) viste at LL-37 i huden ved psoriasis kan binde kroppens eget DNA og danne komplekser som tas opp av plasmacytoide dendrittiske celler. Der aktiverer kompleksene reseptoren TLR9 og utløser produksjon av interferon-alfa, noe som kan sette i gang autoimmun betennelse. Normalt reagerer disse cellene ikke på eget DNA, så LL-37 ser ut til å bryte en viktig toleransemekanisme.

Ved rosacea viste Yamasaki et al. (Nature Medicine 2007) at huden har mer cathelicidin, økt aktivitet av det spaltende enzymet kallikrein 5, og unormale LL-37-fragmenter som fremmer betennelse. I mus kunne slike fragmenter fremkalle rosacealignende betennelse. I høye konsentrasjoner er peptidet dessuten giftig for vertsceller. Dette viser at «mer» ikke nødvendigvis er «bedre».

Andre antimikrobielle peptider hos mennesker

PeptidgruppeHvor de finnesMerknad
Alfa-defensiner (HNP 1–4, HD5, HD6)Nøytrofile granulocytter og Paneth-celler i tarmenViktige i nøytrofiles bakteriedrap og tarmens forsvar
Beta-defensiner (hBD 1–4)Hud, luftveier og andre slimhinnerNoen uttrykkes konstant, andre økes ved betennelse
HistatinerSpyttSærlig virksomme mot sopp som Candida
DermcidinSvetteAntimikrobielt peptid fra svettekjertler
LL-37 (cathelicidin)Nøytrofile, hud og slimhinnerEneste humane cathelicidin; sterkt immunmodulerende

Disse peptidene virker sammen med hverandre og med resten av immunforsvaret. LL-37 skiller seg ut ved at de immunmodulerende effektene er minst like viktige som den direkte antimikrobielle effekten. Personer med den sjeldne sykdommen morbus Kostmann, som mangler modne nøytrofile, har lave nivåer av LL-37 og hyppig periodontitt, noe som har vært brukt som et naturlig eksperiment for å forstå peptidets betydning.

Antimikrobielle peptider som legemidler

Økende antibiotikaresistens har gjort antimikrobielle peptider til et attraktivt forskningsfelt, fordi de virker på andre måter enn tradisjonelle antibiotika og bakterier ser ut til å utvikle resistens langsommere. Likevel har få slike peptider nådd markedet. Hovedutfordringene er at de brytes raskt ned av proteaser, at de kan skade kroppens egne celler i høye doser, at de er dyre å produsere, og at effekten svekkes i kroppsvæsker. Peptidantibiotika som polymyksiner og daptomycin er i klinisk bruk, men de er strukturelt ganske ulike LL-37. Se historien om peptidlegemidler.

Vanlige misforståelser

  • «LL-37 er et naturlig antibiotikum som kan erstatte antibiotika.» Effekten i kroppen er mer kompleks enn i laboratoriet, og det finnes ingen godkjente LL-37-legemidler.
  • «Mer LL-37 gir bedre immunforsvar.» Feilregulerte eller for høye nivåer er knyttet til psoriasis og rosacea.
  • «Sårstudiene viser at LL-37 virker.» Den lille studien fra 2014 var lovende, men den større studien fra 2021 fant ikke effekt i hele gruppen.

Hva betyr dette for forskere?

For forskere er LL-37 et eksempel på at et peptid kan ha svært ulike effekter avhengig av konsentrasjon, vev og hvilke andre molekyler som er til stede. Resultater fra bakteriekulturer i lavt saltinnhold kan ikke uten videre overføres til sår eller blod, og effekter i én celletype kan være motsatte i en annen. Studiedesign bør derfor ta hensyn til fysiologiske saltkonsentrasjoner, serumproteiner og nedbrytning av proteaser. Kvaliteten på syntetiske peptider er også avgjørende, siden rester fra syntesen kan påvirke celleforsøk; se HPLC og analysesertifikat.

Oppsummering

AspektHva er kjent
Antimikrobiell effektGodt dokumentert i laboratoriet
SårhelingLovende liten fase 1/2-studie; større fase 2b uten effekt i hele gruppen
Vitamin D-reguleringGodt dokumentert
Autoimmun rolleDokumentert ved psoriasis og rosacea
Behandlingsbruk hos menneskerForeløpig eksperimentelt

Se også TB-500 og thymosin beta-4 og thymosin alfa-1 for andre peptider med immunologiske roller, og peptider i kroppen for en bredere oversikt.

Ofte stilte spørsmål

Hva er LL-37?

Det eneste humane cathelicidinet, et antimikrobielt peptid på 37 aminosyrer.

Hva gjør LL-37?

Det dreper bakterier direkte og modulerer immunsystemet og vevsreparasjon.

Hvordan henger vitamin D og LL-37 sammen?

Aktivt vitamin D regulerer genet CAMP, som danner forløperen til LL-37.

Kan LL-37 være skadelig?

Ja. Ved psoriasis og rosacea er for høye eller feilregulerte nivåer knyttet til sykdom.

Hvorfor heter det LL-37?

Fordi peptidet består av 37 aminosyrer og starter med to leuciner (L).

Virker LL-37 på kroniske sår?

En liten studie fra 2014 var lovende, men en større studie fra 2021 fant ingen signifikant effekt i hele pasientgruppen.

Hva er ropocamptid?

Navnet som er brukt på LL-37 i den kliniske utviklingen for behandling av kroniske leggsår.

Hva er forskjellen på defensiner og cathelicidiner?

Begge er antimikrobielle peptider i det medfødte immunforsvaret, men de har ulik struktur. Mennesker har mange defensiner, men bare ett cathelicidin, LL-37.

Kilder og videre lesning

  1. Wang TT. et al. Cutting edge: 1,25-dihydroxyvitamin D3 is a direct inducer of antimicrobial peptide gene expression. J Immunol 2004;173:2909–2912.
  2. Liu PT. et al. Toll-like receptor triggering of a vitamin D-mediated human antimicrobial response. Science 2006;311:1770–1773.
  3. Grönberg A. et al. Treatment with LL-37 is safe and effective in enhancing healing of hard-to-heal venous leg ulcers: a randomized, placebo-controlled clinical trial. Wound Repair Regen 2014;22:613–621.
  4. Mahlapuu M. et al. Evaluation of LL-37 in healing of hard-to-heal venous leg ulcers: a multicentric prospective randomized placebo-controlled clinical trial. Wound Repair Regen 2021;29:938–950.
  5. Lande R. et al. Plasmacytoid dendritic cells sense self-DNA coupled with antimicrobial peptide. Nature 2007;449:564–569.
  6. Yamasaki K. et al. Increased serine protease activity and cathelicidin promotes skin inflammation in rosacea. Nat Med 2007;13:975–980.

Relaterte guider