Lysozym ( engelsk lysozym , fra andet græsk λύσις - "afbinding, nedbrydning" og enzym ; EC 3.2.1.17) er et antibakterielt middel, et enzym af hydrolaseklassen , der ødelægger bakteriens cellevægge ved hydrolyse af peptidoglycan (murein) . Lysozym opnås hovedsageligt fra proteinet i hønseæg [1] . Lignende enzymer findes også i dyreorganismer, primært på steder med kontakt med miljøet - i slimhinden i mave-tarmkanalen, tårevæske , modermælk , spyt , nasopharyngeal slim, osv. Store mængder lysozym findes i spyt, hvad forklarer dens antibakterielle egenskaber. I human modermælk er koncentrationen af lysozym meget høj (ca. 400 mg/l). Dette er meget mere end hos koen. Samtidig falder koncentrationen af lysozym i modermælk ikke med tiden; seks måneder efter et barns fødsel begynder den at stige.
Væsker indeholdende lysozym, såsom æggehvide og modermælk, er blevet brugt til at behandle øjeninfektioner siden det gamle Rom. Ved overgangen til det 18. og 19. århundrede opdagede videnskabsmænd de antibakterielle egenskaber ved leukocytter , komælk, høbaciller , ægprotein og næseslim [2] . Især Maurice Nicole i 1907 talte om den bakteriolytiske virkning af høbaciller [3] , og Pavel Nikolayevich Lashchenkov i 1909 foreslog tilstedeværelsen af proteolytiske enzymer i proteinet i hønseæg [4] .
I 1921 besluttede Alexander Fleming , der oplevede influenzalignende symptomer, at dyrke sit næseslim med den sygdomsfremkaldende mikroorganisme. Fire dage senere lykkedes det ham at opdrætte en koloni af Gram-positive kokker, som han gav mellemnavnet "AF coccus". Efter at være kommet sig, besluttede han at teste Felix d'Herelles hypotese om bakteriofagers rolle i dannelsen af erhvervet immunitet ved at tilføje partikler af hans næseslim til retter dyrket med stammer af pneumokokker, stafylokokker og AF kokkebakterier. Under forsøget viste det sig, at væksten af mikroorganismer ikke forhindres af en virus, men af tilstedeværelsen af et enzym, der forårsager bakteriel lysis . Efterfølgende blev dette enzym opdaget af ham i andre biologiske væsker [5] [6] . Almroth Wright , Flemings leder, foreslog, at enzymet skulle kaldes "lysozym" og de bakterier, der er følsomme over for det, Micrococcus lysodeikticus [2] .
Efter den indledende eufori i jagten på antibakterielle midler viste lysozym sig at være af ringe klinisk værdi som et antibakterielt middel, og efter opdagelsen af penicillin falmede interessen for lysozym, indtil hønseæggehvidelysozym (HEWL) blev isoleret og oprenset.
Den tredimensionelle struktur af lysozym blev først opnået af David Chilton Phillips (1924-1999) i 1965, da han opnåede den første model ved hjælp af røntgenkrystallografi [7] [8] . Strukturen blev offentligt præsenteret ved en Royal Institution-forelæsning i 1965 [9] . Lysozym blev den anden proteinstruktur og den første enzymstruktur, der blev opnået ved røntgenkrystallografi, og det første enzym, der indeholdt den komplette sekvens af alle tyve standardaminosyrer [ 10] .
HEWL er en 14,3 kDa polypeptidkæde indeholdende 129 aminosyrerester med fire intramolekylære disulfidbroer og et isoelektrisk punkt nær ≈ 11,3; det er let opløseligt i vand. [elleve]
Som et enzym katalyserer HEWL hydrolysen af B-1,4-glykosidbindingen mellem N-acetylmuraminsyre og N-acetylglucosamin i peptidoglycanen i bakteriecellevæggen. Historisk set er dette protein et af de mest undersøgte proteiner inden for biokemi. I modsætning til de fleste proteiner krystalliserer lysozym let, og disse krystaller har gode brydningsegenskaber. Den komplette primære struktur af HEWL blev først belyst i 1963 [12] og lidt senere, i 1965, blev en tredimensionel struktur af HEWL skabt. Dechifrering af den tredimensionelle struktur af HEWL og HEWL-substratkomplekset åbnede vejen for at forstå lysozymets specifikationer og mekanismen for dets katalytiske aktivitet.
