ε-聚賴氨酸研究進展

劉琴英 翁建超 謝斯超 蔣冬花

（浙江師范大學化學與生命科學學院 浙江 金華 321004）

ε-聚賴氨酸（ε-PL）在近些年來引起了學者們的廣泛關(guān)注。ε-PL最先由日本學者S.shima和H.sakai[1]在篩選有價值的生物堿時偶然從放線菌培養(yǎng)過濾液中提取出的天然生物代謝產(chǎn)物。因其在人體內(nèi)可分解為L-賴氨酸，作為人體必需氨基酸被吸收，從而對人體不存在任何毒副作用。另外，ε-PL因其廣譜抑菌性，熱穩(wěn)定性好，水溶性好，不僅在食品工業(yè)界作為生物防腐劑得到廣泛應(yīng)用，并且作為生物材料廣泛應(yīng)用于藥物載體、基因芯片等醫(yī)療領(lǐng)域。

1 ε-PL的理化性質(zhì)

ε-PL是一種偶然發(fā)現(xiàn)于放線菌過濾液中的堿性氨基酸聚合物，其由25-35個L-賴氨酸通過α-ε酰胺鍵依次連接而成（圖 1），分子量約為 3500-4500，無固定的熔點，250℃以上開始軟化分解 ，吸濕性強，略有苦味，易溶于水、鹽酸，微溶于乙醇，生物可降解，安全無毒，在1680-1640cm和1580-1520cm有強的紅外吸收峰。

圖1 ε-PL的化學結(jié)構(gòu)Fig.1 Chemical structure of ε-PL

2 ε-PL的作用機制

2.1 ε-PL的抑菌機制

研究表明[2]，ε-PL抑制菌主要有以下兩種方式：第一，破壞細胞膜的完整性。ε-PL吸附到細胞膜上，通過一定的物化作用破壞膜結(jié)構(gòu)完整性，從而使細胞膜喪失對物質(zhì)的選擇性，引起細胞的物質(zhì)、能量和信息傳遞中斷并可導致胞內(nèi)溶酶體膜破裂而誘導微生物產(chǎn)生自溶作用，最終導致細胞死亡。第二，破壞蛋白合成系統(tǒng)。ε-PL呈高聚合多價陽離子態(tài)，可以與核糖體結(jié)合抑制蛋白和酶的合成，從而使微生物在能量轉(zhuǎn)化、物質(zhì)代謝過程中因缺乏相關(guān)酶而未能正常進行，導致微生物生長抑制或死亡。此外，S.shima等人[5,6]研究發(fā)現(xiàn)ε-PL要形成具有生物活性的空間構(gòu)象氨基酸個數(shù)不能小于10及分子中的堿性基團氨基是ε-PL抑菌關(guān)鍵基團，若化學修飾ε-PL的氨基，抑菌活性將會喪失。

2.2 ε-PL的自我保護機制

研究表明[3,4]，為防止ε-PL對本身菌株的抑制作用，ε-PL生產(chǎn)菌株具有自我保護酶—ε-PL降解酶，該酶與能與菌體細胞膜緊密結(jié)合，起到保護菌體的作用。

3 ε-PL菌株篩選方法

3.1 PolyR-478法

2002年，日本學者Masanobu Nishikawa等人[2,7]在培養(yǎng)基中加入PolyR-478，使ε-PL產(chǎn)生菌周圍因靜電吸引PolyR-478產(chǎn)生顏色圈，從而對其進行了大規(guī)模篩選。研究發(fā)現(xiàn)，ε-PL基本上是由白色鏈霉菌發(fā)酵而得，少數(shù)由麥角真菌產(chǎn)生。但這種方法也存在缺陷，一是后期處理仍然比較繁瑣，二是酸性染料PolyR-478已經(jīng)停產(chǎn)。

3.2 美藍法

2005年，朱宏陽等人[6,8]在初篩培養(yǎng)基中加入美藍，挑選出形成透明圈的菌，利用Dragendorff試劑復篩，篩選到一株北里孢菌。采用這種方法，2006年江南大學張超[7,9]篩選到一株白色鏈霉菌。該法相比較PolyR-478法特異性大為提高。但該方法也有不足,美藍毒性較強，即使在0.002%極低濃度下仍對菌株有較強的毒害作用,直接添加到分離培養(yǎng)基中,嚴重抑制菌株生長,導致透明圈不明顯,篩菌效率極低。

2007年，段杉等[7,10]改進美藍法，采用噴灑美藍，篩得一株灰橙鏈霉菌。但實際應(yīng)用時存在問題,一是噴灑的美藍容易被瓊脂吸附濃縮于表面而不易被排斥形成透明圈,二是噴灑易污染實驗環(huán)境,三是噴灑時易將孢子吹散不便于分離。

3.3 誘惑紅法

2010年，江南大學廖莉娟等[11]在培養(yǎng)基中加入一種酸性染料誘惑紅進行初篩，其作用機理類似于PolyR-478，利用Dragendorff試劑、薄板層析進行復篩，篩選得到26株菌株。該方法快捷、高效且對菌株無毒害，是目前較為理想的篩選方法。

4 ε-PL的應(yīng)用

4.1 ε-PL在食品保鮮防腐方面的應(yīng)用

ε-PL之所以能取代α-PL成為優(yōu)良的食品防腐保鮮劑，主要因其安全無毒、抑菌譜廣、水溶性大、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點。2003年美國食品和醫(yī)藥管理局(FDA)[12]正式批準ε-PL為食品防腐劑，并廣泛使用于日韓美傳統(tǒng)日常菜肴、果醬、色拉等。

4.2 ε-PL在醫(yī)藥研究中的應(yīng)用

由于ε-PL帶正電能與帶負電的物質(zhì)發(fā)生強的靜電吸引力，易通過生物膜且不易分解，可以有效降低藥物阻力且提高藥物的轉(zhuǎn)運效率。因此，ε-PL被廣泛用于藥物的緩釋和靶向載體，如Sospedra等[13]以ε-PL為主鏈的分支聚合蛋白搭載生物大分子治療肝炎病毒,取得良好療效。2003年Kido[14]發(fā)現(xiàn)ε-PL可作為食療劑,抑制肥胖。ε-PL能夠有效分解含有膽鹽和磷酸膽堿的乳劑，進而抑制脂肪酶活性，減少小腸對脂肪的吸收，達到抑制肥胖效果。

此外,ε-PL在基因芯片的制造、電子材料、化妝品增白劑等均有重要用途。

5 展望

相比較國外尤其是日、韓、美，國內(nèi)對ε-PL研究起步較晚，研究較為淺薄。但經(jīng)過多年努力，國內(nèi)研究工作也已從ε-PL菌株篩選的初級階段轉(zhuǎn)向代謝途徑解析及合成降解機理的深入研究；從食品防腐的應(yīng)用方向走向產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的研究階段。此外，ε-PL也正申請進入《食品添加劑使用衛(wèi)生標準》。相信不久，ε-PL將在國內(nèi)食品、醫(yī)藥、化妝品領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，占據(jù)廣闊的市場，產(chǎn)生巨大的社會和經(jīng)濟效益。S

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