防禦素是動物體內防禦系統的主要成分,大多由29～42個氨基酸殘基組成,含3對分子內二硫鍵,相對分子質量為2～6ku,根據其二硫鍵位置的不同可分為α-防禦素、β-防禦素、θ-防禦素3類。
α-防禦素是於1980年美國Lehrer實驗室從兔肺巨噬細胞中首先分離得到的、陽離子性極強的小分子抗菌肽,稱為defensin,後被歸為α-防禦素；主要分布於人、兔、豬、鼠類的嗜中性粒細胞、兔子的齒槽巨嗜細胞及人類和嚙齒動物的小腸潘氏細胞。α-防禦素分子鏈內二硫鍵的連接位置分別為Cys1-Cys6、Cys2-Cys4、Cys3-Cys5。其中Cys1-Cys6連接N端和C端,形成分子大環。
β-防禦素是Diamond等(1991)首先在牛的氣管黏膜上皮細胞中發現的,後又在牛粒性白細胞中發現了13 種與其序列高度相似, 但其***有序與α-防禦素不同,故被命名為β-防禦素；主要分布於牛的骨髓和人及多種動物(牛、羊、豬、駱駝、馴鹿、小鼠、大鼠)的胃腸道、呼吸道、舌、牙齦、腎、皮膚的上皮中,近來在梅花鹿舌粘膜的上皮細胞內也發現了該短肽。單核細胞和巨噬細胞通常缺乏防禦素,但是他們可以釋放誘導上皮細胞合成β-防禦素的信使。β-防禦素分子鏈內二硫鍵的連接位置分別為Cys1-Cys5、Cys2- Cys4、Cys3-Cys6。
θ-防禦素是於2002年Trabi等用反向高效液相層析色譜法從獼猴的白細胞中分離出來的1種成環狀結構分子,又被稱為獼猴θ型防禦素-1(RTD-1),主要分布於巨嗜細胞內。θ-防禦素的結構不同於α和β-防禦素,其前體(已經發現3種)是α-防禦素類似物,由1個終止密碼子從α-防禦素3個半胱氨酸碳骨架的第4個殘基處截斷,從截短的α-防禦素前體切掉1個 9個氨基酸 的片段,然後從頭到尾進行剪切,直到其他的相同或相似的九肽出現。成熟的θ-防禦素是2個半防禦素的修飾與結合的產物,它的前體(稱之為半防禦素)是變異的α-防禦素基因和1個未成熟的終止密碼子的編碼產物,導致每1個前體僅僅包含3個半胱氨酸殘基。θ-防禦素分子鏈內二硫鍵的連接位置分別為Cys1-Cys4、Cys2-Cys5、Cys3-Cys6,連接形成環狀結構。 防禦素能有效殺滅革蘭陰性細菌和革蘭陽性細菌。在體外濃度為 10～100 mg/L 的防禦素即對多種細菌具有殺傷作用，而防禦素在中性粒細胞中的濃度為 g/L 級，遠遠超過上述數值，這表明在體內防禦素可能具有更強的殺菌活性，目前研究發現防禦素對革蘭陽性細菌的殺傷能力明顯要強於革蘭陰性細菌。在體外，HBD-2 對大腸桿菌的半數致死量（LD50）為 0.46nmol/ml，最小抑菌濃度（MIC）為 15 μg/ml，而對綠膿桿菌、金黃色葡萄球菌的 MIC 為62 μg/ml。體外實驗證明大多數防禦素的 MIC 範圍為0.5-10 μmol/L 。
對於防禦素抗菌活性機制,大部分研究者認為主要和微生物的細胞膜結構有關。防禦素發揮抗菌作用可分為三個階段:
(1)由靜電吸引。防禦素與靶細胞膜結合。防禦素帶正電荷,可通過靜電作用與帶負電荷的細菌膜脂層結合；
(2)通道形成。帶正電荷的防禦素分子或其多聚體則與細菌質膜上帶負電荷的磷脂頭部和水分子相互作用,顯著地增加生物膜的通透性。防禦素作用於膜上形成穩定的多個通道；