Undersøgelser af HEWL-aggregering blev vigtige, da punktmutationer i humant lysozym (som HEWL deler 60% sekvensidentitet med) viste sig at korrelere med arvelig systemisk amyloidose [13] .
Denne sjældne sygdom var symptomatisk med aflejring af amyloidfibriller af humant lysozym (nogle gange i kilogram) i nyrerne, mave-tarmkanalen, lymfeknuder, blodkar, milt og lever. Lysozym er måske det eneste enzym, der naturligt danner amyloid.
Humant lysozym er en glycosidase, der fungerer som et antibakterielt middel. Humant lysozym (EC 3.2.1.17) indeholder 130 rester, der tilhører C-type-klassen og er vidt udbredt i forskellige væv og kropsvæsker, herunder lever, ledbrusk, blod, spyt, tårevæske og mælk [14] . Det kodes af et gen placeret på det 12. kromosom og består af 4 exoner og 3 introner. [femten]
Lysozym hydrolyserer overvejende B-1,4 glykosidbindinger mellem N-acetylmuraminsyre og N-acetylglucosamin indeholdt i peptidoglycanstrukturen af cellevæggen i nogle mikroorganismer, især gram-positive bakterier, og spiller derfor en rolle i værtsforsvaret. Enzymet får muraminsyresukkeret til at være i en anstrengt konformation, og med den kombinerede virkning af to nøglerester - glutaminsyre i position 35 og asparaginsyre i position 52 - hydrolyserer glykosidbindinger.
Lysozym er stærkt udtrykt i hæmatopoietiske celler, hvor det findes i granulocytter, monocytter og makrofager, såvel som deres forstadier i knoglemarven. Den sædvanlige plasmakoncentration af lysozym er 4 til 13 mg/l, men kun spor af det kan ses i urinen hos raske personer. Indholdet af lysozym i modermælk er omkring 0,4 mg/ml, i tårevæsken 7 mg/ml, i spyt 0,2 mg/ml. Normalt producerer en person omkring 1500 ml spyt om dagen, som i alt indeholder omkring 300 mg lysozym. Baseret på disse data kan det beregnes, at spytkirtlerne i gennemsnit på 1 time producerer 12,5 mg endogent lysozym [16] . I alt produceres der omkring 500 mg lysozym om dagen i hele kroppen, men proteinets levetid i plasma er meget kort; 75 % eluerer inden for 1 time, hovedsageligt gennem nyrerne [17] . Svært forhøjede plasma- og lysozymkoncentrationer i urinen er forbundet med en række patologiske tilstande og har været overvåget i mange år som en mulig markør for monocytisk leukæmi, men samtidig, som i tilfældet med patienter med myeloproliferative lidelser, med normal nyrefunktion , øges produktionen af lysozym op til 4 gange.
I løbet af de sidste 30 år er humant lysozym og HEWL blevet brugt som referenceramme til at studere mange aspekter af proteinstruktur og funktion, herunder proteinstabilitet og proteinfoldning. Seks naturligt forekommende mutationer i humant lysozym [18] og aminosyresubstitutioner (alle lokaliseret i B-domæneområdet i lysozymets native struktur) [19] er blevet identificeret . Mutationer resulterer i flere proteinvarianter (I56T, F57I, W64R, D67H, T70N og F57I/T70N eller W112R/T70N). Alle disse varianter, undtagen T70N, er blevet forbundet med systemisk amyloidose, der involverer nyrer, lever og milt [13] , mens den ikke-amyloidogene T70N-variant er ret almindelig i den normale britiske befolkning.
I fødevareindustrien er det registreret som et fødevaretilsætningsstof E1105 (konserveringsmiddel).
I medicin, som et lokalt antiseptisk middel [20] - er den vigtigste aktive ingrediens i lægemidlet " Lyzobakt ", "Lyzobakt Complit", i Ukraine bruges det under handelsnavnet "Lysobakt" [21] . Under navnet "Lyso-B" blev det det første udenlandske lysozymholdige lægemiddel registreret i USSR og har været meget brugt i Rusland siden 1982 [22] . I løbet af denne tid er der blevet udført et stort antal kliniske undersøgelser. De viste effektiviteten og sikkerheden af lægemidlet Lizobact hos børn og voksne til behandling af akutte infektionssygdomme i de øvre luftveje, ØNH-organer, inflammatoriske sygdomme i parodontium og mundhule, i rehabilitering af børn med hyppige luftvejssygdomme.
