抗菌肽研究及進(jìn)展

王 濤，常維山

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院預(yù)防獸醫(yī)系，山東泰安 271018）

抗菌肽研究及進(jìn)展

王 濤，常維山

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院預(yù)防獸醫(yī)系，山東泰安 271018）

一、抗菌肽概念

抗菌肽是生物體內(nèi)存在的一種具有抗菌活性的小分子蛋白，氨基酸數(shù)目小于100，常帶正電荷，并具廣譜抗菌性的一類小肽，是生物體免疫防御系統(tǒng)產(chǎn)生的一類對抗外源性病原體致病作用的防御性多肽活性物質(zhì)，是生物體先天免疫的重要組成成分,與干擾素、補(bǔ)體等組成了宿主的免疫防御系統(tǒng),這類生物活性小分子是非專一性的免疫應(yīng)答產(chǎn)物,具有廣譜抗菌作用,它對革蘭陽性菌、革蘭陰性菌、真菌均有抑殺作用,還可以抗原蟲、病毒,殺傷動物體內(nèi)的腫瘤細(xì)胞,卻不破壞動物體內(nèi)的正常細(xì)胞。抗菌肽抗菌時一般沒有特殊受體，直接通過物理作用造成細(xì)胞膜的穿孔而達(dá)到廣譜抗菌的效果，因而不會誘導(dǎo)抗藥株的產(chǎn)生，它屬于小分子多肽，在動物體內(nèi)容易降解，并且無毒副作用及藥物殘留問題，因而是綠色環(huán)保型藥物?？咕木哂袕V譜的抗菌性，包括抗革蘭氏陰性菌(G-）和陽性菌(G+）、抗真菌、抗病毒、抗腫瘤等尤其對耐藥性細(xì)菌有殺滅作用。

二、抗菌肽分類

抗菌肽在自然界分布廣泛，來源不一，種類繁多，分類也多種多樣?？咕某司哂袕V譜抗菌、抗真菌、抗病毒功能外，還具有抑制一些腫瘤細(xì)胞生長的作用。

（一）根據(jù)抗菌肽的結(jié)構(gòu)分類根據(jù)抗菌肽的結(jié)構(gòu)可將其分為五類：(1）單鏈無半胱氨酸殘基的α-螺旋，或由無規(guī)卷曲連接的兩段α-螺旋組成的肽。(2）富含某些氨基酸殘基但不含半胱氨酸殘基的抗菌肽。(3）含1個二硫鍵的抗菌多肽。(4）有2個或2個以上二硫鍵、具有β-折疊結(jié)構(gòu)的抗菌肽。(5）由其它已知功能的較大的多肽衍生而來的具有抗菌活性的肽。

（二）根據(jù)抗菌肽的來源分類根據(jù)來源分類可分為4類：(1）昆蟲抗菌肽包括天蠶素類和昆蟲防御素。天蠶素是從美洲天蠶的蛹中分離到的抗菌多肽。此后，人們相繼從家蠶、柞蠶、果蠅、麻蠅中分離到了此類多肽抗生素。第1種昆蟲防御素(M-asturyama）于1988年在一種雙翅目昆蟲肉蠅中發(fā)現(xiàn),至今昆蟲綱中已有15大類30多種防御素被報道。殺菌肽類對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌都具有很強(qiáng)的殺傷力，而對真菌和真核細(xì)胞沒有毒性。（2）植物源抗菌肽是植物自身合成的能夠防御環(huán)境中微生物侵害的一類小分子多肽。包括硫素、植物防御素、脂轉(zhuǎn)移蛋白、橡膠蛋白類、打結(jié)素類、鳳仙花素、蛻皮素等。(3）魚類抗菌肽是魚體天然免疫的重要組成部分，是一類小分子蛋白質(zhì)，其結(jié)構(gòu)與組成復(fù)雜多樣。魚類抗菌膚的分布范圍相對比較廣，在魚類體表黏液、皮膚、鰓、血液、血清、小腸和肝臟組織等均有過分離得到抗菌肽的報道。成熟肽具有很強(qiáng)的抑菌活性，其最小抑制濃度多在毫摩爾水平。(4）哺乳動物中，抗菌肽在吞噬細(xì)胞和黏膜上皮細(xì)胞表達(dá)。主要有3類，分別是防御素、cathelicidins和 histatins。

