α-防禦素是壹種小分子陽離子抗菌肽，最早於1980在Lehrer實驗室從兔肺巨噬細胞中分離得到，後歸類為α-防禦素。主要分布於人、兔、豬和大鼠的中性粒細胞、兔的肺泡巨噬細胞以及人和嚙齒動物的小腸潘氏細胞。α-防禦素中二硫鍵的連接位置分別為Cys1-Cys6、Cys2-Cys4和Cys3-Cys5。其中Cys1-Cys6連接N端和C端，形成壹個分子大環。
β-防禦素由Diamond等(1991)首先在牛氣管上皮細胞中發現，隨後在牛粒細胞中發現13種與其序列高度相似，但其同序與α-防禦素不同，故命名為β-防禦素。主要分布在牛的骨髓和人及各種動物(牛、羊、豬、駱駝、馴鹿、小鼠、大鼠)的胃腸道、呼吸道、舌、牙齦、腎臟、皮膚的上皮細胞中，最近在梅花鹿舌粘膜上皮細胞中也發現了短肽。單核細胞和巨噬細胞通常缺乏防禦素，但它們可以釋放誘導上皮細胞合成β-防禦素的信使。β-防禦素分子鏈中二硫鍵的連接位置分別是Cys1-Cys5、Cys2- Cys4和Cys3-Cys6。
θ-防禦素是Trabi等人於2002年從恒河猴白細胞中分離出的1環狀分子，又稱恒河猴θ-防禦素-1(RTD-1)，主要分布於巨噬細胞。θ-防禦素的結構不同於α-防禦素和β-防禦素。它們的前體(已發現三種)是α-防禦素類似物，從α-防禦素的三個半胱氨酸碳骨架的第四個殘基用1終止密碼子截短，從截短的α-防禦素前體上切下9個氨基酸的1片段，然後從頭到尾切下去，直到其他相同或相同。成熟的θ-防禦素是兩個半防禦素修飾結合的產物，其前體(稱為半防禦素)是突變的α-防禦素基因和1未成熟終止密碼子的編碼產物，導致每個1前體只有3個半胱氨酸殘基。θ-防禦素分子鏈中的二硫鍵分別連接在Cys1-Cys4、Cys2-Cys5和Cys3-Cys6處，形成環狀結構。防禦素能有效殺滅革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌。在體外，防禦素的濃度為10 ~ 100 mg/L，可殺滅多種細菌，而中性粒細胞中防禦素的濃度為g/L，遠遠超過上述數值，表明防禦素在體內可能具有更強的殺菌活性。目前發現防禦素對革蘭氏陽性菌的殺菌能力強於革蘭氏陰性菌。在體外，HBD-2對大腸桿菌的半數致死量(LD50)為0.46nmol/ml，最低抑菌濃度(MIC)為65438±0.5μg/ml，而對銅綠假單胞菌和金黃色葡萄球菌的MIC為62 μg/ml。體外實驗表明，大多數防禦素的最低抑菌濃度範圍為0.5-10μ mol/L
對於防禦素的抗菌活性機制，大多數研究者認為主要與微生物的細胞膜結構有關。防禦素可以在三個階段發揮抗菌作用:
(1)被靜電吸引。防禦素與靶細胞膜結合。防禦素帶正電荷，可通過靜電相互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聚合物與細菌質膜上帶負電荷的磷脂頭和水分子相互作用，這顯著增加了生物膜的滲透性。防禦素作用於細胞膜形成穩定的多通道；
(3)內容物泄漏。通道形成後，防禦素進入細胞，其他細胞外分子也進入(如肽、蛋白質或無機離子)，而靶細胞的重要物質(如鹽離子、大分子)滲出，造成靶細胞不可逆的損傷和死亡。
防禦素還可以通過誘導細胞因子的釋放，介導未成熟樹突狀細胞共刺激分子表達的上調，從而激活T細胞，引發特異性免疫反應，促進IDC的成熟。防禦素可以殺死壹些包膜病毒，如HIV、皰疹病毒和水泡性口炎病毒，但對無衣殼病毒無效。θ-防禦素還具有抗病毒和抗毒素作用。體內實驗表明，防禦素能延緩或根除家兔梅毒，使家兔牙周炎齦下菌群恢復正常。防禦素主要與病毒外殼蛋白結合，導致病毒生物活性喪失。這種特殊的機制也使得微生物很難抵抗它們。防禦素能直接抑制病毒，抑制程度取決於防禦素的濃度和分子內二硫鍵的緊密程度。其抗病毒功效還受到時間、pH值、離子強度、溫度等因素的影響。防禦素在中性和低離子強度條件下具有很強的抗病毒活性，但在實驗體系中加入血清或血清蛋白會大大削弱防禦素的抗病毒功效。防禦素的抗病毒機制可以總結如下:
1，關上門——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，它們像刷子壹樣突出(見圖1)。
被病毒感染的細胞采取“兩步走”的策略:首先，病毒的外衣，即包膜，粘附在細胞的外膜上；然後，病毒包膜與細胞膜融合。兩層膜融合後，病毒將其遺傳物質插入細胞。防禦素斜插在糖蛋白上，防止病毒擴散到細胞糖蛋白上(見圖2)，使病毒在“封閉”狀態下無法進入細胞。未能進入細胞的病毒隨後被免疫系統的細胞破壞。
2、突破——殺死病毒
防禦素通常帶多個正電荷，而病毒包膜及其表面糖蛋白通常帶負電荷。這使得防禦素像小磁鐵壹樣，吸附到病毒包膜的負電荷糖蛋白上。這樣包膜病毒被穿孔，形成突破口，裏面的東西漏出來就死了。
3、雷區——阻止病毒基因復制和轉錄。
萬壹病毒進入細胞，防禦素可以與細胞膜表面的促腎上腺皮質激素(ACTH)、人硫酸肝素糖蛋白(HSPG)和低密度脂蛋白受體(LDLR)結合，從而啟動G蛋白偶聯受體的級聯放大反應，進壹步激活磷酸激酶c，這些細胞信使就像嵌入細胞的地雷，可以阻止病毒復合物在整合到宿主基因組之前進入細胞核，或者阻止病毒基因轉錄。未能整合宿主基因組的病毒隨後被破壞。防禦素不僅能直接抵抗病原微生物，還具有免疫調節作用。防禦素通過細胞信號傳遞增強非特異性免疫細胞，尤其是巨噬細胞的活性和趨化性。防禦素還能促進T細胞的趨化和增殖，增強免疫反應能力，調節特異性免疫，增強機體的主動防禦功能。
防禦素可作為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，將先天免疫和獲得性免疫有機連接起來。已有研究證明，某些α-防禦素和β-防禦素對T細胞、單核細胞和未成熟DC具有趨化活性，並能誘導單核細胞和上皮細胞產生細胞因子。
人、小鼠、豬和兔的中性粒細胞防禦素可誘導肥大細胞脫顆粒並釋放組胺。β-防禦素還可以與人趨化因子受體6(CCR6)結合，從而將未成熟的樹突狀細胞(DC)和記憶性T細胞(Tm)吸引到炎癥部位，激活細胞免疫和體液免疫。此外，防禦素還能直接促進感染區中性粒細胞的補充和積聚。