I mangel af kontraindikationer (allergi over for hønseægprotein) kan lysozym tages af kvinder under graviditeten. Så det amerikanske FDA anerkendte lysozyms høje sikkerhedsprofil. I denne forbindelse har lysozym status som et "generelt anerkendt som sikkert (GRAS) supplement" [23] . Derudover har immunologiske undersøgelser i marsvin, kaniner og mennesker vist, at lysozym har mindre sensibiliserende potentiale end andre hønseægproteiner.
Lysozym virker på mikroorganismeceller på to måder [24] .
Enzymet angriber peptidoglycaner (især murein ), som er en del af bakteriers cellevægge (især meget af det i cellevæggene hos gram-positive bakterier - op til 50-80%). Lysozym hydrolyserer β(1→4)-glykosidbindingen mellem N-acetylmuraminsyre og N-acetylglucosamin . I dette tilfælde binder peptidoglycan til det aktive sted af enzymet (i form af en lomme) placeret mellem dets to strukturelle domæner. Sorptionscentret af lysozym repræsenterer 6 lommer (A, B, C, D, E, F), og i A, C og E kan kun N-acetylglucosamin binde, og i B, D og F - både N-acetylglucosamin og N -acetylmuraminsyre. Substratmolekylet i det aktive sted antager en konformation tæt på overgangstilstanden. I overensstemmelse med Phillips-mekanismen binder lysozym til et hexasaccharid og omdanner derefter den 4. rest i kæden til en twist stol-konformation. I denne stressede tilstand brydes glykosidbindingen mellem D- og E-centrene let. Lysozymhæmmeren er især N-acetylglucosamintrisaccharid, som binder til katalytisk inaktive steder A, B og C og forhindrer substratbinding.
Lysozym indeholder på det aktive sted to aminosyrerester, der er nødvendige for katalyse: glutaminsyre i position 35 og asparaginsyre i position 52. Resterne af glutaminsyre (Glu35) og asparaginsyre (Asp52) er kritiske for enzymets funktion, og Asp52 er ioniseret, mens Glu35 ikke er det. Nogle forfattere mener, at Glu35 fungerer som en protondonor under spaltningen af substratets glykosidbinding, og ødelægger bindingen, mens Asp52 fungerer som en nukleofil under dannelsen af et mellemprodukt, glycosylenzymet. Derefter reagerer glycosylenzymet med et vandmolekyle, hvorved enzymet vender tilbage til sin oprindelige tilstand, og der dannes et hydrolyseprodukt [25] . Denne enzymatiske egenskab er til stede i alle typer lysozym af forskellig oprindelse og afspejles i en af de meget anvendte varianter af navnet på dette protein - muramidase.
Andre forfattere mener, at reaktionen forløber gennem dannelsen af en carboxoniumion stabiliseret af den ladede carboxylgruppe i Asp52, mens frigivelsen af alkohol katalyseres af den generelle basekatalysemekanisme af den uladede carboxyl Glu35. [26] .
Lysozymmolekyler er indlejret i bakteriecellemembranen og danner porer i den. På grund af denne mekanisme kan lysozym ikke kun forårsage osmotisk død af en bakteriecelle, men øger også permeabiliteten af bakterielle membraner for andre antimikrobielle molekyler, herunder antibakterielle farmakologiske stoffer. [27]
Disse veje bestemmer virkningerne og virkningen af lysozym på forskellige typer mikroorganismer og den generelle tilstand af immunitet.