三、抗菌肽作用機(jī)制

抗菌肽的結(jié)構(gòu)影響其生物學(xué)活性，因為抗菌肽存在著多種結(jié)構(gòu)所以其生物學(xué)活性也多種多樣。

（一）抗菌肽的抗菌作用抗菌肽對革蘭氏陰性及陽性細(xì)菌均有高效廣譜的殺傷作用。對大腸桿菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、鏈球菌等常見細(xì)菌都有很強(qiáng)的殺滅作用。

國內(nèi)外已報道至少有113種以上的不同細(xì)菌能被抗菌肽所殺滅。目前對于其作用機(jī)制并不是很清晰，國內(nèi)外學(xué)者對此研究很多,但在認(rèn)識上還存在分歧。有學(xué)者認(rèn)為抗菌肽通過與細(xì)胞膜作用使膜蛋白自凝和失活,形成離子通道,引起膜通透性改變最后導(dǎo)致細(xì)菌死亡,即細(xì)胞膜損傷機(jī)理;也有學(xué)者認(rèn)為抗菌肽是通過與細(xì)胞膜上存在的特異性受體及其他因子協(xié)同作用而導(dǎo)致細(xì)菌死亡的,即胞內(nèi)損傷機(jī)理。從目前研究成果來看,抗菌肽的殺菌機(jī)理主要是細(xì)胞膜損傷機(jī)理。

（二）抗菌肽的抗病毒作用研究發(fā)現(xiàn),許多α防御素對單皰疹病毒、流感病毒艾滋病病毒等被膜病毒有明顯的殺傷力。Mariam等試驗表明來源于爪蟾的抗菌肽Magainins及其他Magainins類抗菌肽具有抗皰疹病毒-HSV的作用，還發(fā)現(xiàn)人的嗜中性粒細(xì)胞防御素（HNP-1）對一種皰疹病毒有抑制作用。Melitiin和Cecropins在亞毒性濃度下通過阻遏基因表達(dá)來抑制HIV-1病毒的增殖。這些肽對病毒被膜直接起作用，而不是抑制病毒DNA的復(fù)制或基因表達(dá)。

（三）抗菌肽的抗寄生蟲作用抗菌肽可以有效地殺滅產(chǎn)生人類及動物寄生蟲病的寄生蟲，如瘧疾、Chagas氏病、萊什曼病等。Gwadz RW等用來源于天蠶的ce-cropins和來源于蛙類的magainins這2種抗菌肽作用于感染了瘧原蟲的按蚊,發(fā)現(xiàn)瘧原蟲的囊合子不能夠正常發(fā)育,孢子發(fā)育也受到抑制不能形成子孢子,感染途徑因此被阻斷。Shahabuddin等研究發(fā)現(xiàn)，昆蟲抗菌肽對引起人類瘧疾的瘧原蟲發(fā)育的不同時期有不同的作用，主要對瘧原蟲的卵囊期和子孢子期造成明顯的損傷。

（四）抗菌肽的抗腫瘤細(xì)胞作用抗菌肽對正常哺乳動物細(xì)胞及昆蟲細(xì)胞無不良影響，但對癌細(xì)胞株則有明顯殺傷作用。在真核細(xì)胞的質(zhì)膜中含有豐富的膜蛋白和膽固醇，細(xì)胞中發(fā)達(dá)的微絲、微管與質(zhì)膜結(jié)合，使得細(xì)胞膜比較穩(wěn)定。正是這些發(fā)達(dá)的細(xì)胞骨架使真核細(xì)胞具有較強(qiáng)的抵抗天蠶素抗菌肽對細(xì)胞的溶解能力。但是某些腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞骨架系統(tǒng)不發(fā)達(dá)，細(xì)胞質(zhì)膜易被天蠶素抗菌肽插入而形成離子通道，最終將腫瘤細(xì)胞破壞而達(dá)到治療腫瘤的目的。實驗研究表明1μg/ml的天蠶素抗菌肽與腫瘤細(xì)胞作用14 h就有明顯的殺瘤作用。天蠶素、爪蛙素、鼠天蠶素抗菌肽NP-1和NP-2及天蠶素抗菌肽HNP-1均表現(xiàn)出對腫瘤細(xì)胞如纖維瘤細(xì)胞、宮頸癌細(xì)胞、肺癌細(xì)胞等的殺傷作用。J.-S.Ye等研究發(fā)現(xiàn)白血病腫瘤細(xì)胞在抗菌肽作用下產(chǎn)生一系列的病理變化，造成細(xì)胞器高度腫脹，膜與胞質(zhì)分離，細(xì)胞器和膜結(jié)構(gòu)排列紊亂，線粒體腫脹、膨大，呈空胞化變性，膜局部結(jié)構(gòu)破裂缺損，崩解成碎片。Niv Papo等設(shè)計出含15個氨基酸的肽，目標(biāo)是雄激素依賴和非雄激素依賴人類前列腺癌細(xì)胞系（CL1、22RV1和LNCaP）。

