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Cathelicidin抗菌肽是进化上古老的抗菌肽，是脊椎动物先天性免疫系统的重要组成部分。Cathelicidin抗菌肽首先是以无活性的前体蛋白形式表达。前体蛋白由N-端信号肽区域(～30 aa)，保守的cathelin-like结构域(～100 aa)和高度可变的C-末端成熟肽区域(12-80 aa)构成。特异性的蛋白酶切割掉cathelin-like结构域后即可释放出有活性的成熟肽。尽管在哺乳动物中此类抗菌肽已被广泛研究，但鱼类cathelicidin抗菌肽的结构和功能还知之甚少。然而，鱼类特殊的生存环境和进化地位让它们成为研究抗菌肽的理想对象。早期研究已经报道了虹鳟的两个cathelicidin基因(命名为rtCATH-1a和rtCATH-2a)，在此基础上我们又克隆了虹鳟的两个cathelicidin基因（命名为rtCATH-1d和rtCATH-2b）以及rtCATH-1a基因的三个剪切异构体(命名为rtCATH-1b、rtCATH-1c和rtCATH-1am)。多序列比对及共线性分析表明rtCATH-1d基因起源于rtCATH-1a基因，rtCATH-2a基因起源于rtCATH-2b基因。有趣的是，rtCATH-1d基因和rtCATH-1a基因的转录剪切异构体rtCATH-1 am均不含保守的cathelin-like结构域，这表明虹鳟体内的某种剪切机制促使了能量节约型cathelicidin抗菌肽的产生。rtCATH-1a成熟肽的中间区域由基于RPGGGS的5个重复motif构成，其转录剪切异构体rtCATH-1b和rtCATH-1c的剪切区域正好发生在这个重复motif区域，分别由5个重复motif剪切为3个和1个，表明此区域为遗传上不稳定的区域。此外，rtCATH-2a和rtCATH-2b基因具有极高的核苷酸序列相似度(99％)。然而，由于提前出现了一个终止密码子，rtCATH-2b的前体蛋白较rtCATH-2a短，缺少rtCATH-2a C-末端的16个aa。 近年来，随着鱼类cathelicidin基因的陆续克隆，鱼类cathelicidin抗菌肽的神秘面纱逐渐被揭开。序列分析表明，鱼类cathelicidin抗菌肽形成了一类新型的抗菌肽，其富含Arg、Gly和Ser等氨基酸。其中，鲑鳟鱼类的cathelicidin抗菌肽形成了更为特别的一类抗菌肽，具有三个典型特征:其N-端富含带正电荷的氨基酸，中间区域由基于RPGGGS的重复motif构成（1-7拷贝），C-端仅带微弱正电荷或带负电荷。免疫荧光表明虹鳟cathelicidin抗菌肽在肠道黏膜上皮中大量表达，在头肾血窦周围的淋巴样细胞中亦有表达，可能构成鱼类防御病原体入侵的第一道防线。最为重要的是，哺乳类cathelicidin抗菌肽大多为α螺旋型，且具有较强的细胞毒性。与哺乳类cathelicidin抗菌肽不同，圆二色谱试验和三级结构模拟表明，虹鳟的cathelicidin抗菌肽主要由β折叠和无规卷曲构成，且不具有细胞毒性。虹鳟cathelicidin抗菌肽1a的N-端由β折叠构成，中间部分进化出的重复motif形成了另一个β折叠和无规卷曲结构，而C-端则形成了部分α螺旋结构。与抗菌肽1a不同，抗菌肽2a几乎全由无规卷曲构成。进一步的抑菌试验、LPS结合试验和IL-8刺激试验表明虹鳟cathelicidin抗菌肽的生物活性主要由N-端介导，重复motif的出现则增加了抗菌肽的结构灵活性，进而增加了其生物活性。如前所述，抗菌肽2a起源和歧化于抗菌肽2b，进一步实验表明抗菌肽2a具有更高的表达水平、更高的抗菌活性和IL-8刺激活性，这无疑将增加宿主对病原的抵抗力。鲑鳟鱼类cathelicidin抗菌肽的特有结构特征为理解cathelicidin抗菌肽在脊椎动物中的进化提供了新视角，尤其是在鱼类中的进化。此外，虹鳟cathelicidin抗菌肽对细菌细胞膜而非真核细胞膜的强选择性为高效多肽抗生素的分子设计提供了良好的模板。