殺菌滲透增強蛋白對革蘭陰性菌的毒性作用表現為兩個階段，即早期可逆性損傷階段和晚期不可逆性損傷階段。

（1）殺菌滲透增強蛋白通過其口袋與革蘭陰性菌膜上的LPS等磷脂成分結合，造成直接的細菌生長停滯；生長停滯與細胞外膜的改變有關，兩者的效應起初為可逆性。當殺菌滲透增強蛋白或rBPI₂₃與革蘭陰性菌外膜LPS內核和脂質A區的相應部位結合后，1min之內即可使細菌停止分裂，此時細菌外膜上疏水性滲透屏障遭到破壞，可使菌體內某些降解外膜磷脂和肽聚糖的酶類激活，從而導致細胞外膜損傷。但是這種外膜損傷是可逆的，經過適當處理后外膜損傷可以修復﹐細菌繼續生長。因此，殺菌滲透增強蛋白或rBPIzs對革蘭陰性菌的早期僅僅表現為一種抑菌效應。

（2）隨著時間的延長和孵育條件的改變如pH值的變化，胞質膜上影響細菌能量代謝的部位發生結構和功能的改變，此時損傷不可修復，細菌不再能夠存活，表現為殺菌效應。由此可見，早期的可逆性損傷效應僅僅局限于革蘭陰性菌的外膜，而殺菌效應與胞質膜損壞相一致。BPI引起的殺菌效應伴隨著細菌的細胞膜的破壞，革蘭陰性菌被PMN或BPI處理后，其結局實質上完全相同。殺菌滲透增強蛋白介導PMN的吞噬過程，在防御素或p15存在條件下，殺菌滲透增強蛋白的效應明顯增強。在其他宿主因子如補體的膜攻擊復合物和某種宿主或細菌磷脂酶等的協調作用下殺菌滲透增強蛋白使細菌生長停滯到殺菌的進程會加速。

殺菌滲透增強蛋白對許多革蘭陰性菌如大腸桿菌、銅綠假單胞菌、沙門菌、志賀痢疾桿菌、變形桿菌，奈瑟桿菌等均有抑菌和殺菌作用。但是這些細菌對殺菌滲透增強蛋白的敏感性有顯著差異。研究表明，革蘭陰性菌對殺菌滲透增強蛋白的敏感性主要取決于細菌外膜LPS的一級結構，因為一級結構改變勢必影響其空間構象的變化，特別是LPS的特異性多糖鏈的長度。通常外膜LPS特異性多糖鏈越長，其位阻效應越顯著，殺菌滲透增強蛋白與細菌之間的親和力就越低，細菌對殺菌滲透增強蛋白的敏感性也越差。反之亦然。細胞外膜的LPS的特異性多糖鏈越短，位阻效應越小，細菌對殺菌滲透增強蛋白作用的敏感性就越高；更易被BPI所識別。例如，殺菌滲透增強蛋白對具有完整外膜LPS結構的革蘭陰性菌的光滑型大腸桿菌等，以及特異性多糖發生缺陷的突變株等粗糙型革蘭陰性菌均有廣譜抗菌作用，但抑制這些光滑型革蘭陰性菌生長所需的殺菌滲透增強蛋白濃度為微摩爾每升水平，而抑制粗糙型革蘭陰性菌生長所需的殺菌滲透增強蛋白的濃度僅為納摩爾每升水平。這表明，細菌外膜LPS特異性多糖鏈的長度與細菌對殺菌滲透增強蛋白作用的敏感性密切相關。

目前已證實，細菌LPS中攜帶大量陰離子基團的脂質A內核心區，以及脂質A的疏水部分是與殺菌滲透增強蛋白結合的部分。磷脂酰膽堿可能也是LPS結合的部位。由此可以推斷，光滑型革蘭陰性菌對殺菌滲透增強蛋白作用敏感性相對較差可能是由于細菌LPS特異性多糖能夠通過空間位阻作用干擾殺菌滲透增強蛋白對細菌LPS脂質A內核心區靠近，從而使殺菌滲透增強蛋白與細菌的外膜LPS結合的親和力降低所致。用完整殺菌滲透增強蛋白（nBPI₅₅ 、rBPI₅₅）和功能性殺菌滲透增強蛋白的N端片斷（nBPI₂₅ ，rBPI₂₃）對粗糙型和光滑型大腸桿菌所作的抗菌實驗結果支持上述結論。

完整殺菌滲透增強蛋白和功能性殺菌滲透增強蛋白的N端片斷對缺少特異性多糖鏈空間位阻效應的粗糙型大腸桿菌的生長抑制作用完全相同，而對光滑型大腸桿菌的作用存在明顯差異，其中小分子功能性殺菌滲透增強蛋白的N端片斷對光滑型細菌的生長抑制作用比大分子完整殺菌滲透增強蛋白分子高50~100倍。這可能是由于，小分子殺菌滲透增強蛋白的N端片斷能順利克服細菌外膜LPS特異性多糖鏈的空間位阻干擾，易與細菌LPS的脂質A內核心區的相應部位結合。細菌莢膜不能干擾殺菌滲透增強蛋白或其rBPI₂₃對革蘭陰性菌外膜的LPS的結合。

在全血實驗中，納摩爾每升濃度水平的nBPI₅₅或rBPI₅₅就可使血清中對吞噬作用抵抗的粗糙型大腸桿菌發生損傷，并可對該菌LPS介導的反應產生強大抑制作用。殺菌滲透增強蛋白及其功能性N端片段對少數革蘭陰性菌，如肺炎克雷伯桿菌血清抵抗株的殺菌作用微弱，但對該菌誘導單核細胞產生釋放細胞因子如TNF、IL-1等的能力具有強大抑制作用。這表明該陽離子抗菌蛋白對防止革蘭陰性菌感染后引起的中毒反應也有重要意義。體內外實驗表明，殺菌滲透增強蛋白可保護實驗動物由靜脈或腹腔注入的大腸桿菌或銅綠假單胞菌所產生的致死作用；實驗動物的存活率與血液中細菌的清除率相一致。