Lysozym har to virkningsmekanismer på bakterier [24] : enzymatisk og kationisk. Tilstedeværelsen af to komplementære bakteriedræbende mekanismer reducerer sandsynligheden for fuldstændig undgåelse af patogene bakterier af lysozyms antibakterielle virkning. Hvis der sker en modifikation af peptidoglycanstrukturen, som øger mikroorganismens modstand mod lysozyms enzymatiske virkning, og selv med fuldstændigt tab af cellevæggen (L-form), bør bakterier i en eller anden grad bevare følsomhed over for de kationiske virkningsmekanismer af dette protein [28] . I Østeuropa er HEWL med succes blevet brugt i kombination med antibiotika til behandling af bronkitis og lungebetændelse hos mennesker uden respiratorisk eller systemisk toksicitet [29] end i kontrolgruppen. Følelsesmæssig tonus, appetit, normalisering af søvn hos børn behandlet med Lysobact forekom 1-3 dage hurtigere end hos patienter, der kun blev behandlet med den primære behandling. Hos børn, der fik Lysobact som en del af et kompleks af terapeutiske foranstaltninger, forløb luftvejssygdommen uden komplikationer [30] .
De svampedræbende virkninger af lysozym blev først beskrevet i slutningen af 1960'erne og 1970'erne [31] [32] [33] Under elektron- og lysmikroskoper fandt man ud af, at lysozym, som i tilfældet med bakterieceller, virker på svampe i to forskellige komplementære måder mekanismer: enzymatisk hydrolyse af N-glykosidbindinger, der binder polysaccharider og strukturelle glycopeptider i cellevæggen; beskadigelse af den cytoplasmatiske membran af den kationiske mekanisme. Lysozyms kationiske natur og dets evne til at desintegrere og øge permeabiliteten af svampecellemembranen komplementerer lysozymets enzymatisk bestemte antifungale virkninger, hvilket generelt bringer disse forsvarsmekanismer tættere på dem mod bakterier [34] [35] .
En af de første (i 1973) den antivirale virkning af dette protein blev beskrevet af H. Arimura. Ifølge hans data reducerede lysozym isoleret fra den humane placenta adsorptionen af ectromelia-virus på celleoverfladen, i forbindelse med hvilken der blev gjort en antagelse om den vigtige beskyttende rolle af dette protein under graviditeten, når nogle andre forbindelser af anti-infektiøs beskyttelse er delvist undertrykt [36] . Senere demonstrerede S. Lee-Huang et al., evnen hos hønseægproteinlysozym, såvel som human type C-lysozym isoleret fra forskellige kilder (urin, mælk og neutrofiler), til dosisafhængigt at hæmme HIV-1-replikation i kulturer af T-lymfocytter og monocytter, der er følsomme over for denne virus. Et bredt spektrum af koncentrationer (0,01-10 μg/ml), hvor dette protein udviste virostatiske virkninger, er bemærkelsesværdigt [37] . Lysozyms egenskab til at binde DNA og RNA blev også opdaget. Interaktionen mellem lysozym og beslægtede molekyler med nukleinsyrer blev bekræftet ved forskellige metoder (gelelektroforese, bestemmelse af enzymatisk aktivitet, co-præcipitation) og gjorde det muligt for forfatterne at formulere tesen om, at det er denne egenskab ved lysozym, der ligger til grund for dets evne til at udøve en undertrykkende effekt på HIV-1-replikation og muligvis andre vira [38] . I vævskultur hæmmer lysozym reproduktionen af vira ved at stimulere syntesen af interferon. Interferoner er et almindeligt navn, der i øjeblikket bruges til at gruppere en række proteiner med lignende egenskaber, som udskilles af kroppens celler som reaktion på invasionen af virussen. Virkningen af interferon er ikke forbundet med en direkte effekt på vira eller celler, dvs. interferon virker ikke uden for cellen. Adsorberet på overfladen af cellen eller trænger ind i cellen, påvirker det processerne for virusreproduktion eller celleproliferation gennem cellegenomet (aktiverer syntesen af enzymer og inhibitorer, der blokerer translationen af viralt mRNA, og beskytter derved naboceller mod viral infektion ). Takket være interferoner bliver celler immune over for virussen. De antivirale virkninger af lysozym er blevet undersøgt i forhold til:
Lysozyms potentiale til at forebygge COVID-19 sygdom og reducere sandsynligheden for, at sygdommen udvikler sig fra mild til svær form, undersøges aktivt. [45] [46]
Det antages, at den primære replikation af SARS-CoV-2-virussen sker i de øvre luftveje. Lysozym hæmmer virusindtrængen ved at binde sig til cellulære receptorer eller virussen - kræver kationisk og hydrofob natur frem for enzymatisk aktivitet; virker på receptoren, som SARS-CoV-2-virussen binder sig til; beskadiger virussens skal; hæmmer virus-induceret cellefusion. Dette påvirker infektionen, reproduktionen og spredningen af virussen i kroppen. [46] . Påvirker cellesignalering, herunder NF-KB-vejen, som påvirker modtageligheden for infektion. Binder nukleinsyrer [47] .
