LL-37 (Katelicydyna) — ludzki peptyd przeciwdrobnoustrojowy

Wprowadzenie

LL-37 jest jedynym peptydem z rodziny katelicydyn identyfikowanym u człowieka, co czyni go unikalnym elementem wrodzonego systemu odpornościowego. Ten 37-aminokwasowy peptyd (stąd oznaczenie „37" w nazwie, a „LL" od dwóch leucyn rozpoczynających sekwencję) stanowi aktywny fragment prekursorowego białka hCAP18 (human Cationic Antimicrobial Protein 18 kDa). hCAP18 jest produkowany przez neutrofile, monocyty, makrofagi, komórki nabłonkowe, keratynocyty oraz komórki tuczne, a jego proteolityczne cięcie przez proteinazę 3 uwalnia dojrzały peptyd LL-37.

Od pierwszej charakterystyki w 1995 roku LL-37 stał się jednym z najintensywniej badanych peptydów przeciwdrobnoustrojowych (AMP — antimicrobial peptides) na świecie. Baza PubMed zawiera ponad 2900 publikacji poświęconych temu peptydowi, co świadczy o ogromnym zainteresowaniu środowiska naukowego. Dzieje się tak, ponieważ LL-37 wykracza daleko poza prostą funkcję antybiotyczną — jest wielofunkcyjną cząsteczką łączącą działanie przeciwbakteryjne, przeciwwirusowe, przeciwgrzybicze, immunomodulujące, proangiogenne i wspomagające gojenie ran.

W erze narastającej antybiotykooporności peptydy przeciwdrobnoustrojowe, a w szczególności LL-37, zyskują status potencjalnych alternatyw lub uzupełnień klasycznej antybiotykoterapii. Zdolność LL-37 do rozbijania biofilmów bakteryjnych — struktur odpowiedzialnych za przewlekłe, oporne na leczenie infekcje — czyni go szczególnie obiecującym w kontekście współczesnych wyzwań medycyny.

---

Kluczowe ustalenia

• LL-37 jest jedyną katelicydyną występującą u człowieka, pełniącą kluczową rolę w odporności wrodzonej
• Wykazuje aktywność przeciwdrobnoustrojową o szerokim spektrum: bakterie gram-dodatnie i gram-ujemne, grzyby, wirusy otoczkowe
• Skutecznie rozbija biofilmy bakteryjne — w tym biofilmy Pseudomonas aeruginosa i Staphylococcus aureus
• Moduluje sygnalizację receptorów Toll-like (TLR), wpływając na balans odpowiedzi zapalnej
• Promuje angiogenezę i migrację komórek, wspomagając gojenie ran
• Rekrutuje komórki odpornościowe do miejsca infekcji poprzez działanie chemotaktyczne
• Neutralizuje lipopolisacharyd (LPS) bakterii gram-ujemnych, zapobiegając nadmiernej aktywacji zapalnej
• Wykazuje aktywność przeciwnowotworową w wybranych modelach eksperymentalnych

---

Mechanizm działania

Bezpośrednie działanie przeciwdrobnoustrojowe

LL-37 jest peptydem kationowym i amfipatycznym — posiada ładunek dodatni (+6 w pH fizjologicznym) oraz zdolność do przyjmowania struktury α-helisy w kontakcie z błonami lipidowymi. Te właściwości są fundamentem jego działania przeciwdrobnoustrojowego.

Mechanizm zabijania drobnoustrojów przez LL-37 opiera się na interakcji elektrostatycznej między dodatnio naładowanym peptydem a ujemnie naładowanymi składnikami błon komórkowych bakterii (lipopolisacharyd u bakterii gram-ujemnych, kwas lipotejchojowy i peptydoglikan u gram-dodatnich). Po wstępnym związaniu z powierzchnią błony, LL-37 insertuje się w dwuwarstwę lipidową i tworzy pory lub destabilizuje strukturę błony, prowadząc do wycieku zawartości komórkowej i śmierci drobnoustroju.

Opisano kilka modeli tworzenia porów przez LL-37:

• Model toroidalny (toroidal pore) — peptyd indukuje zagięcie błony, tworząc pory wyścielone zarówno cząsteczkami peptydu, jak i lipidami
• Model dywanowy (carpet model) — cząsteczki peptydu pokrywają powierzchnię błony i po osiągnięciu krytycznego stężenia powodują jej dezintegrację
• Model detergentowy — przy wyższych stężeniach LL-37 działa podobnie do detergentu, solubilizując fragmenty błony w postaci micel

Co istotne, selektywność LL-37 wobec komórek drobnoustrojów wynika z fundamentalnych różnic w składzie błon komórkowych. Błony komórek ssaków, bogate w cholesterol i fosfatydylocholinę (obojętne elektrycznie), są znacznie mniej podatne na działanie kationowych AMP niż ujemnie naładowane błony bakterii.

