Forschung im Klartext
LL-37
Worum geht's
LL-37 ist das einzige humane Cathelicidin-antimikrobielle Peptid, ein kationisches alpha-helikales Peptid aus 37 Resten, das aus dem hCAP-18-Vorlaeufer in Neutrophilen, Keratinozyten und Epithelien freigesetzt wird. Es wird untersucht fuer die direkte Breitspektrum-Abtoetung von Bakterien und Pilzen durch Membranzerstoerung, fuer die Neutralisierung von bakteriellem LPS (Endotoxin) und die Daempfung entzuendlicher Zytokine sowie fuer die Foerderung der Reepithelisierung von Hautwunden und der Angiogenese.
In Studien so eingesetzt
- Modell
- Zellfrei / Bakterienkultur (in vitro)
- Untersucht bei
- Breitspektrum-antibakterielle Aktivitaet (gramnegativ und grampositiv) und LPS/Endotoxin-Bindung
- Dosis
- In vitro: MIC less than 10 micrograms/mL (about <2.2 micromolar, MW ~4493) against P. aeruginosa, S. typhimurium, E. coli, L. monocytogenes, S. epidermidis, S. aureus and vancomycin-resistant enterococci
- Dosierung
- Einmalige Exposition, Bouillon-Mikrodilution und Radialdiffusionsassays
- Applikation
- in vitro
- Dauer
- Standard-Empfindlichkeitsinkubation ueber Nacht
Gemessene Wirkung: MIC unter 10 Mikrogramm/mL gegen die aufgefuehrten Pathogene selbst in 100 mM NaCl. Die Aktivitaet gegen MRSA, Proteus mirabilis und Candida albicans ging bei 100 mM NaCl verloren, war aber im salzarmen Medium vorhanden; Burkholderia cepacia war vollstaendig resistent. LL-37 permeabilisierte sowohl die aeussere als auch die innere Membran von E. coli ML-35p und band E. coli O111:B4 LPS mit hoher Affinitaet und positiver Kooperativitaet (Hill-Koeffizient 2,02). Generell weniger potent als Protegrin PG-1.
Nebenwirkungen: Nicht anwendbar (zellfreier/bakterieller Assay); salzabhaengiger Aktivitaetsverlust als Limitation vermerkt
- Modell
- Zellkultur / Hefe (in vitro), 10 klinische Staemme von Candida auris
- Untersucht bei
- Antimykotische Aktivitaet gegen multiresistente Candida auris
- Dosis
- In vitro: MIC 25-100 micrograms/mL (about 5.6-22 micromolar); MFC 50-200 micrograms/mL
- Dosierung
- Einmalige Exposition, Bouillon-Mikrodilution; Wirkstoffkombinationen im Verhaeltnis 1:1 getestet
- Applikation
- in vitro
- Dauer
- Standard-Inkubation der Antimykotika-Empfindlichkeit
Gemessene Wirkung: MIC 25-100 Mikrogramm/mL und fungizide Konzentration 50-200 Mikrogramm/mL ueber 10 Staemme. Im Verhaeltnis 1:1 mit Antimykotika kombiniert ergab sich 70% Synergie mit Fluconazol und 100% Synergie sowohl mit Amphotericin B als auch mit Caspofungin, ohne Antagonismus. Propidiumiodid-Aufnahme und Rasterelektronenmikroskopie zeigten Membranpermeabilisierung und Oberflaechenzerstoerung; LL-37 erhoehte die Aktivitaet antioxidativer Enzyme (oxidativer Stress) und arretierte die Zellen in der S-Phase.
Nebenwirkungen: In dieser Studie wurde keine Zytotoxizitaet an Saeugerzellen oder Haemolyse gemessen; die Autoren weisen darauf als Luecke hin, die kuenftige Arbeit erfordert
- Modell
- Humane Keratinozyten-Linie (HaCaT, in vitro) plus Maus (ob/ob) Exzisionswunden in vivo
- Untersucht bei
- Wundheilung (Keratinozyten-Migration und Reepithelisierung)
- Dosis
- In vivo dose not expressed per kg: LL-37 was delivered by adenoviral gene transfer into the wound, not as a weighed peptide dose, so no mg/kg figure exists. In vitro keratinocyte assays used micromolar LL-37 (low-micromolar range).