(3)內容物外泄。通道形成後,防禦素進入細胞內的同時,其他胞外分子也伴隨進入(如肽、蛋白質或無機離子),而靶細胞的重要物質(如鹽離子和大分子)滲出，致使靶細胞發生不可逆損傷而死亡。
防禦素還能通過誘導細胞因子的釋放和介導非成熟性的樹突狀細胞協同刺激分子的表達上調,促進IDC 的成熟,進而活化T 細胞,觸發特異性免疫應答。 防禦素能殺滅壹些被膜病毒，如 HIV、皰疹病毒、水泡型口炎病毒，但對無衣殼病毒卻無效。θ-防禦素還具有抗濾過性病原體和抗毒素作用。體內實驗顯示，防禦素可延緩或根除兔梅毒病，並使兔牙周炎齦下菌群恢復正常。防禦素主要通過與病毒外殼蛋白結合從而導致病毒喪失生物活性，這壹特殊作用機理也使得微生物不易對其產生抵抗性。防禦素可直接抑制病毒，對病毒的抑制程度依賴於防禦素濃度以及分子內二硫鍵的緊密程度，其抗病毒功效同樣受時間、pH 值、離子強度和溫度等因素的影響，在中性及低離子強度條件下，防禦素具有較強的抗病毒活性 ，而在實驗體系中加入血清或血清蛋白則可大大削弱防禦素的抗病毒功效。有關防禦素的抗病毒作用機理，大體上可以總結為如下三點：
1、閉門羹---- 阻止病毒入侵宿主細胞
許多細胞和病毒的外膜分子是糖蛋白，它們就像刷子壹樣突起（見圖壹）。
病毒感染細胞采用“兩步走”政策：首先，病毒的外衣即包膜死纏爛打地粘著到細胞的外膜上；接著，病毒包膜與細胞膜融合在壹起。兩個膜融合後，病毒就將它的遺傳物質插入到細胞中。 防禦素則斜插在糖蛋白上以防病毒向細胞糖蛋白的擴散（見圖二），讓病毒吃個“閉門羹”無法進入細胞。沒能進入細胞的病毒接著會被免疫系統的細胞摧毀。
2、突破口----殺滅病毒
防禦素通常帶多個正的凈電荷，而病毒囊膜及其表面糖蛋白通常帶負電。這使得防禦素像壹塊塊小磁鐵，吸附到病毒囊膜帶負電荷的糖蛋白上。這樣便使囊膜病毒穿孔，形成突破口，內容物外泄而死亡。
3、地雷陣----阻止病毒基因復制與轉錄
萬壹病毒進入細胞內，防禦素可以與細胞膜表面促腎上腺皮質激素 (ACTH)，人硫酸肝素糖蛋白（HSPG），低密度脂蛋白受體（LDLR）等相結合，從而啟動G蛋白偶聯型受體的級聯放大反應，進壹步激活磷酸激酶C。這些細胞信使作用就像埋伏在胞內的地雷，可以阻止整合到宿主基因組之前的病毒復合體進入細胞核或者阻止病毒的基因轉錄。整合不到宿主基因組的病毒隨後被摧毀。 防禦素不僅可以直接抵抗病原微生物，而且還具有免疫調節作用。防禦素通過細胞信號傳遞的作用，增強非特異性免疫細胞，尤其是巨噬細胞的活性和趨化性。防禦素還可以促進機體T細胞的趨化和增殖，增強機體免疫應答能力，調節特異性免疫，增強生物機體主動防禦功能。
防禦素能夠作為壹種效應分子激活巨噬細胞、DC、氣管上皮細胞等細胞表面受體從而啟動獲得性免疫系統，並將先天性免疫和獲得性免疫有機連接。現已證明壹些 α-防禦素、β-防禦素對 T 細胞、單核細胞以及未成熟的 DC 具有趨化活性，可誘導單核細胞和上皮細胞產生細胞因子。
人、鼠、豬、兔的中性粒細胞防禦素可以誘導肥大細胞脫顆粒並釋放組胺。β-防禦素還能通過與人趨化因子受體6（CCR6）結合，從而吸引不成熟的樹突狀細胞（DC）和記憶T細胞（Tm）至炎癥部位，激活細胞免疫和體液免疫。此外，防禦素還可以直接促進感染部位中性粒細胞的補充和積聚。