Aktywność antybiofilmowa

Jednym z najważniejszych aspektów działania LL-37 jest zdolność do hamowania tworzenia i rozbijania istniejących biofilmów bakteryjnych. Biofilmy to zorganizowane społeczności drobnoustrojów otoczone macierzą egzopolisacharydową, które wykazują do 1000-krotnie większą oporność na konwencjonalne antybiotyki w porównaniu z formami planktonowymi.

Przełomowe badania Overhage i współpracowników (2008) wykazały, że LL-37 w stężeniach subhamujących (znacznie poniżej minimalnego stężenia hamującego dla form planktonowych) skutecznie zapobiega tworzeniu biofilmu Pseudomonas aeruginosa. Peptyd ten działa na biofilm wielotorowo:

• Hamuje wstępną adhezję bakterii do powierzchni
• Stymuluje ruchliwość twitching-type, zaburzając organizację biofilmu
• Penetruje macierz egzopolisacharydową i destabilizuje jej strukturę
• Obniża ekspresję genów quorum sensing niezbędnych do koordynacji biofilmu

Immunomodulacja i sygnalizacja TLR

LL-37 jest znacznie więcej niż prostym „antybiotykiem peptydowym". Pełni rolę alarmy — cząsteczki sygnałowej łączącej odporność wrodzoną z adaptacyjną. Kluczowe mechanizmy immunomodulujące obejmują:

Modulacja TLR. LL-37 wiąże się z DNA i RNA uwolnionymi z martwych komórek, tworząc kompleksy aktywujące receptory TLR9 (dla DNA) i TLR7/8 (dla RNA) w komórkach dendrytycznych plazmacytoidalnych. Ta aktywacja prowadzi do produkcji interferonów typu I, wzmacniając odpowiedź przeciwwirusową. Jednocześnie LL-37 neutralizuje LPS, zapobiegając nadmiernej aktywacji TLR4 — co chroni przed sepsą i wstrząsem septycznym.

Chemotaksja. LL-37 działa jako chemoatraktant dla neutrofilów, monocytów, limfocytów T i komórek tucznych poprzez aktywację receptora formylopeptydowego FPRL1 (FPR2/ALX). Rekrutacja komórek odpornościowych do miejsca infekcji jest kluczowym elementem skutecznej odpowiedzi immunologicznej.

Modulacja odpowiedzi zapalnej. LL-37 wykazuje dualistyczną naturę — w zależności od kontekstu może zarówno wzmacniać, jak i hamować odpowiedź zapalną. W obecności aktywnej infekcji wzmacnia rekrutację i aktywację komórek odpornościowych, natomiast w fazie rozwiązywania zapalenia promuje działanie przeciwzapalne i regenerację tkanek.

Proangiogeneza i gojenie ran

LL-37 bezpośrednio stymuluje angiogenezę (tworzenie nowych naczyń krwionośnych) poprzez aktywację receptora FPRL1 na komórkach śródbłonka naczyniowego. Promuje proliferację i migrację komórek endotelialnych oraz tworzenie struktur kapilarnych in vitro. W kontekście gojenia ran, LL-37 stymuluje migrację keratynocytów, wspomaga reepitelializację oraz moduluje odpowiedź zapalną w łożysku rany, przyspieszając przejście od fazy zapalnej do proliferacyjnej.

---

Przegląd badań

Badania antybiofilmowe

Overhage i współpracownicy (2008) opublikowali w Infection and Immunity fundamentalną pracę wykazującą zdolność LL-37 do hamowania biofilmu P. aeruginosa. W stężeniu zaledwie 0,5 μg/ml — 128-krotnie poniżej MIC — LL-37 hamował tworzenie biofilmu o ponad 50%. Mechanizm obejmował stymulację ruchliwości twitching i obniżenie ekspresji genów biofilmowych (lasI, rhlR, rhlA).

Dalsze badania nad biofilmami Staphylococcus aureus, w tym szczepami MRSA, potwierdziły skuteczność LL-37 w stężeniach submikrobójczych. Dean i współpracownicy (2011) wykazali, że LL-37 penetruje macierz biofilmu gronkowcowego i działa synergistycznie z konwencjonalnymi antybiotykami, przywracając ich skuteczność wobec bakterii osłonionych biofilmem.

Immunomodulacja i sepsa

Kahlenberg i Kaplan (2013) w obszernym przeglądzie opublikowanym w Journal of Immunology systematyzowali wiedzę o immunomodulujących właściwościach LL-37. Autorzy podkreślili zdolność peptydu do tworzenia kompleksów z kwasami nukleinowymi i aktywacji szlaku interferonowego, co ma znaczenie zarówno w kontekście obrony przeciwwirusowej, jak i patogenezy chorób autoimmunologicznych (łuszczyca, toczeń).