- Dosierung
- Einmalige adenovirale Wund-Applikation (in vivo); einmalige Peptidexposition fuer Zellassays
- Applikation
- in vitro (Zellen) und intradermaler/in-Wunde adenoviraler Transfer (Maeuse)
- Dauer
- Wundheilungs-Nachbeobachtung ueber den Zeitraum des Exzisionswundverschlusses
Gemessene Wirkung: In vitro aktivierte LL-37 die Migration von HaCaT-Keratinozyten mit Aktin-Umbau, erhoehte die Tyrosin-Phosphorylierung der fokalen Adhaesionskinase und von Paxillin, induzierte die Transkriptionsfaktoren Snail/Slug, aktivierte Matrix-Metalloproteinasen und beanspruchte die MAPK- und PI3K/Akt-Signalwege (ueber EGFR-Transaktivierung und FPRL-1-Induktion). In vivo verbesserte der adenovirale LL-37-Transfer in Exzisionswunden bei ob/ob-Maeusen signifikant die Reepithelisierung und die Bildung von Granulationsgewebe gegenueber der Kontrolle.
Nebenwirkungen: In dieser Studie wurden keine unerwuenschten Ereignisse berichtet
- Modell
- Maus (adulte maennliche BALB/c), MRSA-infizierte chirurgische Rueckenwunden; 80 Maeuse in 8 Gruppen zu je 10
- Untersucht bei
- MRSA-infizierte Wundheilung und bakterielle Eliminierung
- Dosis
- 1 mg/kg LL-37 (given topically and/or intraperitoneally); teicoplanin comparator at 7 mg/kg
- Dosierung
- Behandlung 24 Stunden nach Infektion begonnen
- Applikation
- topisch und/oder intraperitoneal
- Dauer
- 14 Tage
Gemessene Wirkung: Unbehandelte infizierte Wunden erreichten 7,8 x 10^7 KBE/g. Kombiniertes topisches plus intraperitoneales LL-37 reduzierte die Keimzahlen auf 6,9 x 10^2 KBE/g (signifikant vs. unbehandelt und vs. Einzelroute, p<0,05 bis p<0,001), nahe an Teicoplanin kombiniert (3,0 x 10^2 KBE/g). Die Histologie der kombinierten LL-37-Gruppe zeigte verstaerkte Reepithelisierung, Granulationsgewebe, Kollagenorganisation und Angiogenese (VEGF-Expression und Mikrogefaessdichte).
Nebenwirkungen: Intraperitoneales LL-37 wurde als sicher berichtet, ohne dass toxische Nebenwirkungen beobachtet wurden
- Modell
- Maus, Modell der polymikrobiellen Sepsis durch Zoekum-Ligatur und -Punktion (CLP)
- Untersucht bei
- Sepsis / Immunmodulation (Makrophagen-Pyroptose, Zytokine, Ueberleben)
- Dosis
- 2 micrograms per mouse IV (a 1 microgram per mouse dose was also tested and was less effective). Body weight was not reported, so a per-kg value cannot be derived without assumption; at a typical ~20 g BALB/c mouse this is roughly 0.1 mg/kg (estimate only, weight not stated in the paper).
- Dosierung
- Einmalige intravenoese Dosis unmittelbar nach CLP-Operation gegeben
- Applikation
- intravenoes
- Dauer
- Einmalige Dosis; Ueberleben bis 7 Tage beobachtet, Mediator-/Bakterienprobenahme nach 15 Stunden
Gemessene Wirkung: Das 7-Tage-Ueberleben stieg von 6,7% (CLP-Kontrolle) auf 36,4% mit LL-37 (p<0,05). Nach 15 Stunden senkte LL-37 das Serum-IL-1beta (230 auf 49 pg/mL, p<0,001), das Serum-IL-6 (92 auf 77 ng/mL, p<0,001) und das Serum-TNF-alpha (521 auf 308 pg/mL, p<0,05), hemmte die Caspase-1-Aktivierung und die Pyroptose peritonealer Makrophagen und reduzierte die Bakterienlast in der Peritonealfluessigkeit (2,5 auf 0,7 x 10^9 KBE/mL, p<0,001) und im Blut (4,2 auf 1,8 x 10^5 KBE/mL, p<0,05).