（五）抗菌肽對真菌的殺傷作用蛙皮素對真菌及原蟲亦有殺傷作用。Defensins是一種動物細(xì)胞內(nèi)源性殺菌多肽，是從吞噬細(xì)胞中分離出來的，具有很寬的抗菌譜，它也作用于真菌和部分真核細(xì)胞。Cecropin A對感染昆蟲的真菌具有一定的殺傷作用。

四、抗菌肽在生產(chǎn)上的應(yīng)用前景

（一）抗菌肽在飼料中應(yīng)用前景作為一種廣譜、高效、無殘留的新型抗微生物藥物，抗菌肽應(yīng)用于飼料中具有明顯的優(yōu)勢。

1.抗菌肽具有熱穩(wěn)定性。抗菌肽耐熱性能好，抗菌活性在高溫條件下不易被破壞，在飼料制粒時可耐受高溫保持其活性。

2.動物抗菌肽具備抵抗胰蛋白酶或胃蛋白酶水解的能力，添加在飼料中可經(jīng)消化道完整吸收而發(fā)揮作用。

3.動物抗菌肽抗菌時一般沒有特殊受體，直接通過物理作用造成細(xì)胞膜的穿孔而達(dá)到廣譜抗菌的效果，因而不會誘導(dǎo)抗藥株的產(chǎn)生，它屬于小分子多肽，在動物體內(nèi)容易降解，并且無毒副作用及藥物殘留問題，因而是綠色環(huán)保型藥物。

4.抗菌肽可通過基因工程方法大規(guī)模生產(chǎn)，周期短，成本低，且不易受外在環(huán)境因素的影響。

（二）藥用前景隨著傳統(tǒng)抗生素的廣泛及長期的應(yīng)用,許多病原菌對它們產(chǎn)生了耐藥性,而具有廣譜抗菌且有獨(dú)特的抗菌機(jī)制的抗菌肽顯然在這方面的應(yīng)用研究中具明顯優(yōu)勢。隨著對抗菌肽結(jié)構(gòu)與活性的關(guān)系、抗菌肽作用機(jī)制及其基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制認(rèn)識的不斷深化,設(shè)計一種高效的、有利于人類健康的抗菌肽作抗生素替代品是完全可行的。

目前乳酸菌素作為一種成熟的藥品已投向市場。乳酸菌除了本身對人體有健胃、整腸等保健功能外，其代謝過程中會產(chǎn)生許多有益物質(zhì)，其中乳酸菌素的特殊功能最近引起科技產(chǎn)業(yè)界極大注意。由于乳酸菌素性質(zhì)穩(wěn)定，不受加工條件限制，所以應(yīng)用范圍更為廣泛，可應(yīng)用在包括發(fā)酵乳品、保健食品、化妝品及食品保鮮等領(lǐng)域。

五、展望

抗菌肽可殺傷多種病原體,且不易誘導(dǎo)細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性,對癌細(xì)胞也具有抑殺作用,對動植物正常組織細(xì)胞卻無傷害,是新一代抗感染生物制劑的理想候選者,但要將抗菌肽應(yīng)用到臨床中還有許多問題有待解決。不過可以預(yù)見,隨著抗菌肽基因工程技術(shù)研究的深入和分子生物學(xué)技術(shù)在抗菌肽上的成熟應(yīng)用,人們可以有的放矢地合成新的抗菌肽,為更多的抗菌肽。

（略）