W modelach sepsy u myszy egzogenne podanie LL-37 (mCRAMP — mysi odpowiednik) zmniejszało śmiertelność o 40-60%, głównie poprzez neutralizację endotoksyn i modulację odpowiedzi cytokinowej. Badania na myszach z nokautem genu CRAMP (Camp-/-) wykazały znacząco zwiększoną podatność na infekcje bakteryjne skóry, płuc i dróg moczowych.

Aktywność przeciwwirusowa

Vandamme i współpracownicy (2012) w kompleksowej pracy przeglądowej opisali szerokie spektrum aktywności przeciwwirusowej LL-37. Peptyd wykazuje bezpośrednie działanie wirusobójcze wobec wirusów otoczkowych — w tym wirusa grypy (IAV), HIV-1, wirusa syncytialnego układu oddechowego (RSV) i wirusa opryszczki (HSV). Mechanizm obejmuje destabilizację otoczki lipidowej wirusa oraz blokowanie wnikania do komórek gospodarza.

W kontekście wirusa grypy Tripathi i współpracownicy (2013) wykazali, że LL-37 bezpośrednio wiąże się z hemaglutininą wirusową, hamując fuzję wirionu z błoną komórkową. Efekt ten obserwowano dla różnych podtypów grypy A, w tym H1N1 i H3N2.

Badania dermatologiczne

Rola LL-37 w fizjologii skóry jest szczególnie dobrze udokumentowana. Peptyd ten stanowi element pierwszej linii obrony skóry przed infekcjami. W przebiegu ran skórnych ekspresja LL-37 wzrasta kilkukrotnie w keratynocytach brzegu rany, co koreluje z przyspieszeniem reepitelializacji. Heilborn i współpracownicy (2003) wykazali, że w przewlekłych owrzodzeniach żylnych ekspresja LL-37 jest obniżona, co może przyczyniać się do upośledzonego gojenia.

---

Dawkowanie i protokoły

Typowe dawkowanie

Na podstawie dostępnych badań i protokołów klinicznych stosuje się następujące zakresy dawkowania LL-37:

• Podanie podskórne: 50–100 mcg dziennie lub co drugi dzień
• Protokoły immunostymulujące: 50 mcg dziennie przez 2–4 tygodnie, następnie 2–3 razy w tygodniu jako dawka podtrzymująca
• Protokoły łączone: LL-37 bywa stosowany w połączeniu z tymozyną alfa-1 w kontekście wsparcia odporności
• Czas kuracji: typowo 4–12 tygodni w zależności od celu terapeutycznego

Dawkowanie LL-37 wymaga indywidualnego podejścia ze względu na złożoność jego mechanizmów działania i zależność efektów od kontekstu immunologicznego pacjenta.

Podanie

• Iniekcja podskórna — podstawowa droga podania w protokołach ogólnoustrojowych. Preferowane miejsca: okolica brzuszna, udo. Iniekcje wykonuje się powoli, zmieniając miejsca podania.
• Podanie miejscowe — w kontekście gojenia ran i dermatologii. Formulacje w postaci żeli i kremów z LL-37 są przedmiotem aktywnych badań klinicznych.
• Podanie wziewne — badane w kontekście infekcji dróg oddechowych i biofilmów płucnych (szczególnie u pacjentów z mukowiscydozą).

Roztwór LL-37 wymaga przechowywania w temperaturze 2–8°C. Peptyd jest wrażliwy na proteolizę w surowicy, co stanowi jedną z motywacji do opracowywania zmodyfikowanych analogów o zwiększonej stabilności.

---

Profil bezpieczeństwa

LL-37 jako endogenny peptyd ludzkiego organizmu charakteryzuje się doskonałą tolerancją. Fizjologicznie obecny w wielu tkankach i płynach ustrojowych (osocze, pot, ślina, płyn owodniowy, mleko kobiece), stanowi naturalny składnik systemu odpornościowego.

W badaniach klinicznych i obserwacyjnych profil działań niepożądanych LL-37 jest bardzo korzystny:

• Łagodne, przejściowe zaczerwienienie i tkliwość w miejscu iniekcji (najczęstszy efekt uboczny, ustępujący w ciągu 1–2 godzin)
• Sporadycznie łagodne objawy grypopodobne (subfebrylna temperatura, zmęczenie) w pierwszych dniach stosowania — interpretowane jako wyraz aktywacji immunologicznej
• Brak istotnych działań ogólnoustrojowych w stosowanych dawkach terapeutycznych

Selektywność LL-37 wobec błon drobnoustrojów (kationowy peptyd vs. ujemnie naładowane błony bakterii) minimalizuje ryzyko uszkodzenia komórek gospodarza. Profil bezpieczeństwa dodatkowo wzmacnia fakt, że organizm ludzki posiada naturalne mechanizmy regulujące poziom i aktywność katelicydyny — w tym białka wiążące (np. apolipoproteina APOA1) i proteazy degradujące.