Nebenwirkungen: In dieser Studie wurden keine unerwuenschten Wirkungen berichtet
- Modell
- Mensch, Erwachsene mit schwer heilenden chronischen venoesen Beinulzera (n=34); First-in-Man Phase I/IIa
- Untersucht bei
- Heilung chronischer venoeser Beinulzera
- Dosis
- Topical wound application of LL-37 at 0.5, 1.6 or 3.2 mg/mL solution. This is an applied wound concentration, not a systemic body-weight dose; no mg/kg basis applies and no body weight was used for dosing.
- Dosierung
- Zweimal woechentliche Applikationen; 3-woechige Placebo-Einlaufphase, dann 4-woechige randomisierte doppelblinde Behandlung
- Applikation
- topisch
- Dauer
- 4-woechige Behandlungsphase plus 4-woechige Nachbeobachtung
Gemessene Wirkung: Die Heilungsraten-Konstanten waren etwa 6-fach (0,5 mg/mL, p=0,003) und 3-fach (1,6 mg/mL, p=0,088) hoeher als Placebo. Die mittlere Ulkusflaeche fiel um 68% (0,5 mg/mL) und 50% (1,6 mg/mL). Die hoechste Konzentration (3,2 mg/mL) zeigte keinen Vorteil gegenueber Placebo, im Einklang mit der Zytotoxizitaet von LL-37 bei hoeheren Konzentrationen.
Nebenwirkungen: Keine Sicherheitsbedenken hinsichtlich lokaler oder systemischer unerwuenschter Ereignisse; die Behandlung war sicher und gut vertraeglich
- Modell
- Mensch, Erwachsene mit schwer heilenden venoesen Beinulzera (n=148, mittleres Alter 67,6 J, mittlere Wunde 11,6 cm2); Phase IIb HEAL, multizentrisch
- Untersucht bei
- Heilung chronischer venoeser Beinulzera (konfirmatorische Studie)
- Dosis
- Topical LL-37 at 0.5 or 1.6 mg/mL plus compression. Applied wound concentration, not a systemic per-kg dose.
- Dosierung
- Topisch, in Kombination mit Kompressionstherapie (doppelblind, placebokontrolliert, drei Arme)
- Applikation
- topisch
- Dauer
- Behandlungs- und Heilungsbeurteilungszeitraum der Studie (gemaess Protokoll)
Gemessene Wirkung: Negativ in der primaeren Analyse: keine signifikante Verbesserung der Heilung fuer LL-37 vs. Placebo in der Gesamtpopulation. Eine Post-hoc-Subgruppe grosser Ulzera (mindestens 10 cm2) zeigte eine signifikante Verbesserung mehrerer zusammenhaengender Heilungsparameter, aber dies war nicht der vorab festgelegte Endpunkt und benoetigt eine ausreichend gepowerte konfirmatorische Studie.