Den sekundære immunmodulerende virkning af lysozym betragtes sædvanligvis kun i sammenhæng med frigivelsen af immunstimulerende lavmolekylære fragmenter efter ødelæggelsen af peptidoglycanen i bakteriecellevægge. Som et resultat af muramidaseaktivitet giver lysozym faktisk en stigning i det lokale niveau af NOD2- og NOD1-agonister (muramylpeptider) [48] , kendt som stimulatorer af centrale medfødte forsvarsmekanismer mod patogene mikroorganismer [49] [50] [51 ] . Samtidig har in vivo-modeller af infektioner vist, at lysozymmangel ikke kun fører til udvidelsen af K. pneumoniae, Streptococcus pneumoniae og nogle andre patogener, men også til et fald i produktionen af især anti-inflammatoriske cytokiner. IL-10 [52] [53] . Da lysozym er til stede på slimhindens overflade, øger det kroppens uspecifikke modstand og fremmer en stigning i produktionen af sekretorisk IgA, den vigtigste adaptive komponent i slimhindeimmuniteten [54] . Funktionen af ekstracellulært (herunder eksternt introduceret) lysozym i spyt og andre biologiske sekretioner reducerer mængden af substrat (uspaltet polymert peptidoglycan af bakteriecellevægge) for intracellulært lysozym i makrofager og neutrofiler og undertrykker derved overdreven aktivering af disse celler, migration af pro-inflammatoriske celler og oxidativ stress [55] Niveauet af lacrimal lysozym er en af de relevante biomarkører for slimhinde immunkompetence og kan forudsige risikoen for infektion med øvre luftvejsinfektioner [56] I forbindelse med søgen efter effektive og ikke -toksiske midler til behandling og forebyggelse af sygdommen forårsaget af SARS-CoV-2 i 2020 undersøgelser af lysozym er blevet udført. Det blev konkluderet, at Lysozym har en positiv stimulerende effekt på immunsystemet, men samtidig svækker de negative virkninger af en overdreven reaktion af immunsystemet på infektion [45] . Det er nu kendt, at svær SARS-CoV-2 er forbundet med oxidativt stress (herunder AGE involvering), inflammation forårsaget af neutrofiler og makrofager, TNF-α og IL-6 cytokiner og et aktiveret RAS system [45] . Lysozym spiller en vigtig rolle i den systemiske begrænsning af inflammation, hvilket fører til et fald i immunpatologi og sandsynligheden for overgangen af sygdommen fra milde til svære former. Lysozym virker på mikrober i neutrofiler og makrofager, hvilket øger deres anti-inflammatoriske respons. Når lysozym frigives af disse celler og epitelceller i det ekstracellulære rum, reducerer det også den generelle inflammation og reducerer oxidativt udbrud og kemotaksi i neutrofiler. Det undertrykker produktionen af TNF-α og IL-6 af makrofager, binder og reducerer niveauet af cirkulerende AGE'er, øger deres udskillelse i nyrerne, og eksogent lysozym forringer peptidoglycans evne til at binde komplementfaktorer, der virker som anaphylotoksiner. Kyllingeægproteinlysozym (HEWL) viste også, når man modellerede tarmfordøjelsen, en mærkbar antioxidant- og ACE-hæmmende aktivitet [57] . Oral administration af lysozym i dyremodeller og i humane undersøgelser viser dets evne til systemisk at begrænse inflammation, hvilket resulterer i en reduktion i immunpatologi [45] .
![]() | |
---|---|
I bibliografiske kataloger |
|
Hydrolaser ( EC 3): glycosylhydrolaser ( EC 3.2.1) | |
---|---|
|
Antimikrobielle peptider : indhold af granulocytgranulat | |
---|---|
Azurofile granulat : |
|
Specifikke neutrofile granula : |
|
Eosinofile granulat : |
|
Antivirale midler til systemisk brug - ATC- J05 | ||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
I henhold til ATC- klassifikation | ||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||
Andre uklassificerede stoffer |