---

Perspektywy

Badania nad LL-37 i pochodnymi katelicydynami rozwijają się w kilku fascynujących kierunkach:

Analogi o zwiększonej stabilności. Jednym z głównych ograniczeń natywnego LL-37 jest podatność na degradację przez proteazy surowicze. Liczne grupy badawcze opracowują zmodyfikowane analogi — z użyciem D-aminokwasów, cyklizacji, peptoidów lub stapled peptides — które zachowują aktywność biologiczną przy znacznie zwiększonej stabilności in vivo.

Terapia antybiofilmowa. W obliczu globalnego kryzysu antybiotykooporności, zdolność LL-37 do rozbijania biofilmów i uwrażliwiania bakterii na konwencjonalne antybiotyki czyni go obiecującym składnikiem terapii kombinowanych. Trwają badania nad synergią LL-37 z antybiotykami ostatniej linii w leczeniu infekcji związanych z implantami i cewnikami.

Onkologia. Wstępne badania wykazują bezpośrednią cytotoksyczność LL-37 wobec wybranych linii komórek nowotworowych (rak jajnika, czerniak, rak jelita grubego), co otwiera nowe perspektywy w immunoterapii nowotworów. Mechanizm obejmuje zarówno bezpośrednią destabilizację błon komórek nowotworowych, jak i aktywację odpowiedzi immunologicznej przeciwnowotworowej.

Infekcje dróg oddechowych. Wziewne formy LL-37 są badane w kontekście mukowiscydozy, przewlekłego zapalenia płuc i infekcji związanych z biofilmami Pseudomonas w drogach oddechowych. Badania kliniczne fazy I/II wykazują obiecujące wyniki.

Medycyna regeneracyjna. Proangiogenne i regeneracyjne właściwości LL-37 budzą zainteresowanie w kontekście leczenia przewlekłych ran (owrzodzenia cukrzycowe, odleżyny) oraz regeneracji tkanek po urazach.

---

Bibliografia

1. Vandamme D, Landuyt B, Luyten W, Schoofs L. A comprehensive summary of LL-37, the factotum human cathelicidin peptide. Cellular Immunology. 2012;280(1):22-35. doi:10.1016/j.cellimm.2012.11.009

2. Overhage J, Campisano A, Bains M, Torber ECW, Rehm BHA, Hancock REW. Human host defense peptide LL-37 prevents bacterial biofilm formation. Infection and Immunity. 2008;76(9):4176-4182. doi:10.1128/IAI.00318-08

3. Kahlenberg JM, Kaplan MJ. Little peptide, big effects: the role of LL-37 in inflammation and autoimmune disease. Journal of Immunology. 2013;191(10):4895-4901. doi:10.4049/jimmunol.1302005

4. Heilborn JD, Nilsson MF, Kratz G, et al. The cathelicidin anti-microbial peptide LL-37 is involved in re-epithelialization of human skin wounds and is lacking in chronic ulcer epithelium. Journal of Investigative Dermatology. 2003;120(3):379-389. doi:10.1046/j.1523-1747.2003.12069.x

5. Tripathi S, Tecle T, Verma A, Crouch E, White M, Hartshorn KL. The human cathelicidin LL-37 inhibits influenza A viruses through a mechanism distinct from that of surfactant protein D or defensins. Journal of General Virology. 2013;94(Pt 1):40-49. doi:10.1099/vir.0.045013-0

6. Dean SN, Bishop BM, van Hoek ML. Natural and synthetic cathelicidin peptides with anti-microbial and anti-biofilm activity against Staphylococcus aureus. BMC Microbiology. 2011;11:114. doi:10.1186/1471-2180-11-114

7. Koczulla R, von Degenfeld G, Kupatt C, et al. An angiogenic role for the human peptide antibiotic LL-37/hCAP-18. Journal of Clinical Investigation. 2003;111(11):1665-1672. doi:10.1172/JCI17545

8. Hancock REW, Haney EF, Gill EE. The immunology of host defence peptides: beyond antimicrobial activity. Nature Reviews Immunology. 2016;16(5):321-334. doi:10.1038/nri.2016.29

9. Dürr UHN, Sudheendra US, Ramamoorthy A. LL-37, the only human member of the cathelicidin family of antimicrobial peptides. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. 2006;1758(9):1408-1425. doi:10.1016/j.bbamem.2006.03.030