Nebenwirkungen: Das Studienmedikament war sowohl bei 0,5 als auch bei 1,6 mg/mL gut vertraeglich und sicher
Wie belastbar
Gemischte Qualitaet, und ehrlich gesagt ist die humane Wundheilungs-Evidenz der Schwachpunkt. Die antimikrobiellen In-vitro-Daten sind solide und reproduzierbar: die Turner-Studie von 1998 (PMID 9736536) ist eine grundlegende, viel zitierte Methodenarbeit, die eine MIC unter 10 Mikrogramm/mL gegen mehrere Pathogene zeigt, aber sie legt auch LL-37s groessten In-vitro-Vorbehalt offen, naemlich dass die Aktivitaet bei physiologischem Salzgehalt (100 mM NaCl) fuer MRSA, Proteus und Candida stark abfaellt. Die Candida-auris-Antimykotika-Arbeit (PMID 35205958) ist eine Einzelgruppen-In-vitro-Studie aus einem Labor ohne Zytotoxizitaetskontrollen an Saeugerzellen, was die Autoren selbst hervorheben, sodass die Synergie- und S-Phasen-Arrest-Aussagen vorlaeufig sind. Die Tierdaten (PMID 34680791 MRSA-Wunde; PMID 26746575 CLP-Sepsis) sind kleine Einzelexperiment-Nagerstudien mit starken P-Werten, aber nur bescheidenen absoluten Ueberlebensgewinnen (Sepsis-Ueberleben nur 6,7% auf 36,4%) und kurzer Nachbeobachtung; die Sepsis-Dosis wird mit 2 Mikrogramm pro Maus angegeben, ohne dass ein Koerpergewicht genannt wird, sodass jede mg/kg-Angabe eine Schaetzung ist und keine veroeffentlichte Dosis pro kg. Die Carretero-Wundstudie (PMID 17805349) verabreichte LL-37 in vivo durch adenoviralen Gentransfer, nicht als gewogenes Peptid, sodass sie ueberhaupt nicht in eine Dosis umgerechnet werden kann. Fuer den Menschen gibt es zwei randomisierte kontrollierte Studien, und sie widersprechen sich: die First-in-Man-Phase I/IIa (PMID 25041740, n=34, Sponsor Pergamum/Promore) war bei den beiden niedrigeren topischen Konzentrationen positiv mit einer klaren glockenfoermigen Dosis-Wirkungs-Beziehung (die hoechste Dosis von 3,2 mg/mL versagte, im Einklang mit Selbst-Zytotoxizitaet), aber die groessere konfirmatorische Phase-IIb-HEAL-Studie (PMID 34687253, n=148, dieselbe Sponsor-Linie, Wirkstoffname Ropocamptid) war beim primaeren Endpunkt NEGATIV, mit nur einem Post-hoc-Subgruppensignal bei grossen Ulzera. Beide Humanstudien wurden vom Sponsor durchgefuehrt. Fazit: gute Evidenz fuer den antimikrobiellen und immunmodulatorischen Mechanismus, aber der klinische Wundheilungsnutzen ist unbewiesen, die einzige ausreichend gepowerte Humanstudie scheiterte, und jede Humandosierung ist eine topische Wundkonzentration (mg/mL), niemals eine systemische Dosis pro kg. Die Sicherheit war ueber die Studien hinweg bei den verwendeten Dosen durchgaengig unbedenklich, mit dem bemerkenswerten Vorbehalt, dass LL-37 fuer Saeugerzellen bei hoeheren Konzentrationen zytotoxisch ist.
Quellen
- Turner J, et al. Activities of LL-37, a cathelin-associated antimicrobial peptide of human neutrophils. Antimicrob Agents Chemother. 1998;42(9):2206-14.(PMID 9736536)
- Rather IA, et al. Antifungal Activity of Human Cathelicidin LL-37 by Triggering Oxidative Stress and Cell Cycle Arrest in Candida auris. J Fungi (Basel). 2022;8(2):204.(PMID 35205958)
- Carretero M, et al. In vitro and in vivo wound healing-promoting activities of human cathelicidin LL-37. J Invest Dermatol. 2008;128(1):223-36.(PMID 17805349)
- Simonetti O, et al. Efficacy of Cathelicidin LL-37 in an MRSA Wound Infection Mouse Model. Antibiotics (Basel). 2021;10(10):1210.(PMID 34680791)
- Hu Z, et al. Antimicrobial cathelicidin peptide LL-37 inhibits the pyroptosis of macrophages and improves the survival of polybacterial septic mice. Int Immunol. 2016;28(5):245-53.(PMID 26746575)
- Gronberg 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(5):613-21.(PMID 25041740)
- 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(6):938-950.(PMID 34687253)
Studiendaten, nur Forschung, kein etabliertes Humanprotokoll.